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油页岩灰渣
2021 NO.10（上）
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工 程 技 术
0 概述
随着城市的快速发展，城市人口及车流量与日俱增，立体交叉道路作为解决交通拥堵问题的一种方式，近年来的建设越来越多。根据结构形式不同，立体交叉道路可分为上跨式和下穿式两种，其中下穿式立体交叉道路地势较低，暴雨时易积水且大多位于交通繁忙地段，下穿式立体交叉道路排水系统是否顺畅，对雨季交通的正常运行及起至关重要的作用。 下穿式立体交叉道路排水设计包括汇水面积、设计重现期、地面集水时间、雨水量计算、雨水管道设计、雨水泵房设计。其中汇水面积的计算及重现期的选取是下穿式立体交叉道路排水设计的关键内容。 1.1 雨水量的计算方法
1.1.1 推理公式法
目前我国雨水量计算方法主要采用推理公式法，推理公式的应用是在一定的假定理想状态：在选定的区域内降雨强度分布是均匀的；在选定时段内降雨强度是均匀不变的；随降雨历时延长汇水面积均匀增加。
暴雨强度如公式（1）所示。q A C P t b n
16711(log )
()
/L s×hm 2 （1）
推理公式：Q =qϕF
式中：Q —雨水设计流量L/s；q —设计暴雨强度L/（s ∙hm 2）；
ϕ—径流系数；F —汇水面积hm 2
；P —设计重现期 a ；t —降
雨历时 min ；
A 1，C ，b ，n —地方参数。该方法计算是假定各雨水管内雨水峰值流量受地面集水时间及管内雨水流行时间的影响，管道设计断面是在不同时间达到峰值流量的，因此按该方法计算出来的雨水量偏大，雨水管道内一般会存在空隙容积。我国2014年以前规范中均考虑了一折减系数，使雨水量更接近实际流量，折减系数m 取值在1~2。近年来，随着城市的快速发展，城市下垫面发生较大变化，国内许多地区内涝频发，
给人民的生命安全及财产安全带来了极大的挑战和不利影响。为提高城市的防洪防涝标准，有效应对城市内涝灾害，提高城市排水安全，城市排水管网作为排水的基础设施，参考美国、日本等发达国家基础设施建设标准，我国2014年版和2021年版《室外排水设计标准》均已取消了
折减系数m [1]，采用最大径流量法进行计算，提高了雨水管道的设计标准。
1.1.2 容量平衡计算法
容量平衡计算法是2007年同济大学邓培德教授结合我国暴雨强度公式提出的新方法。容积平衡法的理论基础：①以推理公式为基础，利用排水管渠的容量调蓄短历时洪峰流量，消减设计流量，节约投资；②利用消减后的设计流量Q d 对应管道容量与平衡理论通过模型雨型推求的出管渠内最大水量相平衡为原理，求取流量折减系数β；容量平衡法设计流量公式：
Q
dt AF t b t d t n
t
t
()
() ³³E
\
d E ª¬«º实验室用振荡器
¼
»2111()()()r nt r t b r r n n
（2）
式中：
Q d （t ）—消减洪峰后的t 计算断面设计流量；β—流量折减系数；
ψ—径流系数；F —汇水面积hm 2；r —雨峰时程位置；
A ，b ，n —地方参数；t —集流时间 min。容量平衡法计算出的雨水设计流量与规范现行计算方法相比，当管道内的流行时间为30min~60min 时结果基本持平，当管道内的流行时间为90min~120min 时结果偏低约5%~10%[2]。
1.2 汇水面积的确定
汇水面积的划分是确定下穿通道排水规模的关键因素，下穿通道的排水原则应为“高水高排、低水低排”，在雨水能及时有效排出的情况下，尽可能缩小汇水面积的范围[3]。城市下穿通道汇水面积通常包括下穿通道引道及中间绿化带，根据下穿通道引道段道路纵坡、道路及雨水管道标高综合分析[4]。在确定汇水面积时应考虑以下几点：a.下穿通道两侧设有辅道的，应设置挡水设施，防止辅道雨水进入下穿通道；b.汇水面积应为一侧挡墙面积与U 型
城市下穿式立体交叉道路排水
系统设计
陈 焕
（厦门中平公路勘察设计院有限公司，福建 厦门 361008）
摘 要：城市下穿式立体交叉道路地势较低，暴雨时汇水较复杂，立体交叉道路一般为城市主干道路，一旦积水，对交通出行安全影响较大。以厦门市海沧区东孚北路下穿通道为例分析城市下穿式立体交叉道路排水设计要点，讨论重要设计参数取值的合理性，为城市下穿式立体交叉道路排水系统设计提供参考。关键词：下穿式立体交叉道路；排水系统；雨水量；汇水面积中图分类号：TU 992 文献标志码：A
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槽道路面积之和；c.在立交纵坡的起点处应设置倒坡，确保路面雨水高水高排[5]。
1.3 设计重现期
城市道路雨水管渠是应对短历时强降雨状况下的安全排水设施，排水管渠的规格受重现期的影响较大，雨水管渠的设计重现期应按照地区性质、城镇类型、经济状况、并结合地形特点和气候特征通过
技术经济比较后综合确定[6]
。在2021年版《室外排水设计标准》中对中心城区地下通道的雨水管道设计参数有明确的规定， 即超大城市和大城市设计重现期取30a~50a，大城市取20a~30a，中等城市和小城市取10a~20a，非中心城区设计重现期不应小于10a [7]
。 重要地区、主干道路、经济条件好的地区可适当提高设计标准，取规定的上限，同一立体交叉道路根据不同部位可采用不同的重现期[1]
。
人脸识别巡更系统1.4 地面集水时间
在2021年版《室外排水设计标准》中规定立体交叉道路的地面集水时间宜为2min~10min。道路地面集水时间受道路纵坡大小、坡长及路面粗糙程度等因素影响较大，当道路纵坡较大、坡度较长时地面集水时间取较大值[8]
。与城市一般道路雨水排水系统不同的是， 城市下穿式立体交叉道路引道坡度较大， 集水较快[9]。
2 工程实例2.1 工程概况
东孚北路（旧国道324线-孚莲东二路段）工程位于厦
门市海沧区，项目起点顺接天竺山路（与旧324国道平交），路线往东南方向前行，沿线下穿新324国道、前场四路、鹰厦铁路、厦深铁路、海翔大道、过芸溪等，而后进入马銮湾片区顺接东孚南路（与规划孚莲东二路平交），项目路线全长2.449公里。
东孚北路为城市主干道路，双向6车道，路基标准横断面宽度为43m，43m=4.0m （中央分隔带）+2×11.0m （机动车道）+2×3.0m（绿化带）+2×2.5m（非机动车道）+2×3.0m （人行道），路基标准横断面见图1（图中标注单位为cm）。项目设有一处立体交叉隧道，隧道段长度1400m，设置U 型槽衔接东瑶隧道出入口和路基挡墙段，下穿式立体交叉U 型槽段长度约220m，纵坡为3.5%，U 型槽段路基横断面为54.5m，54.5m=2.5m （中分带）+2×8.0m （机动车道）+2×0.85m （检修道）+2×1.65m（侧绿化带）+2×7.0m（辅道）+2×3.0m （绿化带）+2×2.5m（非机动车道）+2×3.0m（人行道），U 型槽段路基标准横断面见图2（图中标注单位为cm）。
2.2 汇水面积及排水量的计算
2.2.1 汇水面积
项目设置U 型槽衔接东瑶隧道出入口和路基挡墙段，主体结构采用钢筋混凝土U 型槽。设计U 型槽断
面横向布置为0.85m （检修道）+0.5m （侧向宽）+2×3.5m （行车道）+0.5m （侧向宽）+0.85m（检修道）=9.7m（净宽）。结构底板和侧墙厚度随着侧墙高度的变化逐渐变化，为避免辅道雨水排入隧道内，在
U 型槽顶设置，U 型槽顶统一高出辅道边缘设计高15cm。该项目设计采用高水高排的原则，
在下穿式立体交
图1 路基标准横断面图
图2 U 型槽段路基标准横断面图
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跌落实验台
叉道路U 型槽起端位置调整道路纵坡，人为设置路面驼峰防止高水进入隧道，汇水面积为驼峰及U 型槽段挡墙围成的面积，单侧洞口汇水面积为0.87hm 2
，总汇水面积为1.74hm 2
。下穿式立体交叉U 型槽段纵断面见图3。
2.2.2 设计雨水量
该设计雨水量采用推理公式法进行计算，根据福建省建设厅关于批准发布省工程建设地方标准《福建省城市及部分县城暴雨公式》的通知（文号：闽建科[2003]27号），设计采用暴雨强度如公式（3）所示。
q P t
14323481058245600633
2
..lg ..L/s×hm 该项目城市立交下穿通道设计重现期取50a，经计算，最大地面径流对应的暴雨强度q =583.87（L/（s ∙hm 2））。
2.3 排水系统
该项目下穿式立体交叉道路U 型槽段纵坡为3.5%，考虑到纵坡较大且道路纵坡大于道路横坡，暴雨时水流较急，沿纵坡流速大，两侧雨水口收水效果较差且雨水口受路面垃圾影响容易堵塞。考虑到盖板沟的收水收水效果较好，施工简单、后期维护方便，因此该项目设计在U 型槽段两侧设置0.5m×0.6m 混凝土盖板边沟，雨水通过混凝土盖板沟汇集至隧道洞口0.6m×0.8m 截水沟，最终排至雨水泵房沉砂池，通过水泵提升排至道路重力流雨水管道系统。
该项目下穿立交为隧道段，隧道长度1400m，长度较大，根据高水高排的原则，为避免雨水引入隧道内部，综合分析项目的安全性、经济性及排水的快速高效，该项目设计分别在隧道进洞口、出洞口设置独立的雨水提升泵站。
高斯扩散模型2.4 雨水泵房位置及水泵型号的选择
泵站的选址涉及安全、经济及后期运维管理等方面因素，根据跟项目的特点，设计分别在隧道进洞口
、出洞口最低点设置雨水提升泵站，泵站内部沿进水方向分别设置有沉砂池、格栅、布水槽、集水池。泵站结构采用与隧道结构合建的形式。单座泵站内设置4台自动搅匀潜水排污泵，水泵型号300WQ800-15-55，3用1备，采用液位计自动控制水泵开停，正常水位时4台泵轮番使用，报警水位时四台泵同时启动，低水位时停泵。水泵采用自动耦合安装的形式。粉煤灰水泥
2.5 泵站清污截污设备
市政道路雨水含有较多的垃圾及大块漂浮物，为更好地保护水泵、延长水泵使用寿命，该项目设计在雨水进入泵房前设置格栅。该项目格栅设计采用粉碎型格栅，共2台，单台格栅型号为HCC-S1100。
3 结论
城市下穿式立体交叉道路地势较低，易形成涝点且积水对行车安全及交通影响较大，设计过程应综合多方面因素，选取合理的设计标准，设计重现期一般选用20a~50a。
城市下穿式立体交叉道路引道段设计纵坡较大，雨水地面流行时间较短，根据项目情况合理布置雨水口、排水沟，建议引道两侧采用盖板沟代替雨水口收集路面雨水至雨水泵站。雨水泵站应布置在城市下穿式立体交叉道路最低点的稳定土上，雨水泵型号根据进入泵房管沟的最大流量来选定。
参考文献
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图3 下穿式立体交叉段纵断面设计图
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