城市公共交通构筑物雨水泵站的 排水设计

范太兴 高亚雄 韩玉明 周金忠

摘 要：以 2 座地铁区间洞口以及 1 座城市下穿隧道的雨水泵站为例，对城市公共交通构筑物雨水泵站的排水问题进行分类讨论。指出在公共交通雨水泵站设计时，除满足工程本身排水要求外，还应考虑新建排水泵站对周边环境的影响，应根据周边的实际情况，合理设计雨水泵站的排水去向，确保公共交通构筑物雨水泵站的安全运行。

关键词：公共交通;构筑物;雨水泵站;排水;接纳能力

中图分类号：TU992.25

1 背景

近年来，国内诸多城市在雨季遭遇内涝，出现不同程度的“看海”现象。究其原因，一方面是由于我国处于城市化进程的发展阶段，城市排水系统尚在不断建设和完善中;另一方面与城市道路、轨道交通、市政雨水管网等公共设施在建设时隶属不同的职能部门，设计、工期等无统筹规划有关。部分项目在雨水排水系统设计时盲目放大安全系数，未考虑周边市政雨水管道的接纳能力，使得原本正常的雨水排水系统在暴雨情况下不能正常运行。地铁区间洞口、市区公路下穿隧道等构筑物均设有雨水泵站，其排水问题如不能妥善处理，可能会引起部分区域积水，甚至影响公共交通的正常运行。本文以2座地铁洞口及1座城市立交隧道的雨水泵站为例，通过对雨水泵站周边环境进行分类，并结合实际工程案例，对不同室外条件的雨水泵站提出相应的处理方法，供类似工程参考。

2 工程案例分析

2.1 附近无市政雨水管，但有天然排水条件

南京地铁3号线林场站—星火路站区间洞口设置雨水泵站（中心里程：左K2+495.240）。经计算，雨水泵站上游的有效汇水面积为970 m2，泵站设置3台潜污泵（单台参数：流量Q = 150 m3 / h，扬程h = 15 m），平时1用2备，大雨时2用1备，特大暴雨时3台同时使用。

由于林场站为高架车站，该洞口位于高架线路经山坡进入地下段（图1），洞口附近为天然山坡，因此具有良好的排水条件。洞口雨水泵站在暴雨状态下工作时，泵站扬水管接至地面压力井，雨水在泄压后经过排水八字口，沿山坡漫流排放，进入山体自然排水系统。此类雨水泵站可合理利用周边有利的地形环境，排水方式简单，排水去向可靠;雨水泵站运行时对周边水环境影响较小，排水安全系数较高，不做深入探讨。

2.2 附近有市政雨水管，但管径较小

南京地铁宁天城际一期工程泰冯路站—沿江镇站区间，位于江北快速路中间，是宁天城际线路由地下过渡至高架的区间。该区间洞口设置雨水泵站（中心里程：左K3+229.124）。经计算，雨水泵站上游U型槽有效汇水面积为3 320 m2，泵站设置3台潜污泵（单台参数：Q = 350 m3 / h，h = 15 m），平时1用2备，大雨时2用1备，特大暴雨时3台同时使用。雨水泵站附近的江北大道快速路两侧各有1根DN300钢筋混凝土雨水管，作为本雨水泵站的排水出路（图2）。

判断雨水泵站的出水是否可以直接排入市政雨水管道，首先应对市政雨水管道的最大排水能力进行核算。一般来说，在设计雨水管的总管口径时，无压流（非满管流）时的管内设计流速通常约为1 m/s，考虑到淤积等因素，最小设计流速应大于污水管渠;满管流时的雨水管内最小设计流速为0.75m/s。根据《室外排水设计规范》（GB 50014-2006），市政排水管渠的设计流速应按下列公式计算：

（1）

式（1）中：R为水力半径，m;I为水力坡降，取1%;n为粗糙系数，取0.013。

根据式（1）算得DN300钢筋混凝土雨水管道的最大设计流速为v = 1.37m/s，即在满管流状态下，DN300钢筋混凝土雨水管的设计流速v为0.75～1.37 m/s，从而得出其最大流量Q为348 m3 / h，即道路两侧市政雨水管道的总输送能力为696 m3 / h。区间洞口雨水泵站设3台潜污泵，特大暴雨时3台同时运行，总排水量为1050m3 / h，大于道路两侧市政雨水管道的最大输水能力，因此洞口雨水泵站的出水不能直接排入市政雨水管网。

原则上讲，在地铁修建之前，道路两侧雨水管的设计排水能力可满足该区域雨水排水量需求，地铁洞口上游的汇水区域在道路中间，是原道路汇水面积的的一部分。修建地铁后，之所以出现泵站流量大于市政雨水管道排水量，是因为市政道路排水系统与地铁洞口泵站的设计参数不一致，主要表现如下。

（1）设计重现期不同。区间洞口雨水泵站设计执行《地铁设计规范》（GB 50157-2013），其设计重现期取50年;而市政道路的雨水管道设计执行《室外排水设计规范》（GB 50014-2006），重要干道、重要区域的设计重现期一般取3～5年;即原有道路的一部分区域，设计重现期由3～5年调整为50年。

（2）地面集流时间不同。地铁洞口泵站的地面集流时间需经计算确定;而道路排水系统的地面集流时间一般取5～10 min。

（3）排水坡度不同。地铁洞口雨水泵站的排水坡度一般与线路坡度相同，地下到地上的线路坡度一般为1%～3%;而道路雨水排水系统，特别是在地势平坦的区域，一般取通用坡度0.5%。

此类雨水泵站附近有市政雨水管道，但管径较小，无法接纳洞口泵站运行时的最大排水量，因此雨水泵站扬水管不能将雨水直接排入市政雨水管道，需采取相关措施处理后方可排入。可采取的措施如下。

（1）将原有市政雨水管管径放大，经核算，道路一侧管道放大至DN500，可满足洞口雨水泵站排水要求。

（2）新建1根DN500的市政雨水管道，但由于道路已通车，新建或扩建市政雨水管道难度较大。

（3）在接入市政管道前設置调节设施，即通过调节池过渡，先将雨水泵站扬水管的洪峰流量暂存其内，待洪峰流量下降后，再将储存在调节池内的水量慢慢排出，以减少泵站出水对市政雨水管道的影响。调节池分为溢流堰式和底部流槽式2种。本工程采用底部流槽式调节池，设置在地铁洞口斜坡结构上方、道路中间的绿化带内，有效容积为120m3（计算方法可参考《排水工程（第四版）》），其平面布置如图3所示。调节池的进水管即为洞口泵站的扬水管，其流量为Q1，调节池的出水管流量为Q2 + Q3。当Q1≤Q2 + Q3时，雨水经设在池底部的减缩断面溜槽全部流入下游市政雨水管。当Q1> Q2 + Q3时，高峰时充入的多余流量Q1 -（Q2 + Q3）使池内水位逐渐上升;随着降雨减弱，泵站出水量逐渐减少，当Q1减少至小于Q2 + Q3时，池内水位逐渐下降，直至排空为止。

2.3 附近有市政雨水主干管，满足泵站排水要求

成都市青羊大道下穿成温路隧道工程，位于青羊大道与清江中路交叉口，沿青羊大道呈南北走向布置，隧道全长518 m，宽18 m，设双向4车道，为城市四类交通隧道。隧道内部设置1座雨水泵站，泵站设置2根DN450压力排水管，附近青羊大道两侧各有1根DN1400市政雨水管道，工程内部的排水系统设计详见《城市中小型下穿公路隧道排水设计探讨》，隧道平面布置如图4所示。

隧道雨水泵站设置4台雨水泵（单台参数：Q = 600m3 / h，h = 15 m），3用1备，50年一遇的特大暴雨时3台同时使用，极端情况下4台同时使用，最大排水量为2400m3 / h。判断雨水泵站的出水是否可以直接排入市政管道，需要对隧道建设前后本区域增加的雨水量及市政雨水管道的可接纳流量进行校核。本工程建设前，原有路面汇水面积内的雨水，通过道路两侧的雨水口汇入DN1400的市政管线。为简化计算，本次仅对比隧道工程建设前后暴雨重现期发生变化的区域;隧道顶部及路边等区域在隧道建设前后，暴雨重现期及设计流量并未发生变化，因此不在本次计算范围内。隧道建设之前，路面雨水排水系统的暴雨重现期取5年，根据成都市暴雨强度公式，算得该区域的设计流量为Q = 1260m3 / h;本工程建设后，汇水面积不变，但暴雨重现期调整到50年，雨水汇入泵站后，经泵站排放，最大流量变为泵站4台雨水泵同时使用的排水量（2400m3 / h）。详细对比结果见表1。

市政雨水管道的最大接纳能力，在数值上可用最大流量与经济流量之间的差值表示。一般来说，市政雨水管在经济流速下应满足正常情况下的使用要求。DN1400市政雨水管道的经济流速约为vj = 1.0 m/s，该流速下算出的雨水管道经济流量Qj = 5540m3 / h;根据式（1）算得DN1400市政雨水管道的最大流速为vmax = 3.82m/s，进而可以算出重力满管状态下的最大流量Qmax = 21160m3 / h;则该雨水管道可接纳的流量为

Qmax - Qj，即21160 - 5540 = 15620m3 / h，

远大于泵站建设后的雨水排水量增加值（1140m3 / h）。因此可以得出结论：本泵站的建设对原市政管线雨水排水系统影响较小，排水安全，泵站扬水管的出水经消能井处理后，可直接排放至市政雨水管道。

此类泵站附近有比较完善的雨水排水系统，且市政雨水管管径较大，接纳能力较强，因此泵站扬水管的出水在泄压后可直接排入市政雨水管网。

2.4 附近有市政雨水主干管，但不满足泵站排水要求

此类工程案例较少，主要出现在汇水面积较大、对雨水排水要求较高的大型下沉广场或构筑物上。雨水泵站附近虽有大型市政雨水管道，但仍有可能不满足雨水泵站的排水需求。因此只能为此类泵站单独修建专用市政雨水管道，以便及时有效地将雨水排至河流、湖泊等天然水体，确保泵站安全运行。

2.5 小结

综上所述，城市公共交通构筑物排水泵站周边排水条件及处理措施如表2所示。

3 结论

（1）地铁区间洞口、城市下穿隧道工程等公共交通构筑物雨水泵站的设计，除满足自身排水要求外，还应注意考虑周边环境或市政管線的接纳能力，以保证雨水泵站及时有效地排水。

（2）市政雨水管道的接纳能力，可用最大流量Qmax与经济流量Qj之间的差值表示。

（3）当雨水泵站附近有天然排水条件或接纳能力较强的大型市政雨水管道等时，可直接排放，反之，则应采取适当措施处理后再排放。

（4）应根据雨水泵站周边实际情况，因地制宜，合理设计雨水泵站的排水去向，确保公共交通构筑物雨水泵站的安全运行。

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收稿日期 2018-10-15

责任编辑 苏靖棋