复杂地形地区涵洞平面设计探讨

于加熙

（福州地铁集团有限公司，福建 福州 350007）

0 引言

常见山地城市其地形一般起伏变化大、现状冲沟、山坡分布变换频繁，在区域建设初期的规划过程中，需对现状起伏大的地形作一定平整，并对原有多而杂的自然冲沟、水系进行梳理、合并，这使得山地城市排水系统设计中，经常需对跨越一定区域的长水系采用涵洞进行连接设计，这些涵洞作为城市泄洪通道将长期保留使用[1]。由于复杂地形地区涵洞功能定位、地理条件等不同于一般的公路涵洞，也不同于平原地区一般的河道整治工程。复杂地形地区涵洞平面设计中需综合考虑的因素较多，涵洞的平面选线既与涵洞的工程造价、实施可行性、水力稳定性息息相关，并且与城市规划、城市防洪、城市排水系统等紧密相连，是涵洞设计中至关重要的一个环节。目前，对于高填方公路排水涵洞设计方面的文献报道较多[2,3,4]，但对于复杂地形山地城市涵洞平面设计的要点及需要重点考虑的因素报告不多。文章以重庆市大竹林片区肖家沟水库涵洞工程为背景展开讨论，通过对复杂地形地区涵洞设计工程实例的分析，总结提出复杂地形地区涵洞平面设计中需注意的问题，为复杂地形地区涵洞工程设计提供参考。

1 工程概况

大竹林片区肖家沟水库涵洞工程起点接金洲大道上游已设计涵洞，终点排入青堡立交南侧现状水系，涵洞总长度约2.5km，其功能定位为替代原自然地形状态下水系和冲沟，作为上游肖家沟水库的泄洪道，同时，远期作为城市排水通道使用。

图1 涵洞总平面图

涵洞设计流量采用公路科学研究所经验公式进行计算确定：

式中：K—径流模数

F—汇水面积（平方公里）

n—面积参数

根据不同汇水面积和设计流量，新建涵洞断面形式分2 种，桩号K0+000～K0+794.5 为上游段，长度794.5m，汇水面积3.38km2，设计流量为49.80 m3/s，涵洞断面尺寸为：B×H=4.0×4.0m；桩号K0+794.5～K2+544.2 为下游段，长度1759.7m，汇水面积4.49km2，设计流量为68.82 m3/s，断面尺寸为：B×H=5.0×4.0m。涵洞形式均采用钢筋混凝土矩形箱涵形式。两段涵洞设计参数具体如表1所示。

表1 肖家沟水库涵洞设计参数表

2 涵洞平面设计原则

由于复杂地形地区一般地形变化起伏大，从施工的可行性考虑，涵洞的平面布置受地形限制较大。因此，复杂地形地区涵洞的平面布置原则上按照依地形而建、转弯半径满足最小水力转弯半径要求的基本思路[4]。在此基础上，充分结合城市规划、城市建设开发时序、建构筑物布置情况、规划雨水管道系统等，力求做到近远结合、功能完善、经济合理。

2.1 涵洞平面定线应与现状地形、规划用地充分衔接

图2为肖家沟水库涵洞桩号K0+000～K1+300 段平面布置图。在本段涵洞平面图中，K0+000 至K0+794.5 段涵洞布置在现状自然冲沟南侧一定距离，同时紧邻规划道路。考虑规划道路北侧现状冲沟周边远期规划用地性质为居住用地，而规划道路以南至规划立交范围用地为规划公共绿地，涵洞紧临道路南侧布置，避开规划建设用地范围，为远期地块开发建设预留空间。另外一个方面，从现状冲沟至规划道路以南整个区域的地势相对较平坦，这为水系改线提供了实施上的可行性。桩号K0+794.5（上游段设计终点）至K1+300 段（纵六路北段）涵洞平面布置采取了与前段不同的布置方式：除了局部裁弯取直偏离了现状冲沟一定距离外，整体线位基本沿冲沟布置。采取这样的布置形式，主要考虑该段涵洞周边地形高差起伏较大，若涵洞选线偏离现状冲沟较多时，涵洞施工则需要进行较大的土方开挖，且基坑支护难度增加，工程造价高，因此，从施工的便利性和节省造价角度考虑，对于周边地形起伏变化较大的区段，涵洞线位布置应尽量沿现状冲沟布置。

图2 K0+000～K1+300 段涵洞设计平面图

2.2 涵洞平面设计应与现状及规划建构筑物保持足够的安全距离

图3为肖家沟水库涵洞桩号K1+300～K2+544.2 段平面布置图。在桩号K1+750～K2+050 段，涵洞南侧为正在开发建设地块，在建建筑物位置如图中所示。在该段涵洞平面设计中，采用了较大的转弯半径、与规划新建道路大角度斜交的布置方式。这样布置使涵洞与在建建筑最近的间距达到了8 米，确保了新建涵洞与在建建筑足够的安全距离，避免涵洞施工过程中与在建建筑物施工相互干扰[6]。

图3 K1+300～K2+544.2 段涵洞设计平面图

2.3 涵洞平面设计应充分考虑区域近、远期排水系统接入和可行性

本工程涵洞在桩号K0+750 处设置了一座箱涵检查井（图2）。考虑地块开发晚于涵洞建设，在地块启动建设场平之前，周边雨水会汇集到现状冲沟内，通过新建该箱涵检查井，将冲沟内雨水接入新建涵洞[5]。同时，该箱涵检查井还可以作为远期规划道路雨水管道系统排入涵洞的接入口。这样确保近期地块不积水、远期排放口可靠的目的，实现远、近期结合。

图4 排水管接入涵洞检查井构造图

本段涵洞在桩号K1+750 处与规划纵五路北段斜交（图3）。根据城市排水规划，纵五路北段道路雨水管道系统远期由道路两端向中间排放，终点排入本次新建涵洞。图5表示纵五路北段雨水管道接入涵洞纵断面图。在平面布置上，新建涵洞选择布置在道路规划纵坡最低点附近。采取这样的布置形式，一方面可以减少涵洞的覆土深度，有利于涵洞的结构安全；另一方面，道路雨水管道由两侧向中间排放，在涵洞位置从两侧接入涵洞检查井，这有利于两侧的雨水管埋深都控制在合适的范围内，对管道受力有利。因此，涵洞在与规划道路相交位置，涵洞定线不仅受现状地形限制，还要结合远期规划道路的纵断面标高，综合确定。

图5 两侧雨水管接入涵洞位置图

3 结语

地形的复杂性给涵洞平面选线增加了难度，同时，处于规划市区内的涵洞设计受城市建设开发的影响，需要综合考虑的因素更多，其平面布置的合理性对工程建设的可实施性、经济性、方案合理性至关重要。因此，山地城市市区涵洞平面设计需要更多地关注地形、规划、建设时序等诸多因素，充分论证。

城市市区涵洞既作为城市泄洪通道，同时也作为城市雨水系统的一部分，负责汇集沿途周边道路、地块雨水进行有组织排放。因此，涵洞平面布置需考虑远期道路及地块雨水管道的接入。另一方面，城市开发建设是一个渐进的过程，在修建城市排水涵洞、道路等的过程中，会对原有的自然水系造成改变和破坏，涵洞的平面布置要结合地形，充分考虑地块未开发之前的片区地势变化和雨水汇集情况，确保原有水系的畅通，并考虑原有水系与涵洞有效衔接。

城市市区的各项开发建设都要在城市规划的统一指导下有序开展。涵洞的平面选线本身也要遵循规划的指导，同时也要结合实际情况，合理避让规划建设用地、道路用地，确保涵洞选线不影响远期城市开发建设，同时确保与现状及规划建构筑物足够的安全距离。