西安某地铁路立交道路雨水泵站重难点问题及对策研究

杨 杰

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京）

引言

众所周知，市政给排水工程是十分复杂的，泵站工程是市政排水工程的重要节点，而且它还对设计人员的技术水平有很大的要求[1-3]。铁路系统是国家重大基础设施，关系民生之本。铁路立交道路雨水泵站工程系统可靠性、安全性较之普通泵站要高。本文以西安某地铁路立交道路雨水泵站为例，分析了项目中的重难点问题，为其它类似项目提供借鉴。

1 项目背景

本项目位于西安市某区火车站附近，该地区有三条既有过铁路通道，间距约为1.5 km 和2 km，过铁路通道数量偏少，严重制约铁路两侧地块沟通及区域发展。

考虑交通及区域的发展需求，加强铁路南部区域及北部新城之间的沟通，根据规划在火车站旁边新建一条城市次干路，下穿通过铁路，红线宽40 m（部分路段52 m），道路长约1.064 km。

2 主要技术方案

2.1 设计标准

本项目采用西安市暴雨强度公式：

其中：

q-设计暴雨强度（L/s·hm2），P-重现期，t-降雨历时（min）。

2.2 技术方案

项目雨水主要考虑接纳下穿段铁路泵站雨水及周边地块雨水。采用充分利用地形就近排放的原则，就近排入承泄水体。

根据道路横断面布置图，在机动车道两侧及非机动车道两侧分别布置一条排水沟用以收集道路雨水，在最低点汇集后由d900 mm 雨水管道进入雨水泵站，经泵站提升后排入阎良街现状雨水管道，见图1。

3 重难点问题及对策分析

3.1 流量计算

雨水泵站流量计算是整个泵站设计的基础，流量大小直接关系泵站规模及投资。泵站流量计算偏大，则会导致泵站规模增大，会增加不必要的投资；泵站流量计算偏小，则会导致泵站规模偏小，无法满足设计预期，增加内涝风险。因此，泵站流量计算应根据项目重要程度以及项目具体情况，选取合适的计算参数，最终确定合理的计算流量，为泵站下一步设计工作提供依据。

泵站流量计算则采取如下公式：

其中：

Q-雨水设计流量（L/s），F-汇水面积（hm2），Ψ-径流系数，q-设计暴雨强度（L/s·hm2）

根据流量计算公式及暴雨强度公式，可得出关于流量计算的主要影响因素有流域划分（汇水面积）、集水时间（降雨历时）、重现期以及径流系数。

（1） 流域划分

合理的雨水流域划分是流量计算的重要因素，它与计算流量呈正比例关系，流域的大小对于流量计算结果有着直接的影响。

流域的划分应根据地形确定，合理确定泵站的收水范围，做到高水高排，低水低排，高低水分别采用独立的收水及排水系统。同时，为避免高水进入低水区域，增加泵站排水压力，下穿段低水区域应采取措施封闭低水区域，避免客水汇入。因此，在实际工程应用中，应采取尽可能缩小泵站流域范围，将泵站规模控制在合理范围内，控制工程造价。

为有效控制汇水面积，封闭汇水范围，避免客水汇入，下穿段两侧设置了挡墙、两端分别设置了驼峰等拦截措施。根据铁路部门相关要求，净空按照机动车道≥4.5 m；非机动车道≥3.5 m；人行道≥2.5 m；道路按照主路最大纵坡4.5%，人非通道最大纵坡3.5%，最小纵坡0.3%。结合本项目实际特点，铁路两侧为现状道路，间距约641 m，受两侧现状高程、道路纵坡及道路穿铁路最小净空等因素影响，南侧驼峰位于K0+037，北侧驼峰位于K0+686，导致北侧现状路口进入汇水范围内。为进一步控制汇水范围，通过交叉路口竖向设计将雨水坡向相交道路、加密相交路口雨水口、交叉口及交叉口北侧道路增设高水收集系统进行拦截等措施，将实际雨水收水范围控制在两条现状路范围内。

根据本项目特点，经采取设置挡墙、驼峰等措施封闭汇水范围、流域内采取其它措施进一步减小收水范围，最终将实际收水范围控制在尽可能小的范围内。同时，由于下穿铁路框架桥段实际不收水，总收水范围应刨除相应区域。为安全考虑，交叉口至北侧驼峰范围内的雨水及适当范围内现状道路由于实际收水效果位置，故应纳入流量计算范围，最终确定雨水泵站流域范围约2.05 hm2，见图2。

图2 雨水泵站汇水面积图

（2） 集水时间

一般来说，集水时间受汇水距离、地形坡度和地面种类等多因素的影响。在常规雨水管渠设计中，由于地形、距离以及地面种类复杂多样，往往难以计算，因此集水时间一般不经计算按照经验确定，取值为5～15 min。而下穿铁路道路与常规雨水管渠设计不同，由于道路坡长、坡度和路面种类等因素较为单一，可以经简化后由计算确定，时间也较常规雨水管渠短，一般为2～10 min。计算可采用如下公式：

式中：

L-径流长度（m）；

V-道路偏沟流速（m/s），可采用表1。

表1 地面坡度与边沟流速对应关系表

经计算，本项目集水时间取7 min。

（3） 重现期

依据《室外排水设计规范》（GB50014-2021）[4]，西安市属于超大城市，中心城区下穿立交道路雨水管道的设计重现期可取30～50 年，非中心城区下穿立交道路雨水管道的设计重现期不应小于10 年。本项目位于西安市非中心城区，但该道路毗邻火车站，属于重要地区，应适当提高标准。因此，本项目雨水重现期采用20 年。

（4） 径流系数

综合径流系数应根据流域范围内下垫面情况不同径流系数加权平均计算得出，宜为0.9～1，本项目经计算取0.9。

经计算，雨水泵站设计流量为741 L/s，即2 668 m3/h。

3.2 雨水收集系统

雨水收集系统布置与道路纵坡关系紧密。根据经验，当道路纵坡大于2%时，因纵坡大于横坡，雨水流入雨水口较深，沿途可少设或不设雨水口；当坡度较短（长度≤300 m）时，在道路低点处集中收水，是更加经济合理的方案。

本项目泵站收水范围内主路最大纵坡4.5%，最小纵坡0.3%，人非通道最大纵坡3.5%，最小纵坡0.3%。最大纵坡均超过2%，且坡长均小于300 m，在主路及人非通道缓坡段布置路面雨水收集系统，见图3。

图3 雨水收集系统断面布置示意图

人非通道下方预埋有管沟，致使路面结构层最小厚度仅为300 mm，不具备不设常规雨水管道的条件，结合本项目实际条件，在缓坡段布置300×450 mm 成品排水沟。300WQ1000-12-45 潜污泵（冷备一台），采用φ3.8 m 泵筒，泵筒深度达18 m，基坑支护费用过高。

为降低工程投资，经现场踏勘，经济技术比较，采用如下方案，见图4 和图5：

图4 泵站工艺平面布置示意图

（1） 将基坑支护作为泵井外壁，取消一体化泵站泵筒。

（2） 保持集水池总容积不变，增加集水池底面积，泵井深度由18 m 减为15.6 m。

调整后泵站投资可减少约50 万元。

3.3 雨水泵站设计

根据常规经验，当泵站流量不大于1 m3/s 时，采用一体化泵站更加经济[5]。本项目设计流量为0.74 m3/s，可采用一体化泵站方案。受进出水管道高程及一体化泵站工艺的限制，当采用一体化泵站方案时，需设置三台

3.4 泵站排水出路

由于下穿铁路等立体交叉道路下穿段为区域洼点，一旦积水将严重威胁人身安全。因此，该类道路雨水设计重现期远远高于周边附近道路，为确保立体交叉道路下穿段雨水的排水畅通，当具备条件时应设置独立的排水系统就近排入水体。

在实际工程中，立体交叉道路往往远离河道，且周边路网中市政管线繁多，额外设置一条排水通道就会不经济且空间上不具备条件。因此，市政项目泵站排水多排入周边市政管网中，但收纳管网应能同时满足设计条件下周边区域及泵站的排水要求。

本项目泵站雨水下游为阎良街规划雨水管道，目前暂未实施。现状为800×600 mm 雨水沟，经校核，可满足约5 年一遇重现期雨水排除条件，基本满足日常通行需要。为避免极端降雨造成下凹段内涝，将对该段道路在雨季加强巡查，一旦路面发生积水，可采取封路、停止泵运行等措施，切实保护人民生命财产安全。

4 泵站运行效果

本泵站于2023 年建设完成，在经历了该年度汛期考验，泵站运行正常，地面未出现积水等现象，基本实现了设计要求。

5 结论

铁路系统立交道路雨水排除由于受周边及铁路条件限制，常规均采用泵站排除的方式。设计过程中应合理的确定设计标准、框定流域面积，必要时应对设计方案进行技术经济比较，最终确保排水系统安全可靠。