铁路站场排水方案研究——以安图西站为例

穆金梁

（中铁第五勘察设计院集团有限公司规划咨询院，北京 102699）

1 概述

1.1 项目概况

吉珲客运专线是我国高速铁路规划网的一部分。其工程范围为吉林至珲春段（含两端铁路枢纽和地区），新建线路正线长364.947 km。全线设吉林（不含）、蛟河西、威虎岭北、敦化、大石头南、安图西、延吉（西）、图们北及珲春等9个车站；新设站均为客运中间站。

1.2 车站方案说明

安图西站位于吉林省延边朝鲜族自治州西南部的安图县境内。车站中心DK216+450，站房位于线路左侧。线路右侧为陡峭山坡。安图西站距离安图县城区仅1 km，城市主道路在站前通过，交通便利，通站道路考虑由安图县市政配套建设通站道路直通站前广场，综合工区道路从附近道路就近接引。车站设到发线4条（含正线2条），到发线有效长度650 m，设基本站台和中间站台各1座，尺寸分别为450×12×1.25 m和450×9×1.25 m；设地道1座，地道宽度为12 m；车站两端各设渡线1条；站同左设综合维修工区1处，设轨道车库线1条，有效长度70 m，设大机停放线2条，有效长度250 m。车站位于安图县城区边缘，车站站房一侧紧临安图县政府办公大楼，站房对侧紧靠大山。车站周围地势西高东低，地面坡度较大，车站内及西侧山坡的汇水利用特设侧沟和特设天沟引入排洪涵后排入自然沟渠或接入市政排水系统。如图1所示。

图1 车站平面布置图

2 车站排水方案要点

安图西站站房对侧，山坡很陡，汇水面积比较大。桥梁专业先在地形图上计算出站场范围以外地面的各分水岭之间的汇水面积，再根据这一区域的气象资料及各分水岭间的坡面资料，算出1/25洪水频率的流量提供给站场。经初步估算部分区域的流量很大，一般尺寸的水沟已不能满足排水要求。而且站场范围内的路基形式多为路堑，桥梁设置涵洞需在靠山一侧深挖跌井，设置涵洞时要在涵洞位置深挖至路堑路基面以下，还要满足涵洞排水的截面尺寸。若流量过大，桥梁设置涵洞将会出现困难，站场就会产生水患。为了解决这个问题，桥梁和站场专业紧密配合，站场设置水沟时，将桥梁专业计算的汇水尽量分配均匀，使各涵洞的流量差别不大，以使受流量控制的涵洞尺寸差别不大。通过桥梁专业分析计算在DK215+707.00设1-1.5×2 m斜交框架涵（排洪涵）一座，在DK216+223.5设1-4.0×3.0 m斜交框架涵（排洪涵）一座，在DK217+050.00设置1-4.5×5 m正交框架涵（交通兼排洪涵）一座。

3 按流量设计的水沟尺寸计算

3.1 站场路基外排水设计原则如下：

（1）需要按流量设计的天沟、侧沟、排水沟，其横断面应按1/25洪水频率的流量计算，且沟顶应高出设计水位0.2 m。

（2）当有汇水面积较大的水或其他沟槽的水引入天沟、侧沟及改河、改沟或有集中水流流入排水沟时，天沟、侧沟、排水沟应按流量加大断面进行特殊设计。

（3）当天沟、侧沟、排水沟位于松软图层、流速较大、基床病害及有集中水流流入的地段，设计时应采取防止冲刷或渗漏的加固措施。

（4）天沟、排水沟的转弯半径不小于沟底宽度的10倍，且不小于5 m，转角不宜大于45o；排水沟槽的水引入桥涵入口或地方排水系统入口时，接入处的沟底高程不应低于上述入口的泄水面高程；不同底部宽度的沟相连接时，应设渐变率为1/20的过渡段。

3.2 水沟尺寸计算

地面汇水流量计算分为站场范围内和站场范围外两部分。站场范围以外地面大的流量由桥梁专业提供，这些流量主要用来计算截流站场范围外水流的天沟。站内流量由站场专业按相应公式计算得出，它们主要用来计算站场内路基两侧侧沟、排水沟和股道间的排水沟。站场范围内的地面流量计算公式如下：

Q站内=16.7×ψ×ap×K×F

各系数的意义如下所示：

Q站内-站内设计流量；

K-气候系数（无资料时可采用K=1）；

ψ-径流系数：ψ根据汇水区内地表种类和地表坡度确定可查得 ψ=0.4。当汇水区域内有多种类型选取径流系数时，应分别根据每种类型选取径流系数后，按相应面积大小取加权平均值。

ap-设计暴雨强度：查铁路技术手册站场及枢纽表11-2-2，根据安图西站所在暴雨分区为第 十 六 分 区，ap=9.9/（（tn+1.2×l/（v×60））^0.6）=1.98。（tn-地面集水时间（min），可采用10min；v-平均流速（m/s），根据实际情况假定可假定v=1m/s；l-沟管长度（m））。

F-汇水面积（km2）（汇入站内水沟的流域面积）

以安图西站为例，在其靠山一侧汇水面积大，山势向站内倾斜，须设天沟将山坡上的水截流后，再流入涵洞或先经过站内侧沟后，汇入站内涵洞。靠山一侧的山坡很陡，天沟要用矩形沟。由于S20号天沟长度最长，汇入站场外水的面积最大，流量最多。且S20号沟的水最终汇入S23号沟，所以S23号沟不仅有站内的汇水，还有站场外的汇水注入，选择这两个沟的尺寸进行计算具有典型意义。其他天沟或者侧沟的长度较短，流量较小，经分析其尺寸不受流量大小控制。下面计算S20号、S23号沟的尺寸。桥梁专业所提各分水岭之间的1/25洪水频率的流量分述如下：

DK215+650-DK215+820之间汇水从DK215+707.00涵 洞 排 走，Q=1.4 m3/s；DK215+820-DK216+400之间的汇水从DK216+223.5涵洞排走，Q=3.0 m3/s（DK215+820-DK216+220之 间 Q =1.8 m3/s）；DK216+400-DK216+750之间汇水经由天沟汇集后在DK216+750排入站场路基边沟，Q=2.8 m3/s；DK216+750-DK216+870之 间 汇 水 经 由天沟汇集后在DK216+750排入站场路基边沟，Q =1.2 m3/s，最终经DK217+050.00涵洞排走；DK216+870-DK217+050.00之间汇水经由天沟汇集后排入DK217+050.00涵洞，Q =0.7 m3/s，DK217+050-DK217+250之间汇水经由天沟汇集后排入DK217+050.00涵洞，Q =0.5 m3/s。

从图1中可以看出，DK216+400-DK216+750之间的汇水流入S20号沟，根据设计要求1，需要根据其流量来计算尺寸。根据分水岭间的汇水信息其1/25洪水频率的流量QS20=2.8 m3/s，水沟长度为l=316 m，水沟起终点间的高差△h=4.11。根据铁路技术手册站场与枢纽第十一篇第二章中排水沟、槽、管的水力计算公式，对于矩形沟：

Q=A×V（Q-流 量（m3/s），A-过 水 断 面 面积（m2），v-沟平均流速（m/s））；

A=b×h（b-沟底宽（m），h-水深（沟深减去0.2m）（m））；

V=R2/3×I1/2/N（R-水 力 半 径（m），I-I=h/l水力坡度，可采用沟底坡度）；

R=A/ρ（ρ-湿周（m））；

ρ=A/h+2h；

显然只要满足Q =Ai×Vi>Qi（水沟任一截面能通过1/25洪水频率的流量），水沟的截面尺寸就能满足设计要求。一般只要水沟的终点能够满足上述要求，即可判断此水沟截面合适。在上述表达式中，其他变量都可由b和h来表示，而约束条件只有一个，所以不能利用方程式一次算出结果。为了解决这个问题，可在Excel表格中编写计算公式，具体公式及各参数的意义如下表1所示。黄色区域需要手工填写的，其他数值可由事先编写的公式确定， Q值为1/25洪水频率的流量、N、I可从手册中查表获得。要确定b和h的具体数值，先在表格中填入具体的常数b和h，再填入上述在手册中查到的各参数，直到b和h都能满足设计和施工要求且尺寸是否合适中显示为“是”，即可满足约束条件。此时的b和h就是满足流量要求的具体数值了。具体步骤如下：

S20号沟 QS20=2.8，N=0.013，I=h/l（水沟高差除以水沟长度）=0.013，若采用b=0.6 m将使h达到1.6 m才能满足1/25洪水频率的流量要求，此时沟截面尺寸需要加宽。所以采用b=0.8 m，经过计算当h=1.2 m时水沟截面尺寸满足设计要求。计算表格如表1所示：

表1 S20水沟尺寸计算表

下面计算S23号沟的截面尺寸。由于S23号沟范围内有部分站场内的汇水，需要计算出此部分汇水的1/25频率流量：

除了S20号沟的汇水汇到S23号沟以外，DK216+750-DK216+870之间汇水也有部分汇入S23号侧沟，再加上站场内有部分股道间的水也汇入S23号沟，按照站场路基外排水的设计要求1、2、4条对S23号沟的尺寸进行特殊设计。所以S23号沟1/25洪水频率的流量：

Qs23=（2.8+1.2）+0.31=4.31 m3/s

取Q=4.4 m3/s，N=0.013，I=0.004，填入表2黄色区域。经过测算，当b=1 m，h=2 m时，水沟截面尺寸满足1/25洪水频率的流量要求。计算表格如表2所示。

表2 S23水沟尺寸计算表

由于S22号沟与S23号沟的底宽不同，需要设置沟底宽度渐变率为1/20的过渡段。站内其他按流量设计的沟尺寸，都可以按照上述方法确定。

4 经验总结

站场排水是指站场范围内地面水的排除，除了上述站场路基外的地面排水和站场路基面的排水设计外，在站场范围内，还有地下水、生产废水和生活污水需要排除，则由有关专业处理。文章仅讨论了站场内站场排水和桥梁专业互相配合的情况，按1/25频率的流量计算了水沟的截面尺寸。与其他专业配合的排水设计，应综合考虑、总体布置、统筹安排，才能形成完善的排水系统，使站场内的水流径路短而顺直，排除迅速。