摘要：为尽快解决北京市中心城下凹桥区面对强降雨时出现的积水情况，提高下凹桥区排水系统标准和能力，对北京市多个下凹桥区排水系统进行了改造。通过工程实例，总结出下凹桥区排水系统改造措施，为今后完善下凹桥区排水系统设计提供了参考。
关键词：下凹桥区；积水原因；排水系统改造
中图分类号：TU992.02 文献标志码：B 文章编号：1009-7767（2016）03-0113-03
近年来，北京市不断遭遇特大暴雨侵袭，下凹桥区出现不同程度的积水，给市民出行带来困难。为此，需对下凹桥区排水系统进行改造。
1立交排水系统设计形式
立交排水系统的设计原则是“高水高排，低水低排”。从影响立交桥区雨水排除方式的角度分析，立交桥有2种形式：上跨式立交桥和下凹式立交桥。一般情况下，上跨式立交桥区的雨水通过重力流排除。对于下凹式立交桥区的雨水，当桥区最低点高程较高时，采用重力流排除；当桥区最低点高程较低不能通过重力流排除时，则需要先用水泵提升立交桥区的局部雨水，然后再排入下游水体，即低水系统。详见图1。
2下凹桥区积水原因分析
1）汇水面积增加。立交排水系统的设计原则是“高水高排，低水低排”，其目的是减少泵站的汇水面积，控制进入桥区低点的雨水量。由于自桥区排水系统建成之日起或多或少对其进行过改造，泵站汇水面积较原设计有所增加，使得泵站排水能力不足，造成下凹桥区积水。2）高水系统排除超标降雨的能力不足。高水系统管线设计标准偏低，因此排除超标降雨的能力不足，造成部分雨水汇入桥区低点，从而增加了流入泵站的雨水量，使得泵站排水能力不足，造成下凹桥区积水。3）低水系统收集能力不足。道路低点雨水口数量少，泵站进、出水管管径偏小，造成下凹桥区积水。4）经水泵提升后的雨水排放至下游水体，若下游河湖的水位较高，将影响雨水的顺利排放，造成下凹桥区积水。
3下凹桥区排水系统改造
对下凹桥区重新进行流域面积的划分，力求达到水量计算合理、准确。为避免高水进入立交范围，应增加周边与立交相接道路上雨水口的数量，并采取合理的分流措施。以此为基准对现有泵站进行改造或是新建泵站，并配套建设调蓄设施、配电设施、监控设施。
3.1改造内容
1）改造现有雨水收集系统，增加雨水口的数量并改造泵站进水管线，提高系统的收水能力。2）改造现有雨水泵站，提高现有雨水泵站的提升能力。3）新建调蓄设施，消纳雨峰，提高下凹桥区的排水标准。4）改造现有排水系统，提高排水系统的排水能力。
3.2改造目标
在区域管网排/蓄系统有效升级改造，下游河道（尾闾）系统不超过规划设防水位的基础上，通过对桥区低水收集系统及雨水泵站系统进行升级改造、建设桥区调蓄池等综合措施，确保下凹桥区在67mm/h（P=10年）降雨时正常通行。
3.3改造实例
3.3.1南二环某泵站现况泵站汇水面积0.3hm2，设计重现期P=2年，设计流量为0.1085m3/s，单路供电。泵站进、出水管管径D=500mm，泵站出水排入下游雨水方沟后向南排入南护城河。对该泵站改造过程中，主要考虑泵站规模小，经核算，重现期按P=5年计算，设计流量Q=0.38m3/s；按P=10年计算，设计流量Q=0.44m3/s，设计流量相差不大。同时考虑到现况泵站周边用地紧张，附近地下管线复杂，不便于修建雨水调蓄池，因此不新建调蓄设施，仅更换现有泵站的水泵及其配电系统，使泵站满足P=10年时的设计水量要求。将单路供电改为双路供电；对泵站进、出水管线进行内衬修复，以提高其排水能力；增加桥区雨水口数量，以提高其收水能力。3.3.2南三环某泵站现况泵站汇水面积3.5hm2，设计重现期P=2年，设计流量为1.2m3/s，双路供电。泵站进、出水管管径均为D=1200mm，泵站出水排入下游雨水管线后向南排入凉水河。经核算，现况进水管不能满足P=10年设计标准，因此需在桥区低点增设雨水口，新建进水管线，更换泵房内部水泵。泵房出水管距离凉水河约1.8km，道路下管线复杂，泵房不具备独立排水条件，因此泵房出水需先排入下游现况高水雨水管后再排入凉水河，对现况高水雨水管进行内衬修复以提高其排水能力。在现况泵站北侧新建初期雨水池及雨水调蓄池，降雨初期，雨水进入初期雨水池，截留较脏部分雨水，降雨结束后，初期雨水排放至东侧现况市政污水管；雨水调蓄池用于超过雨水泵站提升能力降雨时的削峰、调蓄，使桥区低水系统整体能力达到P=10年设计标准，降雨后调蓄池内雨水排放至东侧现况市政雨水管。3.3.3南四环某泵站现况泵站汇水面积11.4hm2，设计重现期P=1年，设计流量为1.9m3/s，单路供电。泵站进、出水管管径D=1400mm，泵站出水先排入下游高水雨水方沟后再排入凉水河。该桥区积水比较严重，其主要原因是周边区域雨水管线不完善，降雨时有大量客水从辅路入口处汇入桥区低点，并且桥区高水系统设计标准低，收水不完善，导致更多的雨水流入到桥区低点，从而增加了流入泵站的雨水量。因此在进行下凹桥区排水系统改造时，考虑完善部分高水系统，在雨水汇入桥区低点前分流部分高水雨水使其直接排入凉水河。依据最新测图核算流域面积，按设计重现期P=5年计算，泵站流量Q=5.0m3/s，由于现况泵站空间较小，无法更换大流量水泵，所以考虑拆除现况泵站，新建雨水泵站。根据桥区及现况泵站周边用地情况，经规划部门及土地使用相关部门同意，在桥区西南侧绿地内新建泵站、调蓄池及管理基点，总占地面积3207.3m2。新建泵站P=5年，Q=5.0m3/s，新建泵站进、出水管线，增加桥区低点雨水口数量；结合中心城排/蓄工程规划方案，调蓄池按50年一遇蓄洪量设计，有效容积为12400m3。3.4改造措施总结1）低水收水系统：增加桥区雨水口数量，以满足P=10年设计标准；对于泵站进水管线，如通过内衬修复可以满足P=10年设计标准，则可以通过内衬修复进行进水管线改造；如不能满足P=10年设计标准，则考虑新建雨水管线。2）泵站及调蓄设施：当泵站规模小，P=5年及P=10年设计流量相差不大，且泵站周边用地紧张，地下管线复杂，不具备新建调蓄设施条件时，则泵站直接提标至P=10年；当泵站规模大，P=5年及P=10年设计流量相差大时，则考虑按P=5年设计标准进行泵站改造或新建泵站。结合周边用地情况，经规划等部门批准后，新建调蓄池进行削峰、调蓄，使桥区排水系统整体能力达到P=10年设计标准。3）泵站出水系统：新建泵站出水管线或对现况泵站出水管线进行内衬修复以提高其排水能力。泵站应有独立的排水系统，其出水口必须可靠。改造时，若受条件限制不能实现独立排水，则要确保其下游管道有足够的排水能力，保证泵站排水顺畅。
4结语
现况泵站改造时受占地面积等因素限制，泵站提标改造后，泵房前池的容积较小，当降雨强度较小时，会造成水泵频繁启动。因此在进行泵站改造设计时，可考虑采用1台变频水泵，或大、小水泵搭配设置。在条件允许的情况下，应尽量扩大泵房前池的容积。下凹桥区雨水的排除受到低水收水系统、泵站、调蓄设施、高水管道、下游河道等多方面因素的影响。但下凹桥区排水系统改造仅包括低水收水系统改造、泵站改造及新建调蓄设施、部分高水管道系统改造，不包括下游河道治理、其余高水管道系统改造。因此，应尽快实施全部高水管道系统改造及下游河道治理工程，以减少强降雨时下凹桥区积水情况的发生。依据DB11/T1068—2014《下凹桥区雨水调蓄排放设计规范》的要求，在改建下凹桥区雨水调蓄排放系统时，应通过综合工程措施使其逐步达到50年重现期校核标准。对于受到客观因素限制，无法一次改造达标或者近期改造困难的立交桥区，应制订长期改造方案，通过综合工程措施、分期实施，使其逐步达到50年重现期校核标准。
作者：周楠 沈云峰 单位：北京市市政工程设计研究总院有限公司
