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(shè)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(shù)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(guān)鍵問題，從排水防澇系統(tǒng)、擋水設(shè)施、雨水收集、雨水泵站、雨水調(diào)蓄、出水設(shè)施和檢測控制等7個方面，提出城市下穿立交排水防澇設(shè)計的若干建議，以期為相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計和管理人員提供參考。

關(guān)鍵詞：下穿式立體交叉道路；排水設(shè)計；內(nèi)澇防治；一體化預(yù)制泵站。


近年來，我國城市內(nèi)澇嚴(yán)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(nèi)澇的重災(zāi)區(qū)[1,2]。2008年上海8.25暴雨導(dǎo)致中環(huán)線多處下穿立交嚴(yán)重積水，交通長時間中斷[1]；2012年北京7.21暴雨導(dǎo)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(fēng)期間城區(qū)下穿立交嚴(yán)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(guān)，還與我國城市下穿立交排水設(shè)計缺乏系統(tǒng)性有關(guān)[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(shè)計的若干建議，以期為相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計和管理人員提供參考。

1 排水防澇系統(tǒng)

1.1 建設(shè)完善的排水防澇系統(tǒng)

長期以來，包括下穿立交在內(nèi)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(shè)計規(guī)范》（2013年版）的修訂過程中首次提出了應(yīng)建立適應(yīng)涵蓋“源頭控制”、“排水管網(wǎng)”和“綜合防治”的城鎮(zhèn)排水防澇體系[1,3]。下穿立交應(yīng)按照新規(guī)范的要求，建設(shè)完善的排水防澇體系，包括擋水設(shè)施、雨水收集設(shè)施、雨水泵站、雨水調(diào)蓄設(shè)施和出水設(shè)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(shè)施。

1.2 提高排水防澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

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(yán)重積水[1,3]。國外下穿立交均采用較高的排水標(biāo)準(zhǔn)[4-6]，美國聯(lián)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為最低50年一遇[4]。以前我國下穿立交的排水設(shè)計重現(xiàn)期偏低，多為3年，《室外排水設(shè)計規(guī)范》（2013年版提高了排水防澇標(biāo)準(zhǔn)，雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期為不小于10年，位于中心城區(qū)的重要地區(qū)，設(shè)計重現(xiàn)期為20年~30年；同時，還首次提出了內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)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(shè)計技術(shù)

采用水力模型對下穿立交暴雨產(chǎn)匯流過程進行模擬，評估不同設(shè)計方案的積水深度和積水歷時，可大幅提升排水防澇設(shè)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(yīng)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(shè)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(shù)據(jù)，精度不宜低于1:500。

2 擋水設(shè)施

2.1 分離高低水系統(tǒng)

下穿立交引道兩端應(yīng)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(yīng)有防止客水流入低水系統(tǒng)的可靠措施，當(dāng)附近河道河堤對下穿立交排水安全有隱患時，應(yīng)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(yīng)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(dāng)下穿立交最低點低于地下水位時，應(yīng)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(cè)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(yīng)用的U型槽鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)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(nèi)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(nèi)，引起積水。此外，下穿立交系統(tǒng)內(nèi)雨水也可能進入到市政管線井內(nèi)，引起設(shè)備損害。因此，設(shè)計中應(yīng)避免其它管線進入下穿立交區(qū)域；不能避免時，應(yīng)設(shè)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(shè)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(shè)計中應(yīng)考慮50%被堵塞，立箅式雨水口應(yīng)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(shè)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(shè)計重現(xiàn)期所計算流量的1.5倍~3倍計，并且雨水口數(shù)量宜考慮1.2~2.0的安全系數(shù)，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(dāng)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(shè)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(shè)的水溝蓋應(yīng)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(shè)時，常常受到建設(shè)用地限制[2,8]，建議采用一體化預(yù)制泵站等節(jié)地型泵站。一體化預(yù)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(shù)成熟，目前在國內(nèi)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(shè)計規(guī)范》修訂中對泵站節(jié)地提出要求，并編制《一體化預(yù)制泵站應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)施，但北京、上海、寧波、成都等城市調(diào)查發(fā)現(xiàn)，暴雨時雨水泵站常常受淹，從而導(dǎo)致地面積水嚴(yán)重。為保證在設(shè)計重現(xiàn)期內(nèi)的降雨期間水泵能正常啟動和運轉(zhuǎn)，應(yīng)對雨水泵站和配電設(shè)備的安全高度進行計算校核。當(dāng)不具備將雨水泵站整體地面標(biāo)高抬高的條件時，應(yīng)采取措施防止泵站和配電設(shè)備受淹，措施可包括提高配電設(shè)備設(shè)置高度、安裝防水擋水設(shè)施等[3]。

5 雨水調(diào)蓄

5.1 注重調(diào)蓄與現(xiàn)有設(shè)施的協(xié)調(diào)

首先調(diào)蓄設(shè)施要與整個立體交叉道路充分協(xié)調(diào)，尤其要保證墩柱、橋臺、擋土墻等構(gòu)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(fù)雜、用地緊張，調(diào)蓄設(shè)施宜與周邊綠地、廣場、停車場和景觀水體等設(shè)施統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計和施工建設(shè)；一般而言，調(diào)蓄量就是超過泵站排水能力的雨水量，因此，調(diào)蓄設(shè)施要與雨水泵站充分協(xié)調(diào)，確保投資效益最優(yōu)。

5.2 統(tǒng)籌考慮調(diào)蓄削峰、控污與利用

下穿立交調(diào)蓄設(shè)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(yīng)在其規(guī)劃設(shè)計時考慮其主導(dǎo)功能；對于大多數(shù)城市而言，其主導(dǎo)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(biāo)高較低、空間狹小、納污容量相對較高且污染物成分復(fù)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(shè)施[8,9]。有條件的地區(qū)，調(diào)蓄的雨水經(jīng)處理標(biāo)準(zhǔn)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(shè)施

6.1 建立獨立出水設(shè)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(yīng)設(shè)獨立排水系統(tǒng)，并應(yīng)就近排入河道或調(diào)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(yán)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(shù)下穿立交的周邊區(qū)域排水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)偏低，暴雨時，客水進入下穿立交，從而導(dǎo)致下穿立交嚴(yán)重積水問題。通過下穿立交的周邊區(qū)域排水系統(tǒng)提標(biāo)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(biāo)改造需要一定周期，在改造前應(yīng)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(chǎn)損失，應(yīng)在進入下穿立交前較明顯的位置設(shè)置標(biāo)尺，表明下穿立交的積水深度和標(biāo)識線，并設(shè)置提醒標(biāo)語等。有條件的下穿立交，宜設(shè)置積水自動檢測和報警設(shè)施。積水自動檢測設(shè)施可設(shè)置于下穿立交路面最低點和泵站集水池內(nèi)，積水自動檢測結(jié)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(yù)警水位為270mm[2]），實現(xiàn)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(yù)警和警示。

7.2 澇災(zāi)應(yīng)急搶險

為保證下穿立交排水安全，下穿立交應(yīng)設(shè)置移動式水泵、移動式發(fā)電機、輸水軟管、應(yīng)急編織袋和土方、臨時照明設(shè)備等澇災(zāi)應(yīng)急搶險設(shè)施；應(yīng)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(biāo)、路欄、防撞桶（墻）等物理性交通臨時阻攔設(shè)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(jié)語

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

致謝：感謝上海市排水管理處、北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院、寧波市排水管理處、成都市建設(shè)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(shè)施管理處和昆明滇池投資有限責(zé)任公司等單位在調(diào)研方面提供的幫助。

參考文獻

[1] 張辰主編. 城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系研究報告[R].住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2013-04.

[2] 張韻，黃毆，陳祥瑞等. 北京市下凹式立交橋內(nèi)澇積水原因與治理對策[J].中國市政工程. 2013, 168(S1): 62-64.

[3] 張辰，支霞輝，賀曉紅等. 《室外排水設(shè)計規(guī)范》（2013年版）[S]. 中國計劃出版社，2014.

[4]U.S.Department of Transportation.Urban Drainage Design Manual: Hydraulic Engineering Circular 22, Second Edition, Publication No. FHWA-NHI-01-021 [M].Washington,D.C.,USA, 2001.

[5] BSI (British Standards Institution). Drain and

sewer systems outside buildings (BS EN 752: 2008 [M].London,UK, 2008. (This standard is an EN standard approved by CEN (European Committee for Standardization) on 24 November 2007, Ref. No. EN 752:2008: E)

[6] PUB, Code of Practice on Surface Water Drainage (Sixth Edition) [M].Singapore, 2011.

[7] 叢翔宇, 倪廣恒, 惠士博等. 城市立交橋暴雨積水?dāng)?shù)值模擬[J].城市道橋與防洪. 2006, (2): 52-55.

[8] 張培龍. 上海華翔路地道雨水泵站設(shè)計[J].中國市政工程. 2010, 145(2): 37-39.

[9] 車伍，張偉，李俊奇. 城市初期雨水和初期沖刷問題剖析[J].中國給水排水. 2011, 27(14): 9-14.

[10] 鐘春節(jié)，呂永鵬，楊凱，等. 國內(nèi)外城市雨水資源利用對上海的啟示[J]. 給水排水. 2009, 35(S2): 154-158.

[11] Lü‚ Y.P.‚ Yang‚ K.‚ Che‚ Y.‚ et al. Cost-effectiveness-based multi-criteria optimization for sustainable rainwater utilization: A case study inShanghai, Urban Water Journal [J]. 2013, 10(2):127-143.


（文章來源：全國給水排水技術(shù)信息網(wǎng) 42 屆技術(shù)交流會論文集）