规划边界区大型枢纽立交雨水排水方案设计

摘要：文章以某大型枢纽立交的排水设计为例，结合规划对该立交所在片区上下游排水系统进行分析，利用推理公式法进行排水管网水力计算，采用数学模型法进行立交排水系统内涝核算，提出适合大型枢纽立交的排水设计方案及建议，可为今后大型枢纽立交排水提供参考。

关键词：大型枢纽立交；排水系统；内涝核算

U442.5A541734

0 引言

城市立交是现代化城市的重要标志，在城市重要交通交汇点建立的上下分层、多方向行驶、互不干扰的现代化大型枢纽立交更是纵横交错，起着分流各个方面车辆及行人的重要作用。而立交排水相对于原来单一的地面道路排水显得更为复杂，立交排水设计重现期也往往高于单一地面道路的重现期，特别是下穿段立交的地面，往往比周围低，若排水设计不合理将导致内涝发生，立交的排水方案也与立交型式关系密切。一般情况下，立交排水遵循高水高排、低水低排的原则，其设计重现期也高于一般路段。本文以城市边界区某大型枢纽立交为例，探讨立交排水设计方案，希望为同类型工程项目提供参考。

1 项目概况

拟建项目为主干路与快速路相交的城市互通立交，位于南宁市城市规划区边界，其中主干路为南北向，快速路为规划东西向，北侧与快速路平行的位置需自北向南分别跨越现状客货共用普通铁路、在建高铁。综合立交使用功能及排水条件，立交型式自北向南为下穿两个沿线铁路+对角象限双环式变形苜蓿叶+二层棱形互通立交，地面慢行交通系统设置北侧辅道上跨南侧辅道下穿的方案，如图1所示。本项目快速路以北大部分为待开发区，沿线相交道路均未开发，立交东北侧片区未有相关规划。

2 雨水系统设计方案

2.1 现状及规划雨水情况分析

本项目位于规划区边界，沿线主干道与快速路围合的东北侧地块未有相关规划，沿线立交雨水工程规划自北向南排至现状砧板沟。经现状调查，建设项目沿线现状地形起伏较大，道路周边大部分暂未开发，暂时没有完整的排水系统，雨水都是顺势排入周边低洼处或天然水系。沿线立交南北侧均与现状水系——砧板沟、派晓沟相交，两个水系可作为本项目的雨水排放出路。

派晓沟横穿本项目，现状为土沟，沟底标高为78.70 m，50年一遇洪水位为81.20 m。砧板沟横穿本项目，其起点为大派水库，在天合路相交处道路设置了两孔B×H=5 000×4 000过路箱涵，箱涵底标高72.46 m，50年一遇洪水位75.56 m，砧板沟为规划保留水系。

2.2 雨水量设计计算参数

雨水流量的计算采用南宁市暴雨强度公式：

q=4 306.5861+0.516lgPt+15.2930.793（l/s·hm2）（1）

式中：t——降雨历时（min），t=t1+t2。

P——立交范围内30 a，其余路段5 a，内涝核算重现期50 a；

t1——地面集水时间，立交范围内地面集水时期5 min，其他段10 min；

ψ——综合径流系数0.7，立交范围路面0.9，绿地0.15。

本项目汇水区面积lt;2 km2，采用推理公式进行雨水管渠水力计算，但排水系统包含调蓄设施或除绿色屋顶外的源头减排设施时，宜采用数学模型法进行内涝核算［1］。

2.3 雨水排水总体方案比选

根据片区雨水规划，结合道路规划竖向及水系现状调查，对本枢纽立交设计范围内的雨水排水总体设计进行2个方案比选。

方案一（下页图2）：根据片区雨水规划（如图2所示），按照路网竖向规划及水系砧板沟位置，沿线立交雨水由北至南穿越在建高铁、现状铁路、枢纽立交后集中排放至砧板沟，汇水面积约为191.52 ha。沿线雨水管渠双侧布置，最大规模为2孔4.5 m×3.5 m箱涵，雨水采用集中排放，设计规模及雨水管渠埋深均较大。

方案二（图3）：经过现状调查，沿线已有现状水系——派晓沟亦穿越本项目，本规划区内未考虑保留此现状水系，根据《国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见》，城市排水系统应“注重维持河湖自然形态，避免简单裁弯取直和侵占生态空间，恢复和保持城市及周边河湖水系的自然连通和流动性”［2］。经过与规划部门对接，认为派晓沟是胜利水库及片区天然的雨洪通道，将其作为解决雨水排水出路具有重要作用，应予以保留。因此，本方案以现状铁路为汇水分界线，进行雨水排水总体设计。如图3所示，现状铁路以北排往现状水系——派晓沟，现状铁路以南排至现状水系——砧板沟。沿线雨水管渠双侧布置，最大规模为d2600钢筋混凝土管，雨水采用分散排水，雨水管渠设计规模及埋深减小。

2.4 数学模型分析

针对上述方案一、方案二的雨水排水方案，采用数学模型法进行内涝验算，选取SWMM作为数学模型研究软件，根据南宁市暴雨强度公式，采用芝加哥雨量模型生成降雨数据，降雨总历时取3 h，重现期取50 a，汇水区参数按用地、地形等情况进行设置，如图4所示。

根据模型运行结果（图5、图6），对方案一、方案二管道流量、节点溢流及立交最低点水深变化情况进行统计分析及对比，结果如下。

方案一（图7）：在模拟时长内，本方案在50年一遇重现期下，砧板沟处出水口为非淹没出流状态，全线管段均未超载，全线检查井节点均未发生溢流。其中，立交最低点YW36井底标高为76.328 m，井深为4.084 m，节点最大水深为2.20 m，未发生溢流。

方案二（图8和表1）：在模拟时长内，本方案在50年一遇重现期下，派晓河处出水口为淹没出流状态，砧板沟处出水口为非淹没出流状态。其中，受派晓河50年一遇洪水位影响，现状铁路以北排往现状水系——派晓沟段管道超载（具体节点为从北至南YE1～YE5（东侧）、YW1～YW5（西侧），检查井节点水深高于管顶，但全线节点均未发生溢流。立交最低点YW36井底标高为76.328 m，井深为4.084 m，节点最大水深为1.86 m，未发生溢流。

从模拟结果可见，两个方案在内涝防治重现期下，均未发生溢流，满足排水要求。其中，方案二相比方案一，发生管段超载情况较多，最低点节点最大水深较小（见图9）。

2.5 雨水排水方案确定

两个方案优缺点比较如表2所示。

综上所述，两个方案均满足50 a内涝核算要求，采用分散排水的方案二较采用集中排水的方案一仅管渠材料投资就减少约7 500万，且土方量也大大减少，施工难度和后续运营维护均较方案一有较大的优势，因此推荐采用方案一的雨水排水总体方案。

3 海绵城市年径流总量控制率

结合海绵城市理念，制定本项目设计目标：年径流总量控制率为70%，年SS总量去除率≥50%。根据道路横断面，如图10所示，采用侧分带下凹、中分带、后排绿地微下凹、人行道透水铺装、生态树池等低影响开发设施（LID）措施后，路面雨水进入下凹绿带进行吸、蓄、缓、渗、净后减少地面雨水径流，采用容积法［3］进行计算，结果如表3所示。

根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》及《南宁市海绵城市规划设计导则（试行）》中不同低影响开发措施的SS去除率［4］，结合本项目中所涉及的低影响开发措施占比，进行加权平均计算后得出本项目年SS总量去除率为54.4%，年径流控制率为70.6%，达到设计目标。

4 结语

（1）城市立交排水设计应注重整个系统的排水工程设计，注意上下游管网、汇水范围、片区道路建设时序等分析及衔接，同时兼顾现状与规划，确保排水工程系统满足设计重现期及内涝复核的要求。

（2）大型立交总体设计除了考虑其自身的使用功能外，还应结合排水条件确定其立交型式，特别是采用下穿的路段，应确保排水出路，道路横断面应充分考虑低影响源头减排措施，确保海绵城市年径流总量控制率及年SS总量去除率达标。

（3）积极利用并保留现状水系，确保城市及周边河湖水系的自然流通，减少灰色雨水工程的费用投入。

（4）当汇水区面积lt;2 km2时，可采用推理公式法计算雨水管渠设计流程，但当采用了低影响开发等源头减排措施时，宜采用数学模型法进行内涝核算。

参考文献：

［1］GB 51222-2017，城镇内涝防治技术规范［S］.

［2］国务院办公厅.国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见（国办发［2021］11号）［Z］.2021-04-25.

［3］住房城乡建设部.海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）［Z］.2014-10-22.

［4］南宁市规划管理局.南宁市海绵城市规划设计导则（试行）［Z］.2015-8-13.