張辰1,2，呂永鵬1,2，鄒偉國1,2，賀曉紅1,2，王磊磊1,2，梁小光1,2，王盼1,2

（1上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092；2上海城市排水系統(tǒng)工程技術研究中心，上海 200092）


摘 要：針對上海、北京、成都、昆明和寧波等大城市下穿式立體交叉道路排水防澇系統(tǒng)運行中存在的關鍵問題，從排水防澇系統(tǒng)、擋水設施、雨水收集、雨水泵站、雨水調蓄、出水設施和檢測控制等7個方面，提出城市下穿立交排水防澇設計的若干建議，以期為相關規(guī)劃、設計和管理人員提供參考。

關鍵詞：下穿式立體交叉道路；排水設計；內澇防治；一體化預制泵站。


近年來，我國城市內澇嚴重，作為城市交通重要節(jié)點的下穿式立體交叉道路（以下簡稱下穿立交）常常是城市內澇的重災區(qū)[1,2]。2008年上海8.25暴雨導致中環(huán)線多處下穿立交嚴重積水，交通長時間中斷[1]；2012年北京7.21暴雨導致多處下穿立交積水深度達0.3m~4.0m不等，交通被迫中斷，甚至發(fā)生人員傷亡事件[2]；2013年寧波“菲特”臺風期間城區(qū)下穿立交嚴重積水，下穿立交交通幾乎全部中斷。這既與我國城市下穿立交排水設計標準偏低、部分高低水系統(tǒng)互相連通、泵站安全高度不足等問題有關，還與我國城市下穿立交排水設計缺乏系統(tǒng)性有關[1]。鑒于此，論文從系統(tǒng)角度出發(fā)，提出城市下穿立交排水防澇設計的若干建議，以期為相關規(guī)劃、設計和管理人員提供參考。

1 排水防澇系統(tǒng)

1.1 建設完善的排水防澇系統(tǒng)

長期以來，包括下穿立交在內的我國城市排水系統(tǒng)并不完善，沒有形成排水防澇體系[1]。在《室外排水設計規(guī)范》（2013年版）的修訂過程中首次提出了應建立適應涵蓋“源頭控制”、“排水管網”和“綜合防治”的城鎮(zhèn)排水防澇體系[1,3]。下穿立交應按照新規(guī)范的要求，建設完善的排水防澇體系，包括擋水設施、雨水收集設施、雨水泵站、雨水調蓄設施和出水設施，在有條件的地區(qū)還可包括雨水污染控制和雨水利用等設施。

1.2 提高排水防澇設計標準

下穿立交往往是所處匯水區(qū)域最低洼的部分，雨水徑流匯流至此后再無其他出路，只能通過泵站強排至附近河湖等水體或雨水管道中，如果排水不及時，必然會引起嚴重積水[1,3]。國外下穿立交均采用較高的排水標準[4-6]，美國聯邦高速公路管理局規(guī)定，高速公路“低洼點”（包括下穿立交）的設計標準為最低50年一遇[4]。以前我國下穿立交的排水設計重現期偏低，多為3年，《室外排水設計規(guī)范》（2013年版提高了排水防澇標準，雨水管渠設計重現期為不小于10年，位于中心城區(qū)的重要地區(qū)，設計重現期為20年~30年；同時，還首次提出了內澇防治設計重現期（特大城市50~100年，大城市30~50年，中等城市和小城市20~30年），并按道路中一條車道的積水深度不超過15cm進行校核[3]。

1.3 提升排水防澇設計技術

采用水力模型對下穿立交暴雨產匯流過程進行模擬，評估不同設計方案的積水深度和積水歷時，可大幅提升排水防澇設計水平[4-7]。由于下穿立交地形坡度較大，一維模型不能很好反應真實的地面漫流過程，鑒于下穿立交排水防澇的特殊性和重要性，建議采用二維模型進行設計校核。此外，下穿立交匯水面積比較小，建議采用較高精度的地形數據，精度不宜低于1:500。

2 擋水設施

2.1 分離高低水系統(tǒng)

下穿立交引道兩端應采取措施，控制匯水面積，減少坡底聚水量[3]。立體交叉道路宜采用高水高排、低水低排，且互不連通的系統(tǒng)。應有防止客水流入低水系統(tǒng)的可靠措施，當附近河道河堤對下穿立交排水安全有隱患時，應采取加高、加固河堤等措施防止河水倒灌。為防止外部重力流排水管線承壓狀態(tài)時冒水，應避免其穿越下穿立交區(qū)域。

2.2 治理地下水考慮長期性

當下穿立交最低點低于地下水位時，應采取措施防止地下水進入下穿立交。目前許多城市采用初期投資較少的滲渠、盲管或盲溝等措施收集地下水，但長時間使用之后盲管等易發(fā)生堵塞而減小排水能力，容易造成下穿立交側墻表面滲水，同時也易造成翻漿和凍脹。建議采用在上海、北京等許多城市成功應用的U型槽鋼筋混凝土結構橋體防水，雖然初期投資較大，但防水效果可靠，可減小雨水泵站的設計規(guī)模，從而大幅減少泵站運行和維護費用。

2.3 避免其它管線進入下穿立交

目前，我國城市下穿立交內有電力、電信等其它市政管線井，強降雨情況下，雨水通過密閉性差的管線井口進入到下穿立交內，引起積水。此外，下穿立交系統(tǒng)內雨水也可能進入到市政管線井內，引起設備損害。因此，設計中應避免其它管線進入下穿立交區(qū)域；不能避免時，應設置措施防止雨水徑流通過其它市政管線進入下穿立交區(qū)域。

3 雨水收集

3.1 雨水口設計考慮堵塞

雨水口易被路面垃圾和雜物堵塞，平箅雨水口在設計中應考慮50%被堵塞，立箅式雨水口應考慮10%被堵塞[3]。暴雨期間，雨水管道一般處于承壓狀態(tài)，其所能排除的水量要大于重力流情況下的設計流量，因此建議雨水口和雨水連接管流量按照雨水管渠設計重現期所計算流量的1.5倍~3倍計，并且雨水口數量宜考慮1.2~2.0的安全系數，通過提高路面進入地下排水系統(tǒng)的徑流量，緩解道路積水。鑒于下穿立交排水的特殊性和重要性，當條件許可時，宜取上限。

3.2 橫向截水溝注重安全性

由于下穿立交縱坡大，雨水匯水快、水流急。因此，下穿立交雨水收集系統(tǒng)建議采用設置橫向截水溝的形式來截取縱向水流再通過管渠排入泵站集水池。橫向截水溝上敷設的水溝蓋應保證車輛及行人的安全。

4 雨水泵站

4.1 采用節(jié)地型泵站

下穿立交雨水泵站建設時，常常受到建設用地限制[2,8]，建議采用一體化預制泵站等節(jié)地型泵站。一體化預制泵站具有全地下式、占地面積小、施工工期短、環(huán)境影響小和無人值守等特點，在國外已有超過50年的歷史，技術成熟，目前在國內成功案例也較多，包括北京天安門污水泵站（600t/d）、上海祝橋雨污合流泵站（1萬t/d）、天津市濱海新區(qū)起步區(qū)南部雨水泵站（27萬t/d）、成都市元華路南延線～老雙華路節(jié)點隧道雨水泵站（4.9萬t/d）和天津市麗江道地道雨水泵站（14萬t/d）等。建議在《室外排水設計規(guī)范》修訂中對泵站節(jié)地提出要求，并編制《一體化預制泵站應用技術規(guī)程》等相關標準，促進節(jié)地型泵站的推廣。

4.2 防止泵站受淹

雨水泵站是排除下穿立交積水的主要設施，但北京、上海、寧波、成都等城市調查發(fā)現，暴雨時雨水泵站常常受淹，從而導致地面積水嚴重。為保證在設計重現期內的降雨期間水泵能正常啟動和運轉，應對雨水泵站和配電設備的安全高度進行計算校核。當不具備將雨水泵站整體地面標高抬高的條件時，應采取措施防止泵站和配電設備受淹，措施可包括提高配電設備設置高度、安裝防水擋水設施等[3]。

5 雨水調蓄

5.1 注重調蓄與現有設施的協(xié)調

首先調蓄設施要與整個立體交叉道路充分協(xié)調，尤其要保證墩柱、橋臺、擋土墻等構筑物和重要管線的安全，不能影響其安全運行；下穿立交區(qū)域交通復雜、用地緊張，調蓄設施宜與周邊綠地、廣場、停車場和景觀水體等設施統(tǒng)籌規(guī)劃設計和施工建設；一般而言，調蓄量就是超過泵站排水能力的雨水量，因此，調蓄設施要與雨水泵站充分協(xié)調，確保投資效益最優(yōu)。

5.2 統(tǒng)籌考慮調蓄削峰、控污與利用

下穿立交調蓄設施具有削減雨水管道峰值流量、削減雨水污染和加強雨水資源化利用等多種用途，應在其規(guī)劃設計時考慮其主導功能；對于大多數城市而言，其主導功能是通過削減雨水管道峰值流量，防治下穿立交區(qū)域地面積水，提高汛期道路通行能力；由于下穿立交區(qū)域標高較低、空間狹小、納污容量相對較高且污染物成分復雜[8]，對于受納水體環(huán)境敏感、下穿立交地表徑流污染較大等地區(qū)，宜控制降雨初期的雨水污染，收集的雨水宜就近排入污水管道或就地處理設施[8,9]。有條件的地區(qū)，調蓄的雨水經處理標準后，可用于綠化澆灌、回灌地下、市政雜用、河道景觀等，節(jié)約水資源[10,11]。

6 出水設施

6.1 建立獨立出水設施

下穿立交排水的可靠程度主要取決于排水系統(tǒng)出水口的暢通，故應設獨立排水系統(tǒng)，并應就近排入河道或調蓄池，盡量不要利用其他排水管渠排出。例如，某下穿立交雨水泵站出水管與市政雨水管渠連通，由于市政雨水管渠渲泄不暢，致使每逢雨季，不能及時排除下穿立交雨水徑流，形成大量積水，嚴重影響交通，不得不進行改建。

6.2 提升區(qū)域排放能力

上海、北京等城市多數下穿立交的周邊區(qū)域排水系統(tǒng)標準偏低，暴雨時，客水進入下穿立交，從而導致下穿立交嚴重積水問題。通過下穿立交的周邊區(qū)域排水系統(tǒng)提標改造，提升區(qū)域排放防澇能力，是下穿立交安全排水的前提條件。由于周邊區(qū)域排水系統(tǒng)一般較大，提標改造需要一定周期，在改造前應考慮其對下穿立交區(qū)域排水防澇系統(tǒng)的影響。

7 檢測控制

7.1 積水監(jiān)測報警

為防止行人車輛進入積水較深的下穿立交區(qū)域，造成人身傷害和財產損失，應在進入下穿立交前較明顯的位置設置標尺，表明下穿立交的積水深度和標識線，并設置提醒標語等。有條件的下穿立交，宜設置積水自動檢測和報警設施。積水自動檢測設施可設置于下穿立交路面最低點和泵站集水池內，積水自動檢測結果可通過信息控制系統(tǒng)傳輸至LED智能報警系統(tǒng)或聲光報警系統(tǒng)（北京規(guī)定發(fā)布預警水位為270mm[2]），實現水位變化檢測、積水智能報警、信息發(fā)布和遠程監(jiān)控指揮，做到提前預警和警示。

7.2 澇災應急搶險

為保證下穿立交排水安全，下穿立交應設置移動式水泵、移動式發(fā)電機、輸水軟管、應急編織袋和土方、臨時照明設備等澇災應急搶險設施；應在積水監(jiān)測到一定深度（北京規(guī)定為300mm[2]）時，采取等錐形交通路標、路欄、防撞桶（墻）等物理性交通臨時阻攔設施，禁止行人車輛通行，防止類似2012年北京7.21下穿立交人員死亡事件再次發(fā)生。

8 結語

下穿立交是城市交通的重要節(jié)點，但也是城市內澇的重災區(qū)?！妒彝馀潘O計規(guī)范》（2013版）對下穿立交排水設計提出了更高的要求，但目前仍缺乏專門的標準規(guī)范，建議有關部門編制《下穿式立體交叉道路排水防澇設計規(guī)范》等國家、行業(yè)和協(xié)會標準，同時加強節(jié)地型泵站等新技術在下穿立交排水防澇系統(tǒng)中的應用。

致謝：感謝上海市排水管理處、北京市城市規(guī)劃設計研究院、寧波市排水管理處、成都市建設委員會、常州市排水管理處、鎮(zhèn)江市排水管理處、昆山市規(guī)劃局、南通市市政設施管理處和昆明滇池投資有限責任公司等單位在調研方面提供的幫助。

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（文章來源：全國給水排水技術信息網 42 屆技術交流會論文集）