摘要：本文就笔者多年的工作经验，结合某立交排水分析。至这例优化立交雨水排除系统，探讨其设计参数取值的合理。可供城市立交排水系统的借鉴。 关键词：排水特点 下穿式立交 积水成因
Abstract: this paper the author many years of work experience, and in combination with an overpass drainage analysis. This example to optimize the overpass rain ruled out system, this paper discusses the design parameters of the reasonable values. Available for city overpass drainage system for reference.
Keywords: drainage characteristics in type water causes under the overpass
中图分类号：S276文献标识码：A 文章编号：
城市下穿式立交是以3个不同地段中下穿道路的路面高程低于设计路面高程2~8m，在极易最低处形成积深度积水，因为，笔者通过工程实例进行探讨，使得到相应的有效措施。
下穿式立交系统排水特点及系统参数选取
立交泵站及立交系统排水水量计算（见表１）
表１立交系统各部位排水的特点及参数取值
2立交泵站及立交系统排水水量计算
立交雨水泵站排水系统由下穿道路段排水管道系统、立交泵站、泵站尾水压力管段及泵站下游自排管段4个部分组成。在此就下穿道路的雨水径流计算，结合工程实例进行讨论。
2.1 雨水量的计算方法
我国历年排水规范规定的雨水量计算方法采用空隙容积利用法，沿用的是前苏联的计算方法，这种方法考虑到雨水管网中的管道容积在暴雨峰值流量到达之前的调蓄能力而对最大径流量法进行了修正。体现在暴雨强度公式上就是考虑折减系数m。然而由于ｍ值是通过经验取值，没有进行理论或试验的推求，难以完美契合各地域降雨雨型，故该计算方法也存在一定程度的误差。
欧美、日本的雨水量计算采用最大径流量法，与我国现行规范相比，其在设计降雨历时的计算时不考虑折减系数ｍ，集流时间参数小于我国现行规范计算方法得到的参数。用最大径流量法计算得到的雨水量数值偏大。
容量平衡法由同济大学环境科学与工程学院的邓培德教授提出。这种计算方法与我国现行排水规范的雨水量计算方法相似，也考虑暴雨洪峰的错峰和初期降雨时雨水管网的调蓄容量。该计算方法与现行规范法不同的是，其对暴雨强度公式的推求是以同频率控制概念导出，采用流量折减系数B而非集流时间折减系数m（B是同频率控制导出的参数，而m值不是）。
2.2《室外排水设计规范》中雨水量的计算方法（现行规范法）
根据《室外排水设计规范》（GB 50014――2006）中关于雨水设计流量的算法采用公式（１）：
Qs＝qΨF（1）
式中Qs―――雨水设计流量，L/s；
Ψ―――径流系数；
F―――汇水面积，hm２。
暴雨强度公式按式（２）计算：
q= (2)
式中q―――设计暴雨强度，L／（s・hm２）；
t―――设计降雨历时，min；
P―――设计重现期，a；
A１，C，b，n―――地方参数，根据统计方法进行计算确定。
2.3最大径流量法雨水量的计算方法（欧美、日法）
我国现行规范《室外排水设计规范》（GB 50014――2006）中暴雨强度公式即是通过最大径流量法推求的，规范中对于集流时间考虑了折减系数的影响，而在最大径流量法的计算中则没有ｍ值对暴雨强度的影响。
i＝t1＋t2 （4）
式中i―――集流时间，min；
T1―――地面集水时间，min；
T2―――管渠内雨水流行时间，min。
暴雨强度公式的其他参数与现行规范法的参数相同。
2.4容量平衡法雨水量的计算方法
容量平衡法的理论为：①用推理公式径流系数法求取最大径流量，充分利用沟道巨大的容量调洪能力以消减设计流量；②以同频率控制概念导出暴雨公式的模型雨型，并用以推求沟内最大流量；③建立沟道调洪后设计流量Qd相应的沟道容量与沟内最大水量相平衡的容量平衡法理论方程，并求解出流量折减系数β。见式（５）。
Qd＝BQmax＝bqmaxΨF （5）
式中Qd―――容量平衡法设计流量，L/s；
B―――流量折减系数；
qmax―――最大径流量法对应的设计暴雨强度，
L/(s・hm2)。
流量折减系数的计算见式(6)：
β=[2(1-r)--（1-r）n+rn] (6)
式中b，n―――暴雨强度公式中的地方参数；
i―――集流时间，min，i＝t1＋t2；
r―――雨峰时程位置，资料表明一般为r=0.3~0.4（北京0.355，上海0.367），缺乏当地r值的地区，从设计安全角度考虑，可用r=0.5计算。由于地区差异，建议各地根据当地降雨资料分析导出合理的r值。
3水量计算实例说明
以立交桥泵站规模的校核为例，与上文所述的几种计算方法进行对比计算。
3.1工程概况
本工程采用下穿通道形式，铁路轨顶高程22m，下穿道路路面高程15m。新华下路下穿长度约536m，路中敷设有三排D0300~400雨水管，经D0600~1000管道收集入立交泵站。
为减小泵站汇水面积，避免泵站规模偏大，在下穿通道之外的其他道路上敷设雨水管，直接就近汇入现状市政排水管网，具体情况如下：铁路以北，路东敷设有D0500雨水管道，路西敷设有D01000排水管道，排水出路为机场河箱涵；铁路以南，路东敷设有D01000雨水管道，路西敷设有D0400~1000雨水管道，排水出路通过机场河明渠排入府河。
3.2泵站参数取值
（１）汇水面积F：根据道路分水线匡算出立交泵站汇水面积为1.9hm２。
（２）径流系数Ψ：根据《室外排水设计规范》关于立交排水的要求取值为0.8~1，本次计算取0.95。
（３）设计重现期P：《室外排水设计规范》规定设计重现期不小于3a，重要区域标注可适当提高。考虑新华下路为城市主干道，现状路宽60m，本次重现期分别取3a、5a、10a、12a、15a、20a进行校核。
（４）地面集水时间t１：《室外排水设计规范》中关于地面集水时间的说明为“宜为5~10min”。该下穿通道道路纵坡平均值约0.02，根据现场情况，地面最远端离雨水检查井距离约为140m，流速取1m/s，则集水时间约3min。
（５）管内流行时间t２：取0.3min。
3.3泵站汇水区域内雨水流量的计算
分别采用我国现行《室外排水设计规范》中关于雨水设计流量的算法、最大径流量法、容量平衡法对下穿道路区域的雨水量进行核算、计算，结果见表２。
表２泵站雨水流量计算结果
由表２可知，用最大径流量法计算得出的流量最大，容量平衡法计算得出的流量最小；用现行规范法计算得出的值与最大径流量法计算得出的数值很接近。考虑到立交下穿道路纵坡大、汇水时间短的特点，用最大径流量法算出的流量作为泵站设计参数偏于安全。
由于隔水措施可能不如理论计算中的效果那般理想，考虑到暴雨时泵站集水区域的实际面积可能会扩大，笔者以汇水面积扩大至3.2hm２时，对下穿立交系统的雨水量核算详见表３。
表３汇水面积为3.2hm２时泵站雨水流量计算
3.4短历时最大降雨量校核泵站抽排能力
由于近年来极端天气频现，在运营管理立交系统这样的城市交通枢纽时应充分考虑极端气候的影响。下面由不同时段的短时暴雨量来校核泵站的抽排能力。
表４汇水面积为1.9hm２时短历时降雨量校核计算
注：汇水面积采用Ｆ＝１．９ｈｍ２，径流系数采用０．９５，不考虑设置调节池。
由表４可知，当泵站规模达到1.1m3/s时，如果泵站正常运行且泵站尾水排放畅通，则下穿式立交系统不会产生积水。此时对应的设计重现期为10a。而当实际汇水面积采用扩大至F＝3.2hm２时，校核的结果如表５所示。
表５汇水面积扩大至F＝3.2hm２时短历时降雨量校核计算
注：汇水面积采用Ｆ＝３．２ｈｍ２，径流系数采用０．９５，不考虑设置调节池。
从表５可知，当立交系统周边区域有雨水汇入泵站时，若泵站规模还按照1.1m3/s设计时会产生积水，而此时不但汇水面积参数取值需增大，且设计重现期也相应扩大至p=15a。
3.5泵站下游出水系统的校核
在《室外排水设计规范》中，对于立交排水系统的尾水有如下说明：“立体交叉地道排水应设独立的排水系统，其出水口必须可靠。”
在本文实例中，新华下路铁路立交桥泵站的出水无法做到设置独立的排水系统。近期，泵站的尾水通过新华下路Do1000雨水管―红旗渠路3.6m×2m~4m×2m箱涵排入机场河现状箱涵，而后通过常青泵站抽排入府河，近期从立交泵站至机场河箱涵沿线管涵2.8km。远期，泵站尾水通过站北路Do1200~1350雨水管―新华西路延长线Do1800雨水管―红旗渠路3.6m×2m~4m×2m箱涵排入机场河现状箱涵，远期从立交泵站至机场河箱涵沿线管涵2,85km。
笔者将立交泵站的流量1.1ｍm３/s按集中流量计算来校核下游排水管网的过流能力。其参数取值为综合径流系数Ψ＝0.7，重现期p=1a，地面集水时间t１＝15min。泵站尾水管道过流能力校检结果见表6。
表6泵站尾水管道过流能力校核
注：汇水面积采用Ｆ＝1.9ｈｍ２，泵站流量按集中流量计算，尾水管涵系统设计重现期为1ａ。
从表６能够看出，泵站尾水下游管网由于至机场河主排水通道有接近2,8km的距离，沿途街区汇入的雨水量较大，如加上立交泵站抽排出的1.1m３/s集中流量，局部管段的过流能力明显不足；至红旗渠路箱涵段时，过流能力才有所改善。
需要注意的是，红旗渠路箱涵系统的出路是机场河箱涵，而机场河箱涵的雨水出口为常青泵站。
3.6立交积水原因的分析
关于该路段积水原因，笔者认为主要原因有两点：
（１）实际集水面积高于设计参数，对于优先考虑“高水高排、低水低排”的立交排水系统而言，通常在为避免地堑段（下穿道路）周边区域的雨水汇入整个立交系统的最低点，一般会在地堑段汇水范围线附近设置加高措施，例如将地堑段侧壁顶部加高。就新华下路立交下穿道路段而言，笔者粗略估算，其实际汇水面积最大时可能达到3.2hm２。参考表5，根据此汇水面积，采用历年时最大降雨量102.1mm时，1h雨量为3103.84m３，泵站1h抽排能力为3960m３，泵站抽排能力满足要求；采用历年10min最大降雨量29.4mm时，10min雨量为893.76m３，泵站10min抽排能力为660m３，此时该路段有可能会出现短时积水现象（从表5中得知积水约30min以上）。
（２）承担泵站排水出路的下游管涵系统过流能力不足，致使泵站出水排放不畅，从而使下穿道路路段出现积水。在本例中，泵站的出水近期通过新华下路Do1000排水管―红旗渠路3.6m×2m―机场河箱涵3孔6.8m×2.7m箱涵最终通过常青泵站（现状规模52m３/s）抽排入府河；远期通过站北路Do1200排水管―新华西路Do1800排水管―红旗渠路3.6m×2m―机场河箱涵3孔6.8m×2.7m箱涵最终通过常青泵站抽排入府河。
通过核算（参考表6），泵站满负荷运行时，近期新华下路Do1000雨水管、站北路―新华西路Do1200~1800的排水能力均显不足，只能满足过流能力要求的40%~66%，远期应增加管涵的过水断面。直至红旗渠路3600mm×2000mm箱涵时管涵的过流能力才能满足泵站集中流量汇入的要求。
4结论及建议
通过以上计算及分析，笔者认为，对于下穿式立交排水系统，应着重注意以下几点：
（１）泵站设计参数的取值应充分考虑下穿式道路地势的特殊性，对于积水时间t、汇水面积F、径流系数Ψ以及重现期P的取值应考虑最不利条件的影响，在设计过程中用短历时降雨强度的极值进行校核。
（２）由于在下穿式立交系统中，地面坡度大、集水时间短，雨水口的收集能力不易满足泵站设计参数取值的要求，建议采用盖板沟代替雨水口，盖板沟过水断面应与立交泵站设计参数的取值相匹配。
（３）因条件所限，无法为立交泵站设置独立的排水出口时，应充分考虑泵站抽排能力对下游自排管道系统的影响，下游自排管段的过水断面应按泵站装机规模的集中流量进行校核。
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