五洲大道张杨北路下立交排水系统设计

1 前言

五洲大道全长7.09km，主线设计车速为80km／h，西面连通的是翔殷路隧道，进而与中环线、沪嘉高速公路和江苏省沿江通道相连，东面则穿过外环连线，和未来的沪崇苏越江通道连通，是上海道路交通骨架网络系统“三环十连”的重要组成部分。全线按双向8车道，全封闭、全立交的城市快速路标准建设，共设置5座立交，张杨北路作为穿越轨道交通6号线的一个重要节点，按下立交进行设计。

2 排水系统选择

根据五洲大道排水系统总体设计，在浦东北路至杨高北路段采用自流排水系统，主线雨水就近自流出浜。张杨北路下立交道路最低标高为-4.378m，下立交自流排水没有可行性。同时根据立交雨水高水高排的原则，下立交内雨水排水应自成系统，设置单独的雨水提升泵站将雨水提升后通过专用出水管排入河道，以确保下立交排水安全性。因此张杨北路下立交选择采用泵排系统。

3 汇水范围确定

张杨北路下立交全长579m，其中敞开段162m 179m，暗埋段158m，遮光段40m 40m。为保证对下立交外雨水的有效隔断，阻止下立交范围外多余雨水进入下立交造成汇水范围扩大从而增加泵站负担，在两端敞开段以外道路设置驼峰以隔断地面雨水进入下立交。因此汇水范围确定为驼峰两点之间下立交范围内的面积为下立交雨水泵站的汇水面积。下立交范围以外的雨水通过下立交两侧辅道雨水管排除，不计入下立交泵站汇水范围内。同时张杨北路下立交采用坞式结构，不需考虑地下水渗流量。

4 雨水收集系统设计

整个下立交内雨水收集系统采用纵向收集与横向收集结合的收水方式，即在暗埋段中设置三道横向截水沟，用以收集来自敞开段和遮光段的纵向雨水，同时在车行道边线处设置L型雨水口收集由车辆拖曳，甩带进入暗埋段的横向雨水，经两侧雨水管道汇流至下立交最低点，通过最低点的雨水总管进入位于下立交东南侧的雨水泵站。根据下立交纵坡最低点标高确定收集系统总管底标高为-6.674m，埋深约10.9m。下立交至泵站约100m，10m的埋深采用开槽施工显然难度很大，且管道沿线南侧有一座22KV高压铁塔需保护，因此采用顶管施工较为安全经济。仅需在下立交与泵站之间设置一座顶管工作井，采用SMW工法维护。在下立交出水总管与泵站进水管处各设置一座接收井，采用双向顶进，一头顶人下立交出水井，另一头顶入泵站进水闸门井。同时两座接收井可结合下立交结构施工及泵站主体沉井施工合并实施，省去两座接收井，降低施工难度及建设费用。

5 下立交雨水泵站设计

5.1设计参数选择

下立交雨水排水系统因其整个系统较周围环境要低，需要重点考虑排水安全性，故其设计参数较一般排水系统要相应提高，在《室外排水设计规范》(GB50014-2006)中对立体交叉道路的雨水管道设计参数有明确的规定，即重要干道、地区或短期积水即能引起严重后果的地区，重现期一般选用3～5年；立体交叉道路排水的地面径流量计算，宜符合下列规定：

5.1.1设计重现期不小于3年，重要区域标准可适当提高，同一立体交叉工程的不同部位可采用不同重现期。

5.1.2地面集水时间宜为5～10min

在实际应用中由于下立交地势低、纵坡大、汇水快及作为交通枢纽的重要性，应适当提高下立交排水的设计重现期，一般宜取其上限。本工程取P=5α，地面集水时间t1=5min，径流系数ψ=0.9。

5.2主体泵房工艺设计

主体泵房采用矩形沉井，沉井尺寸为19.6m×10.7m。确定泵站室内地坪标高为4.80m。

5.2.1进水闸门井

由于泵站进水管底标高为-6.80，埋深约11m，因此采用进水闸门井与主体泵房合建的方式较为经济。仅需在格栅井前单独设置一格作为进水闸门井同时兼作顶管接收井，施工时进水闸门井随主体泵房一同下沉，从而避免独立设置进水闸门井造成的基坑维护费用及进水闸门井下沉施工对主体泵房产生的影响，同时缩短了工期。进水闸门井在顶管施工完毕后安装DN1000手电两用闸门1台，附壁式安装。 5.2.2格栅设计

由于整个泵站埋置深度受地道纵坡制约埋深在13m左右，若采用常规设置格栅的方式将格栅上端设置到4.80m平面，不仅格栅长度长，同时也增大了整个沉井的平面尺寸，增加了泵站用地及基建费用。为减少矩形沉井长度，在泵房吸水池前配置机械抓斗格栅，通过将格栅上端降低至1.65m平面，1.65m平面以上采用抓斗垂直起吊，从而有效减小整个沉井长度，节约了泵站用地。张杨北路下立交采用2组格栅有效宽度为1.0m的机械抓斗格栅，栅条间距40mm，使主体沉井的长度较采用普通格栅减小了约0.9m。

5.2.3水泵选型

水泵作为下立交泵站核心直接对泵站的运行效率产生影响。对于立交泵站水泵运行一般要求易安装、易维护，运行安全可靠、结构简单故障率低。因此潜水泵作为一种泵与电机连体，并同时潜入液下工作的泵型，较一般卧式污水泵或立式污水泵等其他类型水泵比较适用于下立交泵站。其明显具有以下几个方面的优点：

a、泵体结构紧凑、占地面积小。由于泵体潜入液下工作，因此可直接安装于污水池内，可以节省大量的土地及基建费用。

b、安装维修方便。小型的潜水排污泵可以自由安装，大型的潜水排污泵一般都配有自动藕合装置可以进行自动安装，通过导轨下降至池底底座，安装及维修相当方便。

c、连续运转时间长。潜水排污泵由于泵和电机同轴，轴短，转动部件重量轻，因此轴承上承受的径向载荷相对较小，寿命比一般泵要长得多。

d、不存在汽蚀破坏及灌引水等问题。特别是后一点给操作人员带来了很大的方便。

e、振动噪声小，电机温升低，对环境无污染。

综合上述优点张杨北路下立交泵站水泵选用潜水泵。并根据上海市雨量公式q=5544((P0.3-0.42)/(t 10 71gP)0.82 0.071gP)(l/s·hm2)求得泵站设计流量Q=1000L／s，设计采用4台单泵功率为58kw的潜水离心泵，3用1备，单排布置。水泵启闭采用集水池水位连锁自动控制。

5.2.4泵站出水管设计

由于五洲大道主线雨水系统采用自流排放设计，若将张杨北路下立交出水管接人五洲大道主线雨水系统，将造成主线雨水系统负荷增加，同时主线雨水系统为自流排放系统，将泵站压力出水管接人自流管道也不够安全，极易造成主线雨水管道冒水而危及下立交安全。因此采用设置独立的出水管排入河道更为安全可靠。由于最近的河道距泵站约350m，全线压力出流不经济，因此出水管采用释压井释压后自流出浜。

5.3泵站选址

泵站选址于张杨北路地道东南侧，经布置整个泵站占地1485m2，泵站布置采用泵房主体沉井与配电间分离布置，站内设4m宽环行通道，转弯半径6m以满足设备装卸、垃圾清运、消防车通行要求。

该工程现已建设完成并于2007年初交付使用。

6 下立交排水的设计要点总结

6.1出于节约投资和系统安全考虑，下立交排水一般采用高水高排的原则，即将下立交雨水排水系统一般分为两个单独的排水系统：地面辅道排水系统和下立交排水系统。两个系统分别单独进行设计。地面辅道雨水(高水)就近接人邻近雨水系统或排水河道：地下地道雨水(低水)通过下立交内收集系统收集后设置泵站，经泵站提升后再排入地面雨水排水系统或排水河道。

6.2要正确合理的确定汇水范围，将下立交以外的地面雨水通过驼峰有效的隔断在下立交以外，并引入地面辅道排水系统，从而减少下立交汇水面积，将下立交排水系统需排除的雨水控制在一个合理的受控的范围内，从而节约泵站基建投资。从而真正做到高水高排，提高下立交排水的安全性。

6.3由于下立交纵坡大(通常在2%～3.5%之间)的特点下立交内雨水呈现出汇水快，水流急的特点。因此下立交雨水系统多采用设置横向截水沟的形式来截取纵向水流再通过管渠排入泵站集水池。一般设置3～5道横向截水沟。

6.4由于下立交出水管一般较深，应尽可能减小泵站主体沉井尺寸，以减小泵站占地，节约投资。

6.5尽量采用简化的泵房结构以节约工程投资、缩短工期。

6.6应考虑设置备用泵，水泵的安装维护应简单、运行要安全可靠、辅助设备尽可能得少以降低了故障率、采用操作程序简单易用的自控系统。随着潜水泵技术的不断成熟，应优先考虑采用潜水泵。