下穿通道雨水排水系統設計

柳州市強容路下穿通道雨水排水系統設計

陶臻慧羅瑞麗 胡景宣

（柳州市市政設計科學研究院，柳州，545006）

摘要：結合下穿通道排水特點，對柳州市強容路下穿通道雨水排水系統進行設計，闡述了排水方式的確定，通道內雨水量的計算，集水池有效容積及設計水位，水泵選擇等內容，並總結相應的設計經驗。

關鍵詞：下穿通道排水；泵站；集水池有效容積；設計水位；水泵選型

0、 引言

近幾年來，內澇頻繁發生。下穿通道地勢低，更是內澇頻發地。由於氣候和地形地貌問題，柳州是洪澇災害高發地。所以柳州下穿通道雨水排水系統設計，更應該採取多種措施以確保排水安全。

1、工程概況

本工程位於柳州市官塘新區強容路一期與博園路交叉路口。爲城市主幹路I級。下穿通道採用單層下穿，下穿距離0.455km。

2、排水方式的確定

2.1下穿通道排水特點

該下穿通道排水具有如下特點：

（1）該下穿通道爲城市主幹路I級，若遭特大暴雨襲擊，發生內澇，會造成負面社會影響：交通中斷，影響人們正常。

（2）因下穿部分道路縱坡較大（4.422％～4.488％），比匝道低2ｍ～8.25ｍ，成爲區域內的凹地，相當於一個蓄水池，彙集並滯留雨水。內澇極易發生。

因此本工程設計標準高於一般道路排水標準。

2.2排水方式的確定

根據《室外排水設計規範》GB 50014－2006(2014版)規定,本工程設計原則爲“高水高排、低水低排”。下穿通道內澇主要原因有幾點：一是排水標準低，老規範中，P≥3；二是路面積水倒灌到下穿通道；三是停電，水泵沒法啓動。所以本次設計採用多種設計措施，以便有效防止內澇。

（1）地面雨水系統

匝道地面雨水具備自流條件，自流排除。綜合徑流係數，取0.7；雨水匯水面積按規劃路網，結合本路段的實際地形，並考慮其它路段的轉輸流量進行劃分；重現期，取2年。暴雨強度公式採用廣西建委綜合設計院編制的柳州市暴雨強度公式。本工程雨水出口爲到博園大道西側的設計雨水乾渠，沿博園大道由南向北排往莫道江，最終排入柳江。渠道斷面BxH=3600x2000，設計坡度3.3‰。本工程雨水管（渠）採用雙側佈置，雨水管道佈置在道路兩側輔道下，距離道路中心線24.50米。

（2）通道內排水設計

下穿通道最低處標高爲81.53m，低於本工程設計重力流雨水渠道BXH=3600X2000的渠內底標高82.67m，因此須設置雨水提升泵站。

①設置反坡。爲了減小雨水提升泵站的規模，在下穿通道兩端設置反坡，並在在出入口設置了截水溝，減少流入通道內的雨水。

②邊溝上雨水口設置。雨水通過通道兩側的內嵌邊溝收集，再經d800，i=0.004排水管排入泵站集水井。綜合考慮幾種類型雨水口的特點：立篦雨水口不易堵塞，但是邊溝需保持一定水深，常常道路加鋪瀝青層後水深不夠；平篦雨水口水力條件好，可惜容易被樹枝、垃圾等堵塞；聯合式雨水口能兼顧平立篦優點。由於下穿部分道路縱坡遠遠大於道路橫坡，遠遠佈置一個雨水口，不利於雨水的收集。所以直接在邊溝上設置鋼格板代替雨水口，鋼格板的設置形式參照聯合式雨水口。

③消能井設計。排出口設消能井，儘可能提高水泵壓力出水管標高，並在消能井內設擋板，防止渠道雨水倒灌。

④提高泵站設計標準，P取20年，增設備用水泵。選擇性能優越的水泵。

⑤泵站泵房設計爲採用半地下溼式， 與框架一體建設。爲避免通道被淹造成停電，泵站的控制設備（箱式變電站）設於通道外的人行道上外。

3、通道內雨水量的計算

通道內雨水量計算

Q=Ψ×q×F（L/s）

式中：

ψ：徑流係數，取0.9；

F：匯水面積，單位爲ha，本工程F=1.43 ha；

q ：廣西建委綜合設計院編制的按數理統計法得出地柳州市暴雨強度公式：

(L/s·ha)

其中：

P：重現期，取20年

t：降雨歷時（分鐘）， t=t1+t2

t1：地面集水時間,單位爲min，本工程取t1=5min

t2：管渠內雨水流行時間，單位爲min

經計算，Q雨＝790.19L/s＝2844.69m3/h

確定泵站規模爲3000m3/h

4、水泵類型的選擇

潛水排污泵能將水中長纖維、袋、草、布條等撕裂、切斷，然後順利排放，適合下穿通道積水的排除，不易因雜物堵塞引發停機。此外，潛水排污泵具有不存在汽蝕破壞、灌引水問題；安裝維修靈活方便；結構緊湊合理、佔地少；使用壽命長等優點。所以本工程選擇潛水排污泵。

5、泵站設計

下穿通道雨水經兩側邊溝收集，經d800管輸送至集水池。

5.1設計流量Q： Q＝3000m3/h

選用三臺同型號水泵，每臺水泵出水量Q＝1500m3/h，二用一備。出水管選用630x9鋼管。

5.2集水池的有效容積及設計水位

（1） 集水池的有效容積選取原則

根據《室外排水設計規範》GB 50014－2006(2014版)規定：“雨水泵站集水池的容積，不應小於最大一臺水泵30s的出水量。”容積過小，水泵開啓頻繁；容積過大，增加工程造價。

因此，集水池有效容積選取要慎重考慮，並應認真校覈所選取的有效容積、啓泵水位與水泵是否搭配得協調，每小時開動水泵次數是否過於頻繁。

（2） 集水池的有效容積初步確定

集水池平面採用AxB＝9000mm×4800mm，集水池的有效容積取最大一臺潛水泵3分鐘的出水量：v＝3000÷2÷60×3＝75 m3。

故有效水深爲75÷9÷4.8＝1.74m，取1.9m。

（3）集水池設計水位的確定

在排水泵站的設計，集水池設計水位是非常重要的，它涉及到泵和整體結構尺寸的選擇，從而影響工程造價和雨水提升泵站的管理。

①三臺泵啓動水位：以通道地面以下0.3米不被水漫爲原則，爲81.11m。水泵爲兩用一備。平時運行，僅僅開啓兩臺泵。如果特大暴雨導致流量大於設計流量，集水池水位上升,等到水位上升達到三臺泵啓動水位時，三臺泵全部啓動，避免水淹到泵房上層地面和下穿通道。

②設計水位（兩臺泵啓動水位）：爲79.91m，與集水池進水管管頂相平。

③最低設計（停泵）水位：Hmin[最低設計（停泵）水位]=H（集水池設計水位）-h（集水池設計有效水深）　　

H0（池底設計標高）= Hmin（最低設計（停泵）水位）-△h（水泵吸水口安裝要求水深）　　所以Hmin[最低設計（停泵）水位]=79.91m-1.9m=78.01m

H0(池底設計標高)等選定水泵型號後，根據它的吸水口安裝要求水深確定。

④一臺泵起泵水位：一臺泵起泵水位應結合集水池的構造特點，並滿足自動控制水泵機組每小時開泵次數不能過於頻繁的要求。所以，雨水泵站一臺泵起泵水位到最低水位之間水體的體積至少要滿足最大一臺水泵30s的出水量，即最短工作週期得出水量。本工程一臺泵起泵水位定爲79.51m。

5.3水泵型號選擇

經計算，泵站規模爲3000m3/h，擬選用3臺同型號水泵，二用一備，單臺抽水量爲1500m3/h，揚程爲8~14m，每臺配55kw低壓電機。提升泵採用由水位自動控制、安全可靠的潛污泵。參照廠家提供的樣本，選用WQ4445-661型潛水排污泵。

5.4泵房的工藝設計

泵房採用半地下溼式佈置，泵房上部分考慮方便起吊單臺水泵所需要的高度，經計算爲≥4.7米，本工程取5.27米。集水池的有效水深爲1.9米。泵房平面尺寸爲LXB=9mx4.8m，泵房分成2層，上層淨空高5.27米，下層淨空高5.49米。

泵房內設工字鋼樑，配電動葫蘆1臺，起重量爲2t，用於水泵檢修安裝。

7、結語

本文總結了一些下穿通道排水的基本設計方法，如有不妥之處，歡迎指正。在預防下穿通道內澇這個問題上,除了設計方面，還需要各部門支持。如採購：期待通道建設中，能採購質量和性能優越的包括變壓器、抽水泵等設施在內的硬件產品；監控：應該在下穿通道內安裝自動水位計，以便防汛部門遠程監控的通道內水位變化，及時發佈防禦指令；維護：需要維護部門定期對下穿通道排水系統的配電、機電設施、水泵進行維護檢修。確保暴雨中通道排水系統能正常工作。

參考文獻：

（1）(GB50788-2012)，《城鎮給水排水技術規範》[S]

（2）GB 50014－2006，《室外排水設計規範》(2014版)[S]

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（5）蔣林林,《城市道路下穿式立交排水泵站設計——基於通州新城張採路下穿式立交排水泵站設計實證研究》，《城市建設理論研究》, 2012年13期[D]

（6）張建新等；《下穿式道路立交雨水泵站排水設計參數探討》，《給水排水》2012年01期[D]

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