陈远华

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518000）

1 城市道路下穿立交排水系统特点

立交排水系统是道路立体交通的重要组成部分，对立体交通的高效运行起决定作用。立交排水系统主要由五个方面构成，分别是上跨桥面排水、道路路面排水、立交绿化区域排水以及下穿式道路地表排水和下排水。通过分析近年来暴雨发生时的城市内涝情况可以发现，在立交排水系统中，下穿式道路排水是最复杂、最重要的环节。

当立交区域服务范围内有雨水时，下穿式立交排水系统应将其排除，保证城市道路运行的安全性和高效性。在理想情况下，下穿式立交排水系统有能力应对包括暴雨在内的降水，但实践中难以达到理想状态。

下穿式立交道路两边的引道纵坡坡度较大，导致此处的雨水能够快速汇集在一起，无法在短时间内排出。与常规排水设计相比，立交排水设计的标准普遍较高，但仍无法满足下穿道排水的需求。

一般情况下，下穿式立交均设置在车流量较大的关键部位。这些地方的车辆数量多、速度快，对排水系统设施后期的养护和管理造成阻碍。下穿式立交的周边道路大都比本身高，雨水易从地势较高的区域流向地势较低的区域，导致高区雨水不断涌入低区，使排水的难度增加。针对这种情况，相关部门应采取有效的措施，防止高区雨水流入低区[1]。

当地下水位高于下穿式立交路段最低点时，地下水就会逐渐向下穿地道渗透，软化地基，破坏路面。为了避免这种现象的发生，地道结构的设计人员应根据实际情况设计合理有效的防水排水措施[2]。

2 城市下穿道路排水系统关键参数设计

2.1 暴雨强度公式

式中：i——暴雨强度（mm/min）；A1、c、n、b——地方参数；P——设计重现期（年）；t——降雨历时（min），t=t1+mt2；t1——地面集水时间（min）；t2——管渠内雨水流行时间（min）；m——折减系数，管道为2，渠道为1.2。

2.2 雨水量计算公式

式中：Q——雨水设计流量（L/s）；q——设计暴雨强度[L/（s·hm2）]；ψ——径流系数；F——汇水面积（hm2）。

各覆盖种类径流系数如表1所示。

表1 各覆盖种类径流系数

2.3 重现期

在雨水管渠设计中，设计重现期是一项重要的指标。相关规定对设计重现期的含义进行明确界定，在某个特定的设计期内，每发生一次某暴雨强度的降雨的平均间隔时间应小于或等于重现期。该规定指出，雨水管渠设计重现期的选择受多种因素的影响，具体包括汇水地区的性质、当地的气候和地形、城镇的类型等[3]。

2.4 径流系数

径流系数是表征降雨和径流关系中不可或缺的一项参数。在部分教材中，径流系数用W表示，是一个小于1的比值，描述地面径流量和总降雨量间的关系。径流系数可用同一时段内，径流深度与降水深度的比值描述。雨水降落地面后，一部分雨水被地面上的植物、土壤以及坑洼拦截，剩余部分会在地面上沿着坡度流动。通常将在地面上继续流动的这部分雨水定义为地面径流。

2.5 场（次）雨量径流系数

场（次）雨量径流系数和年均雨量径流系数都是指径流量与总降雨量的比值，前者针对的是某一场降雨，后者针对的是一年中的所有雨水。年均雨量径流系数涉及全年雨水，是一个逐渐累积的过程。

取得精确的径流系数较为困难，径流系数受多种因素的影响，包括降雨过程、地面的坡度以及当地的建筑物分布情况等。径流系数的取值多数都依靠经验进行，在具体的取值过程中，应考虑城市中某一具体位置的降雨情况、城市的绿化情况、地面覆盖的种类等。其中，地面覆盖物的种类和不同种类的覆盖物所占比重是径流系数取值不同的主要原因之一。

2.6 汇水面积

合适的汇水面积是泵站排水的必要前提，如果可以自流排水，应尽量扩大自流排水的范围。排水过程中需要注意，低处的水应从低处排出，高处的水应从高处排出。遵循就近原则，确保能够及时有效地排出雨水的前提下，应尽可能地将汇水面积的范围进行压缩。

受社会发展的影响，城市下穿立交道路汇水面积的划分仅通过目测和人工进行简单估计。所得的相关数据与实际数据相差较大，汇水面积过大或过小。汇水面积过大时，资源浪费严重；汇水面积过小时，雨水无法及时汇集，导致城市下穿道路等区域产生严重积水。

3 雨水量计算实例分析

以某市某下穿立交雨水泵站的雨水量为例，按上述方法对其雨水量进行计算的过程中，设计的原重现期为5年，降雨时长5 min，径流系数0.9，汇水面积1.2 hm2。

根据公式和相关数据可以得到结果。

代入数据，Q=501.89 L/s。

在实际使用过程中，上述雨水量根本无法满足暴雨时期的需求，遇到暴雨时节，部分区域就会出现积水的情况，严重阻碍交通出行。随着经济的发展进步，交通运行的重要性不言而喻，保证交通运行的顺畅尤其重要。根据相关要求，对相关数据的调整提出建议，重现期应由原本的5年调整为30年，径流系数由原本的0.9增加至0.95，汇水面积在原来的基础上增加0.6 hm2。汇水面积较小时，泵站的排水压力能够降低，但与实际的情况不符，在设计汇水面积时仍然选择较大的数值。

4 地表雨水收集系统

城市下穿立交道路雨水排水系统主要分为两个部分雨水收集系统、雨水泵站。雨水收集系统的主要功能是对服务范围内的雨水进行收集和引流，使其汇入集水池中。设计过程中，设计人员要明确汇水面积和设计参数，关注雨水口和雨水管道的布置。较小的汇水面积能够在一定程度上降低雨水泵站的压力，设计人员应根据实际情况合理减小汇水面积。

5 雨水泵站的设计

针对下穿式道路洪涝灾害，可采取建设雨水泵站的方式予以解决，在其设计中需要考虑多项要素。

5.1 泵站的型式及选址

（1）泵站的型式。

各工作场所的实际环境各异，其对应的泵站形式不尽相同，现阶段较为常见的有干式与湿式、地下式和半地下式、分建式与合建式。为兼顾雨水进水管埋深、现场的地质条件、施工空间等多重因素，在下穿道路雨水泵房设计中通常采用的是湿式潜水泵房。

（2）选址。

具体规划时，可以将雨水泵房安排在道路的最低点附近，此方式的优势在于可缩短雨水进入泵房的距离与时间，提高排水效率。

5.2 泵站的规模

根据建设项目的重要性、现场的雨水量以及汇水面积确定合适的泵站规模。对于下穿式道路，在设计雨水泵站时需要重点考虑汇水面积，必须立足于实际情况，划出有效的汇水面积，以充分发挥雨水泵站的排水优势（在最高效的区间运行）。

5.3 泵站特征水位

主要考虑设计最高水位，在下穿道路的雨水泵站设计中，通常选取进水管渠满流条件下的水面标高；设计最低水位，其与水泵的安装高度有关，指水泵在运行过程中所存在的最低吸水水位。

5.4 水泵的选型

以泵站规模为依据，做好水泵的配套工作，包含水泵的类型、型号、台数等。在选择水泵时，需要以水泵整体可稳定运行为基本前提，进一步考虑减少成本的相关措施，以提高水泵的经济效益。水泵选型不合理，会出现排水效果差、经济效益低等问题，说明水泵合理选型的重要性。

6 实例分析

设计方案的选择需要遵循相应的原则，根据实际情况灵活变通。部分设计方案中，设计人员未遵循“高水高排”的原则，导致高区雨水流入低区。为了避免出现积水的现象，泵站积水压力增大，汇水面积相应增加，导致资源的浪费。对这种情况，该市采取高水高排的方案。使用该方案，阻止高区雨水流入低区能够减小雨水的汇水面积。重视“高水高排，低水低排”的原则，将这个原则付诸实施能够帮助解决下穿道积水问题。

7 结语

综上所述，在下穿式道路的排水系统设计工作中，需要密切关注区域内的工程条件，经过设计与优化后，确定合适的参数、汇水范围，设计完整性与稳定性均较良好的高效排水系统，充分发挥其排水优势，给下穿式道路的日常使用提供安全保障。