下穿式道路防排水技术研究

刘欣

【摘要】在社会经济飞速增长以及城市发展进程深入推进的新时期下，城市交通网络也变得越来越健全，城市下穿通道数量越来越多，很大程度上对城市的交通现状进行了改善，为城市可持续发展目标的实现提供了基础条件。但是，因为受到一些主观因素以及客观因素的制约，使得下穿式道路积水问题日益显著。通过大量的新闻报道得知，由于降雨等因素的制约，致使部分下穿式道路出现了严重的积水情况，深度大约在一米到两米，最终导致车辆不能正常行驶，交通不顺畅。所以，在道路设计过程中，路基必须要具备较强的稳定性和耐久性，排水设施的功能要健全，方便维修，保证可以将道路排水结构方面存在的问题高效解决。基于此，在本文的研究中，主要从下穿式道路排水系统设计的角度出发，并结合当前国内外城市道路建设排水设计的经验，对下穿式道路排水工程事故进行了剖析，包括降雨强度设计参数缺乏合理性、排水泵站设计与控制不科学、排水管道设计不规范，然后在了解成因的基础上，制定了具有一定可行性的下穿式道路防排水设计方法，希望能够让施工企业在修建下穿式道路期间，减少对道路以及地下水的破坏，进而对行车问题进行合理缓解，最大限度地延长道路使用寿命。

【关键词】下穿式通道;排水系统;设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.078

引言：

在国民经济水平不断提升的新形态下，我国城市的发展也发生了翻天覆地的变化，但与此同时，对于城市交通网络的要求也越来越高。所以，在这种背景下，市政道路工程发展越来越好，立交橋数量持续增加，很大程度上对城市交通问题进行了缓解。但近年来，部分城市因为强降雨等因素的干扰，使得下穿式道路出现了较为严重的积水问题，对交通的顺利通行造成了非常大的影响。所以，为保证人们的出行更加便利，在道路工程建设阶段，务必要加大对下穿式道路积水问题的重视，结合实际情况，科学的对下穿式道路防排水技术进行利用，规范设计，增强城市道路的顺畅度，让来往车辆地行驶能够更加安全。

1、下穿式道路排水工程

1.1道路排水系统和设备

道路排水系统由不同的地下水和地表水排水系统、构筑物、运输设施、储存设施组成。排水系统根据水源可分为地下排水系统和地面排水系统;根据排水工程的位置、任务、目的和范围，道路排水系统可分为下穿式道路排水系统、地下水排水系统、路面内部排水系统、路界地表排水系统、构造物排水系统、地面径流排水系统等。但无论怎么划分，对于一个给定的点，排水系统是独立的，排水目标是明确的，但是对于一条线或一个面，排水系统必须相互作用，整个道路排水系统是一个系统工程，是一个比较全面的工程。排水系统是道路技术的重要组成部分，排水系统不完善，会对道路造成水损害，因此，为了保证道路的质量，我们必须做好道路排水系统的设计。

1.2下穿式道路排水系统的功能

在雨天，下穿式道路排水系统的主要功能是，及时排走立交桥范围内的雨水，保证交通的顺畅。但是，由于这类交叉口两侧的进场道路坡度大，积水迅速，很容易影响响彻安全，造成道路上的交通中断。同时，一般情况下，立交桥都处于城市交通网络的中心位置，一旦交通中断将产生严重后果，这也是要做好立交桥排水的重要原因。

与其他道路排水相比，立交排水具有一定的复杂性和特殊性。从立交排水特点和排水部位出发，可将立交排水分为立交绿化区域排水、下穿道路地下水排水、下穿道路路面排水、立交桥面排水、一般道路路面排水。以上五部分的排水有其自身的特点，如：绿化区的排水需要有出路支撑，排水量大;由于道路下方地下排水水位较高，容易入侵道路结构，因此通常无法进行自排水;立交桥地下通道积水大，破坏大，应重视地下通道的排水;一般来说，这座桥的排水系统会积水，低洼处集水面积大，不能及时排水，会导致沉淀物更为严重;一般路面纵向倾斜大，汇水面积大，低水位易积水，积水可排入城市排水系统。

2、下穿式道路排水工程事故分析

2.1降雨强度设计参数缺乏合理性

通过对道路排水系统的分析可知，其组成部分有很多，诸如排放设施、各种地下水、输送设施等，具体如图1所示为道路排水系统。

经研究，导致下穿式道路积水问题出现的因素有很多，而最为明显的就是降雨强度设计参数缺乏合理性。

①气象材料不健全，暴雨强度计算公式针对性不强。通常，由于地理位置以气候条件等存在的差异比较大，使得各个城市在发展期间，暴雨强度也大有不同。因此，在对计算暴雨强度的公式进行应用阶段，存在的局限性很显著。

②综合我国现阶段推行和实施的法律法规来看，只是单纯的给出了暴雨强度的计算公式的具体统计办法，而因为各个地区的发展情况差异很大，所以很多地区在发展期间，并没有对这一公式进行完善，只是一味地借鉴现有经验，最终导致计算结果出现了很大的偏差[1]。

③结合当下所应用的暴雨强度计算公式，使用的样本资料缺乏创新性，很多资料都比较陈旧，并且样本的容量很小。

2.2排水泵站设计与控制不科学

在对排水泵进行设计的过程中，存在很多不合理以及不规范之处，不能科学的进行控制，最终导致下穿式道路积水问题出现，严重影响了人们的出行。

（1）排水泵设计排水能力不高

①通常情况下，在对道路进行设计或者建设期间，应该在结合实际现状的基础上，最大程度的对直接接入路堑部分的周边支路进行减少，保证范围之外的水不会流动低点的反坡。但是，在我国目前实施的规范中，对支线接入主干道的设计并没有提出明确的要求，所以在组织开展泵站排水设计工作的时候，应该对支路未知数量进行综合的考量和设计[2]。

②通过对下穿式道路工程的进一步分析可知，与周边的地表建筑相比，其高程要相对低一些。所以，在出现降雨天气的时候，经常会聚集很多的水。但是，在对排水泵进行设计的时候，所设计的汇水面积通常比较小。因而，一旦城市下起暴雨，排水能力就会降低，根本不能得到工程建设的具体标准和要求。

（2）排水泵在突发情况下失去控制能力

依照当前已经有的下穿式道路工程在建设过程中，对于设置的排水泵站，为了可以最大限度的提升经济效益，在控制方面，对自动分级启动及等的应用比较广泛。但是，对于一些设计等级低点的排水泵站，依旧在对人工口控制的方式进行利用。因为分级启动的水泵一般是在排水量不大的条件下运行，真正能遇到突发暴雨的情况屈指可数。故而，若有突发问题出现，自动控制的能力就会失去，甚至会出现启动不了的现象。

2.3排水管道设计不规范

（1）排水管道设计施工不合理

①在遇到降雨天气的时候，下穿式道路的雨水路径就会发生改变，从两侧开口端汇水地表流向路两侧的排水管道，然后顺着排水泵房借助水泵排放出去。从上到下，排水管道的水量应该的增大。但是，在具体道路设计或者施工工作开展阶段，设计和施工人员并没有对这一特征予以高度的关注，大多是应用某个固定的过水面积[3]。

②与其他的工程项目不同，对于排水管道工程来说，隐蔽性很强。但是，部分规模较小的工程在建设阶段，经常忽视这方面的重要性，不能严格依照要求和规范进行设计和计算，最终导致排水管道工程细部施工存在了很多问题。严重影响了工程施工质量和效果的提高。

（2）排水能力与预期设计存下出入

针对雨水灌渠设计流量计算公式，具体为Q=ψqF，由此可以得出，对设计流程影响最大的就是径流系数。其中，

径流系数ψ=径流量/降雨量

=降雨量-地面渗水量/降雨量

=降雨量（1-渗透系数）/降雨量

=1-渗透系数〈1

通过进一步的分析可知，影响径流系数的因素有很多，诸如植被分布、暴雨强度等。结合目前的规定和要求，各種地面种类下的径流系数如表1所示。

3、下穿式道路排水系统设计

3.1道路几何设计与路面排水

（1）线路纵断面设计

在对线路纵断面进行设计的时候，设计要点主要可以体现在两个方面，分别是竖曲线与纵坡。为保证设计的合理性以及规范性，应该结合现行的标准和规定，横向排水不通畅、路堑较长的路段位置的纵坡值〉0.3%，其他的路段的纵坡值需要大于0.5%.同时，在道路工程实际建设过程中，为了能够让路面的排水更加畅通，实效性更强，合成的坡度应该大于0.5%。通常，如果坡度相对大一些，形成的合成坡度也会相应变大，可以很大程度上对雨水在路面停留的时间进行减少，让雨水的排除能够更加快速[4]。

在对线路纵断面开展设计工作期间，必须要对排水对纵坡的要求进行充分分析，特别是要让坡度达到车道数量多的实际需求。在对后坡为上坡（下坡）、前坡为下坡（上坡）的竖曲线进行设计的过程中，应该从多个角度进行研究，不能不加考虑的对半径过大的竖曲线进行利用，具体如图2所示为全凹竖曲线。

在这一路段中，针对长度的计算，公式具体为：

S=2R

通过计算公式可以明确：

S所代表的是纵坡小于允许的纵坡最小值。其中，S的单位是米;

i所代表的是允许的最小坡度值。通常，i的取值是0.5%，如果条件比较特殊，i的取值具体为0.3%;

所代表的是曲线半径。其中，的单位是米;

在公式中，对于纵坡而言，要比既定的最小坡度长度小，和竖曲线半径有正比关系。因而，将线形设计标准作为主要的依据，合理地进行设计，不能私自对竖曲线半径进行增加。

（2）平纵组合设计

在对平纵组合进行设计的过程中，为确保设计的有效性，让后续的道路通行可以更加便利，应该对驾驶员心理、视觉要求等进行综合考量。在设计环节，尽可能地让竖曲线与平曲线相对应，针对这种方式，可以让路面排水标准达到预期。并且，在设计阶段，一定要防止竖曲线顶点与S形曲线的拐点出现重合的情况，从而让道路额排水能够更加顺畅。

3.2雨水口的设计

（1）雨水口布置原则

雨水口的布设位置需要考虑多种影响因素，比如道路方向、周边广场以及建筑物、绿化情况、土壤情况等。原则上，应该设置在汇水点和截水点上，比如建筑物落水管的附近，道路低洼地带，小区出入口等，不宜设置在分水点及道路转弯曲线段、建筑物门口。一般，对于下穿式道路来说，雨水口的设置较为重要，对道路的排水影响很大。所以，在进行雨水口设计的过程中，一定要与立交地道汇水快的特点相适应，流量集中，在最短的时间内排除。在雨水口设计期间，在引道进、出涵洞的前方位置，可以合理地设置横截沟，保证能够起到对雨水进行高效拦截的效果。同时，在下穿式道路的两侧位置，对排水边沟进行科学地设置，提升过水能力。

（2）雨水口间距

在对雨水口进行设计的过程中，需要控制好间距，不能太多，保证不会出现浪费的现象，也不能太少，以免达不到日寸收集路面雨水的效果，需要结合工程的实际建设现状，科学计算。

3.3排水泵站设计

在对排泵站进行设计期间，需要合理的对设备进行选择和利用，将机泵控制系统设置于地面上，保证在遇到暴雨天气的时候，即便隧道会被淹没，但机泵控制系统的运行依然能够处于稳定的状态。同时，在泵站的设计方面，必须要严格依照规定进行，流入水泵中的水流应该尽量做到均匀平稳的，不会出现涡流问题，也没有夹杂空气。此外，针对进水池的进水口，应该和泵进口间预留出足够的长度，以便水流到达泵入口的前期阶段，空能够一直升到水表面，并可以在短时间内逸散。在水落下期间，控制耗能，以使进水池中不致产生过大的不规则的流速。

结语：

在本文的研究中，主要对下穿式道路防排水技术进行了详尽的分析，剖析了下穿式道路防排水的具体设计，并对下穿式道路结构主体的破坏机理进行了深入探究，总结出影响下穿通道排水的主要因素，同时在结合实际情况的基础上，制定了预防排水事故的具体办法。同时，根据下穿式道路防排水设计的具体特征，分析了排水泵站、雨水口等设计方法，最后提出了下穿通道内部排水系统的设计方案及技术建议。

参考文献：

[1]温新有.下穿式道路（通道）防排水技术研究[D].湖北：湖北工业大学，2018.

[2]徐永芝.黄河冲（淤）积地区下穿道路结构与排水系统综合研究[D].山东：山东大学，2018.

[3]李凡.疏港路下穿仙岳路通道工程关键技术研究[J].福建建材，2019（3）：151-153.

[4]程园.不征地高速公路加宽下挖通道排水技术研究[J].交通世界，2020（10）：62-65.