立体交叉道路排水问题分析及治理——以宿迁市深圳路立交桥排水为例.pdf

14 工程前沿 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要：立交下穿道路极大地缓解了城市交通压力，然而城市下穿道路易于积水的问题也日益突出，因此立交道路排水系统至关重要。文章以宿迁市深圳路的立交下穿道路排水系统改造设计为例，详细介绍了立交下的深圳路积水原因，立足于改善立交下穿道路排水设计，主要分析了泵站设计、收水系统设计、出水系统设计的要点及难点。经过立体思维通盘考虑整个立交系统的排水问题，有效截流高处雨水，及时排出低处雨水，对类似工程具有一定借鉴意义。关键词：立交道路排水；积水点；雨水泵站；重现期Abstract:Interchange underpass roads greatly alleviate the urban traffic pressure.However,the problem of water accumulation on urban underpass roads is becoming more and more prominent.Therefore,the drainage system of interchange roads is very important.Taking the reconstruction design of the interchange underpass road drainage system of Shenzhen Road in Suqian City as an example,the causes of water accumulation on Shenzhen Road under the interchange are introduced in detail.Based on the improvement of the drainage design of the interchange underpass roads,the key points and difficulties in the design of pump station,water collection system and water outlet system are mainly analyzed.Through the three-dimensional thinking,the drainage problem of the whole interchange system is considered comprehensively,and the rainwater at the high altitude is effectively intercepted and the rainwater at the low altitude is discharged in time,which has certain 立体交叉道路排水问题分析及治理以宿迁市深圳路立交桥排水为例史鹏飞，张启伟，张亚琦北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082Analysis and Treatment of Drainage Problem of Interchange RoadsTaking the Drainage of Shenzhen Road Overpass in Suqian City as an ExampleSHI Pengfei,ZHANG Qiwei,ZHANG YaqiBeijing General Municipal Engineering Design&Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100082,China005.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.近年来，我国许多城市在交通要道和高速公路上兴建了一大批立交桥，对改善城市内部和城际之间的交通状况具有重要作用1。然而，立交桥在给道路交通带来极大便利的同时，也因为气候异常和暴雨频发而导致排水问题日益凸显，立交排水相比一般道路排水更具复杂性和特殊性。立交桥面排水汇水面积较集中，一旦碰到超标准暴雨强度降雨，不易快速排水，易产生积水现象2。当前，研究探讨公路立交易积滞水点的积水原因和有效防治措施尤为必要和迫切。1 项目概况宿迁市位于长三角北翼，江苏省北部，是江苏省沿海地区向中西部辐射的重要门户城市，受季风影响，降水分布不均，易形成夏涝天气。宿迁市迎宾大道是中心城市南北向交通主通道，自 2019 年通车以来，在强降雨月份，该大道与深圳路交叉口处积涝严重。2 积水成因2.1 客水入侵迎宾大道周边引道的现状篦子多为立篦式单篦、溢流式雨水口，篦子开口小，收水能力较弱。同时，作者简介：史鹏飞，男，硕士，助理工程师，研究方向为给排水设计。reference significance for similar engineering.Key Words:interchange road drainage;water accumulation point;rainwater pump station;return period分类号：TU99 工程前沿15工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月由于深圳路与迎宾大道下穿段为周围地势最低点，引道坡度较大，雨水地面径流速度过大，水流往往越过原有的“点式”单箅收水点，全部径流流至桥下，造成路面积水。2.2 收水能力低效下穿通道处的积水最终通过 2 根 d300 mm 雨水连接管汇至迎宾大道西侧辅路 d1400 mm 雨水管道并排至老民便河。单根 d300 mm 雨水管输水能力仅为 2 000 m3/d，收水能力较弱，易造成路面积水。且迎宾大道西侧雨水主管道在暴雨时已处于满管承压状态，无法及时排除深圳路下穿段积水。2.3 下游排水不畅深圳路与迎宾大道下穿段附近受纳河道为老民便河，老民便河多年常水位为 18.80 m，而迎宾大道西侧雨水管道排口处于半淹没状态，d1400 mm 管道仅有 0.3 m位于水面以上。据调查，下穿通道地点高程为 19.20 m，老民便河20 年一遇排涝水位为 19.30 m，河道洪水位较高，超过了立交桥低点高程。如图 1 所示，受老民便河水位顶托，迎宾大道西侧雨水管道暴雨时排水能力下降严重，易发生倒灌，引起深圳路与迎宾大道下穿段严重积水。老民便河水位/m17.5018.0018.5019.0019.5017.0016.50水位 18.00 m水位 18.30 m水位 18.83 m水位 19.20 m水位 19.20 m水位 19.30 m老民便河 10 年一遇涝水位发生倒灌排水能力下降 100%排水能力下降 59%排水能力下降 36%排水能力下降 26%与桥下最低点等高规划蓄水位水面没过管顶现状蓄水位00.501.001.502.002.503.003.50迎宾大道西侧雨水管道排水能力/（m3s-1）图 1 现状雨水主管排水能力分析3 立交排水治理3.1 排水系统设计室外排水设计标准（GB 500142021）提到，立体交叉道路宜采用高水高排、低水低排且互不连通的系统，因此，桥区排水设施具备一个独立、可靠的排水下游是解决桥区积水的关键3。该工程中，下穿道路地点高程低于下游河道洪水位，无法通过道路管道自流方式排入下游水体内。结合周边地块情况，综合考虑采取设置立交泵站提升排水的方式，将桥区雨水收集后通过泵站提升排入下游河道。3.2 设计流量计算此工程中高架立交桥面雨水通过排水立管排入桥下市政道路的雨水系统，未能进入市政排水管道的雨水竖向汇集到下穿通道的最低处。3.2.1 计算雨量雨量的计算公式如下：Q=qF（1）式中：Q 为雨水设计流量，L/s；q 为设计暴雨强度，L/（hm2s）；为综合径流系数；F 为汇水面积，hm2。3.2.2 计算暴雨强度暴雨强度的计算公式如下：()()()0.99661.2 1 1.05Lg39.439.4Titt+=+（2）式中：i 为设计暴雨强度，mm/min；t 为设计降雨历时，min；Lg 为以 10 为底的对数函数；T 为设计重现期，a。3.2.3 选取重现期根据 GB 500142021，非中心城区立体交叉道路排水系统设计重现期不应小于 10 a，位于中心城区的重要地区设计重现期应为 20 30 a。根据周边现状，该工程重现期采用 20 a。3.2.4 确定汇水范围考虑该工程现状中下穿通道起点和终点处缺少驼峰的设置条件，部分雨水会汇入外侧路面，汇水范围确定为从下穿通道的起点和终点分别向外延伸至引道纵坡变缓处。3.2.5 选择径流系数依据 GB 500142021 各覆盖种类道路的径流系数取值范围，立交下穿道路综合径流系数应按加权平均方法计算，宜为 0.9 1.0，各覆盖种类径流系数如表 1 所示。根据道路现场实际情况，下穿道路中汇水区域的下垫面基本为沥青道路，综合考虑后径流系数取 0.95。表 1 各覆盖种类径流系数地面种类径流系数各种屋面、混凝土或沥青路面0.85 0.95大块石铺砌路面或沥青表面各种的碎石路面0.55 0.65级配碎石路面0.40 0.50干砌砖石或碎石路面0.35 0.40非铺砌土路面0.25 0.35公园绿地0.10 0.2016 工程前沿 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究3.2.6 确定降雨历时地面集水时间应考虑道路坡长、坡度及路面粗糙度等因素后计算确定，宜为 5 10 min4-5。由于立体交叉道路坡度较大，坡长较短，地面集水时间采用 5 min。3.3 雨水泵站设计3.3.1 泵站选址泵站选址时应选择距离汇水区域近的地方，将雨水泵站设置在立交道路下穿段附近可缩短雨水进入泵房的时间，提高雨水排除效率。3.3.2 水泵选型经计算，深圳路与迎宾大道交叉口下穿通道雨水量为 3 672 m3/h，因此该工程雨水泵房设计规模确定为3 672 m3/h。如图 2 所示，该工程设计采用 3 台潜水轴流泵并联，无备用泵，单泵流量为 1 250 m3/h，扬程为6 m；泵效率不低于 80%，以保证设计工况下的抽排能力。液位控制：停泵水位 16.65 m；一泵启泵水位 16.75 m，开 1 台水泵；二泵启泵水位 17.40 m，开 2 台水泵；报警水位 18.15 m，开 3 台水泵。3.4 收水系统改造现状引道及下穿段附近篦子多为立篦式单篦、混凝土单篦及溢流式雨水口，篦子开口小，收水能力弱。为尽量拦截外水侵入，此次将引道上的“点式”单箅收水口全部改造为多箅联合式雨水口，两侧引道上增设了连续多箅线形收水井，以及雨水口。为了实现立交桥下穿段独立排水，改造现状下穿段边沟排水方向，并封堵现状 d300 mm 雨水连接管，切断立交区域与排河管道的连通，避免雨水倒灌。通过新建 d1200 mm 雨水管道，将积水汇集至新建雨水泵站，如图 3 所示。3.5 出水系统设计据调查，北京路排洪边沟 20 年一遇洪水位为图 2 泵站平面示意图3.3.3 泵站特征水位该工程雨水提升泵房采用 4 个水位控制点，依次为停泵水位、一泵启泵水位、二泵启泵水位和报警水位，采用依次序循环启动、多水位控制的运行方式。集水池内设有超声波液位计及浮球开关，为水泵的开、停提供必要数据。集水池内设置 2 台水泵，当集水池水位达到一泵启泵水位时，1#潜水轴流泵启泵运行；当水位达到二泵启泵水位时，启动 2#潜水轴流泵，两泵同时运行；当水位达到报警水位时，启动 3#潜水轴流泵，3 台水泵同时运行；当水位降到停泵水位时，3 台水泵均停止运行。雨水泵站采用以上运行方式，可减少水泵频繁启停次数，延长水泵寿命。当积水较少时，可 1 台水泵运行；当发生暴雨积水严重时，同时开启全部水泵，可达到设计规模的最大排除能力。图 3 收水系统改造示意图18.33 m，因此将此次下穿段排水系统设计与道路排水管道完全分割。该工程单泵设计流量为 1 250 m3/h，出水支管流速取 1.5 m/s，出水支管采用 DN600 mm 钢管。泵房共有 3 根 DN600 mm 出水管与 3 台（下转第 33 页）1 200 mm 出水总管1 200 mm 出水总管集水池及泵房2#轴流泵3#轴流泵2#格栅渠道1#格栅渠道1#轴流泵DN600 mm 出水管DN600 mm 出水管出水井6 900 mm3 000 mm19 650 mm 工程前沿33工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月获知未来道路交通状态的变化趋势，进而可通过调整交通管控措施实现对未来交通状态的及时调控。（4）路段时空影响预估。包括事件后果预测与评估（事件影响范围、持续时间等）、事件持续时间预测（对事件的响应时间，事件的清除时间和交通的恢复时间进行预测）。通过高速公路交通事件时空影响范围评估，可以预测道路拥堵事件或者突发事件对道路通行造成影响的范围以及影响的持续时间，有助于道路管理者对路段通行信息的整体把控，通过实施事先制订的应急预案，及时疏散交通流，提高道路的通行效率，提升道路运营管理水平8。5 结束语借助新兴技术手段实现多源数据的融合，并加以分析和应用是高速公路智能化建设过程中的重要手段。文章提出的基于监控网和收费网的融合思路改变了原本系统各自独立的现状。通过构建 DaaS 平台分别拉通收费系统专网和监控系统专网，通过安全边界将收费网、监控网以及互联网在业务层面进行阻隔，根据业务需要，设置网络和安全策略，单独与收费网、监控网和互联网进行数据交互。在满足监控网和收费网对安全等级要求的同时，通过两网数据融合可以实现智慧管控、智慧服务和智慧决策等智能化应用，响应了各省份对智慧高速建设的要求，可为高速公路相关运营单位提供有益借鉴。参考文献1 唐小军,章立辉,兰凤民.以京雄、延崇高速公路为例谈智慧高速公路的发展对策J.公路,2022,67(4):250-255.2 王刚,刘旭,谷岩.高质量发展需求下智慧高速建设目标和思路J.中国交通信息化,2022(12):28-29.3 杜豫川,刘成龙,吴荻非,等.新一代智慧高速公路系统架构设计J.中国公路学报,2022,35(4):203-214.4 章谦骅,章坚武.基于云安全技术的智慧政务云解决方案J.电信科学,2017,33(3):107-111.5 胡启洲,张晓亮,吴翊恺,等.车路协同下高速公路运行态势监测方法J.东南大学学报(自然科学版),2020,50(6):1143-1147.6 祁朵,毛政元.基于自适应时序剖分与KNN 的短时交通流量预测J.地球信息科学学报,2022,24(2):339-351.7 李浩,张杉,曹斌,等.基于城市道路卡口数据的交通流量预测J.重庆大学学报,2020,43(11):29-40.8 陈丹蕾,陈红,任安虎.考虑时空影响下的图卷积网络短时交通流预测J.计算机工程与应用,2021,57(13):269-275.（上接第 16 页）水泵一一对应，最终汇入出水井，经出水井泄压后，通过 d1200 mm 出水管道重力排入北京路排洪沟内。如图 4 所示，该工程 d1200 mm 出水管道终点设计标高为 18.80 m，高于北京路排洪边沟 20 年一遇洪水位，因此可解决迎宾大道与深圳路下穿段积水问题。图 4 出水系统示意4 结束语立交排水的关键主要有两点：一是要保证高处雨水能被有效截留，二是及时排出低处汇集的雨水。在确定排水设计方案时，必须用立体思维统筹考虑整个立交系统的积水特点及排水问题，制订最优的排水方案。综上所述，在解决立交下穿道路的排水不畅问题时，需要关注造成下穿道路积水的原因，并统筹考虑道路结构特点后确定合适的径流系数、暴雨强度、汇水范围等参数。选择高效性与稳定性均较好的排水系统设计方案，充分解决立交道路的排水问题，为雨季时立交下穿道路的安全使用提供保障。参考文献1 胡晨昊.城市道路立交排水设计:以凌空路-迎宾大道立交为例J.城市道桥与防洪,2016(8):152-153,174.2 周文鸿.城市道路下穿立交管线通道及排水系统设计综述J.浙江建筑,2018,35(9):51-56.3 温军燕,罗维.杭州市庆春立交雨水泵站排涝问题及治理对策J.中国给水排水,2016,32(18):14-18.4 汪雨薇.道路立交区排水方案及水力计算方法探讨J.市政技术,2022,40(5):112-117.5 李怡冰,方诗圣.海绵城市理念在城市立交改造中的应用研究J.给水排水,2020,56(2):53-56.