下沉式地鐵車輛基地防洪排澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究

金永樂 王 文 朱益龍

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,610031,成都; 2.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司,315199,寧波)

下沉式車輛基地是參照城市下沉式廣場而定義,在局部低于市政地坪的地面上建設(shè)車輛基地建筑單體的一種特殊形式[1-2],亦稱半地下車輛基地。下沉式布置為車輛基地選址和建設(shè)提供了一種行之有效的解決方案。

車輛基地在應(yīng)對防洪方面最主要手段是提高場坪高程。車輛基地場坪高程須按高于百年一遇洪水位進(jìn)行設(shè)計[3]。但下沉式車輛基地?zé)o法在場坪高程上滿足防洪要求,須通過在下沉基坑周圍設(shè)置防洪墻等措施達(dá)到設(shè)防目標(biāo)。下沉式車輛基地防洪設(shè)計的關(guān)鍵是防洪墻頂標(biāo)高和出入口標(biāo)高的設(shè)計:一方面,二者必須滿足區(qū)域百年洪水位的要求;另一方面,還需結(jié)合周邊道路、物業(yè)、場地的規(guī)劃及現(xiàn)狀高程等來綜合確定。

2021年7月20日,鄭州市的特大暴雨引起了嚴(yán)重的城市內(nèi)澇,澇水沖毀鄭州地鐵5號線五龍口停車場周邊擋水圍墻,大量澇水經(jīng)出入線隧道進(jìn)入正線隧道,造成正線運(yùn)營列車迫停,最終導(dǎo)致人員傷亡。事件中心的五龍口停車場即為場坪高程無法滿足百年洪澇水位要求的下沉式車輛基地。

本文以寧波地鐵5號線前殷停車場工程為例,研究下沉式地鐵車輛基地防洪排澇關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

1 前殷停車場工程概況

前殷停車場平面布置圖如圖1所示。寧波地鐵5號線前殷停車場位于杭甬高速公路北側(cè)、規(guī)劃潘火大道南側(cè)、金達(dá)路東側(cè)、楊木碶河西側(cè)范圍內(nèi),總用地面積約為12.89 hm2,總建筑面積約為63 227 m2。

圖1 前殷停車場平面布置圖

前殷停車場為寧波地鐵首座下沉式車輛基地,并進(jìn)行全上蓋物業(yè)開發(fā)。前殷停車場及物業(yè)開發(fā)剖面示意圖如圖2所示。受出入線上方河道標(biāo)高控制,出入場線線路縱斷面受地面標(biāo)高及規(guī)范要求控制,設(shè)計軌頂絕對高程為-3 m,比現(xiàn)狀地面低約5 m。為更好地結(jié)合地塊物業(yè)開發(fā)需求,前殷停車場采用剛性接觸網(wǎng),將咽喉區(qū)及運(yùn)用庫蓋板層高降低,使得停車場周邊地塊與停車場上蓋物業(yè)豎向進(jìn)行順接,整個地塊開發(fā)融為一體。前殷停車場咽喉區(qū)為全地下形式,上蓋設(shè)計為學(xué)校;停車場運(yùn)用庫上蓋設(shè)計為住宅,運(yùn)用庫周邊環(huán)形消防車道呈露天布置。

圖2 前殷停車場及物業(yè)開發(fā)剖面示意圖

2 下沉式地鐵車輛基地防洪澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究

2.1 現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于車輛基地防洪防澇規(guī)定

城市軌道交通車輛基地防洪澇相關(guān)的現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)主要有:GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》[3]、GB 50187—2012《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范》[4]及GB 50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》[5]。

GB 50157—2013第27.10.2條規(guī)定“站場線路路肩高程應(yīng)根據(jù)基地附近內(nèi)澇水位和周邊道路高程設(shè)計。沿?；蚪痈浇貐^(qū)車輛基地的車場線路路肩設(shè)計高程不應(yīng)小于1/100洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)的潮水位、波浪爬高值和安全高之和”。

GB 50187—2012第7.2.1條規(guī)定“場地設(shè)計標(biāo)高的確定應(yīng)滿足防洪水、潮水及排除內(nèi)澇水的要求”。第7.2.2條規(guī)定“2)場地設(shè)計標(biāo)高應(yīng)按防洪標(biāo)準(zhǔn)確定洪水重現(xiàn)期的計算水位加不小于0.50 m安全超高值。3)當(dāng)按第2款確定的場地設(shè)計標(biāo)高,填方量大,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時,可采用設(shè)防洪(潮)堤、壩的方案。場地設(shè)計標(biāo)高應(yīng)高于廠區(qū)周圍匯水區(qū)域內(nèi)的設(shè)計頻率內(nèi)澇水位;當(dāng)采用可靠的防、排內(nèi)澇水措施,消除內(nèi)澇水威脅后,對場地設(shè)計標(biāo)高不做規(guī)定”。

GB 50157—2013主要針對常規(guī)地面車輛基地的場坪高程和場地排水做了規(guī)定,下沉式車輛基地不宜參照設(shè)計。GB 50187—2012中規(guī)定的“當(dāng)采用可靠的防、排內(nèi)澇水措施,消除內(nèi)澇水威脅后,對場地設(shè)計標(biāo)高不做規(guī)定”,為下沉車輛基地的設(shè)計提供了規(guī)范依據(jù),但沒有針對下沉式車輛基地“可靠的防、排內(nèi)澇水措施”的具體規(guī)定。

綜上,下沉式車輛基地一方面存在很大的洪澇災(zāi)害風(fēng)險,另一方面,其防洪排澇設(shè)計缺乏現(xiàn)有規(guī)范具體內(nèi)容的支撐。綜合現(xiàn)有規(guī)范對防洪防澇的要求,防洪墻頂高程和出入口路面高程應(yīng)按高于百年洪(澇)水位要求進(jìn)行控制。

2.2 前殷停車場防洪澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

前殷停車場位于寧波市鄞東南水系平原。楊木碶河為鄞東南七縱排水河道之一,為鄞東南平原骨干河道,全長5.2 km,現(xiàn)狀面寬15～25 m,規(guī)劃河面寬30～40 m,河底高程-1.87 m。邱漁河為鄞東南平原一般河道,現(xiàn)狀河面寬20 m,河道20 年一遇斷面最大過流量約為20.3 m3/s,最高水位為2.58 m。

按照《甬江流域防洪治澇規(guī)劃》《寧波市區(qū)河網(wǎng)水系專項規(guī)劃》等相關(guān)流域規(guī)劃對平原骨干河道進(jìn)行疏浚整治,拓建主要排澇碶閘。

楊木碶河規(guī)劃設(shè)計水位:20年一遇水位為2.50 m,50年一遇水位為2.71 m,100年一遇水位為2.96 m。邱漁河規(guī)劃設(shè)計水位:20年一遇水位為2.53 m,50年一遇水位為2.75 m,100年一遇水位為2.96 m。

前殷停車場位于鄞東南平原楊木碶河西側(cè),按照前殷停車場防洪墻頂高程和出入口路面高程受百年洪水位控制要求,防洪高程≥1/100洪水頻率水位+安全高。1/100洪水頻率水位取值為2.96 m,安全高取值為0.5 m,因此,防洪高程應(yīng)不低于3.46 m。

同時對前殷停車場所在地塊進(jìn)行防內(nèi)澇分析。前殷停車場周邊規(guī)劃路網(wǎng)圖如圖3所示。前殷停車場位于楊木碶河、邱漁河、甬臺溫高速路和潘火大道圍合地塊。根據(jù)周邊規(guī)劃路網(wǎng)標(biāo)高和規(guī)劃市政雨水管網(wǎng)布置情況(見圖4),前殷停車場所在地塊非片區(qū)洼地。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計情況,所在地塊周邊規(guī)劃道路和場地分別按10年、50年暴雨重現(xiàn)期進(jìn)行設(shè)計?，F(xiàn)對整個地塊(圖3中灰色區(qū)域約178 000 m2)按100年暴雨重現(xiàn)期公式進(jìn)行內(nèi)澇水位計算,綜合徑流系數(shù)取0.9。通過計算,地塊積水深度約為70 mm。即前殷停車場防洪墻高出周邊地面的高度應(yīng)不低于70 mm。

注:圖中數(shù)字為標(biāo)高,單位m。

注:d為管徑,單位mm。

2.3 前殷停車場防洪澇設(shè)計方案

前殷停車場所在地塊現(xiàn)狀地面高程為2～3 m。軌行區(qū)上蓋規(guī)劃為學(xué)校,學(xué)校場坪和道路高程為4.50 m;潘火大道高程為3.60～4.20 m,后殷路高程為4.60 m;白地物業(yè)區(qū)的車庫地面高程為4.85 m。前殷停車場規(guī)劃地塊和道路的高程如圖5所示。

圖5 前殷停車場擋墻布置圖

前殷停車場周圍擋墻高程在滿足本文2.2節(jié)中的防洪澇要求以外,還需結(jié)合周邊地塊規(guī)劃高程進(jìn)行綜合考慮。因此,周邊擋墻高程基本在4.5 m以上,出入口車道在U型槽終點(diǎn)處的路面因接駁條件受限,高程按不低于3.5 m設(shè)計,以滿足百年水位加安全高的要求,同時在出入口U型槽終點(diǎn)處設(shè)置防淹擋板。

3 下沉式地鐵車輛基地排澇(排水)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究

3.1 現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于車輛基地排澇(排水)的規(guī)定

GB 50157—2013第27.10.3條規(guī)定“站場路基排水系統(tǒng)宜采用重力自流排水方式”。GB 50014—2021《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[6]第5.1.10條規(guī)定“排水管渠系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)以重力流為主,不設(shè)或少設(shè)提升泵站。當(dāng)無法采用重力流或重力流不經(jīng)濟(jì)時,可采用壓力流。”

GB/T 51293—2018《城市軌道交通給水排水系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第4.2.5條規(guī)定“地下隧道洞口敞開段雨水量應(yīng)按當(dāng)?shù)?0年一遇暴雨強(qiáng)度計算,且應(yīng)按當(dāng)?shù)?00年一遇暴雨強(qiáng)度復(fù)核”。根據(jù)GB 50014—2021第4.1.4條規(guī)定“人口密集、內(nèi)澇易發(fā)且經(jīng)濟(jì)條件較好的大城市,內(nèi)滂防治設(shè)計重現(xiàn)期可采用30～50年?！?/p>

3.2 前殷停車場排澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

前殷停車場下沉基坑較深,下沉基坑內(nèi)雨水最終無法通過重力排出基坑,只能采用水泵抽排方式。

下沉基坑的敞開區(qū)域排水計算可參考GB/T 51293—2018第4.2.5條規(guī)定,即暴雨重現(xiàn)期采用50年進(jìn)行計算,100年進(jìn)行校核。基坑內(nèi)蓋板區(qū)域排水計算可參考GB 50014—2021第4.1.4條規(guī)定,根據(jù)該規(guī)定,對于寧波這種經(jīng)濟(jì)條件較好的大城市,采用50年暴雨重現(xiàn)期來計算蓋板區(qū)域的排水能力是合理的。

對于蓋體屋面的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),按100年和50年重現(xiàn)期進(jìn)行對比分析,結(jié)果如表1所示。

表1 不同重現(xiàn)期設(shè)計雨水量對比表

經(jīng)計算,100年和50年重現(xiàn)期下設(shè)雨水量差異僅為202.42 L/s,根據(jù)沿海內(nèi)澇易發(fā)且運(yùn)用庫屋面的重要性,并結(jié)合規(guī)范要求,前殷停車場內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期按上限100年進(jìn)行取值。

3.3 前殷停車場排澇設(shè)計方案

3.3.1 運(yùn)用庫蓋頂排水

蓋體屋面雨水遵循“高水高排”原則,雨水不得進(jìn)入下沉車輛段下墊面(-3.3 m高程場坪),采用重力雨水排水方式。雨水排放示意圖如圖6所示。設(shè)置外挑天溝收集雨水(天溝凈空尺寸為0.8 m(寬)×0.8 m(高)),分片區(qū)蓋板共設(shè)置4個雨水出口。其中,北側(cè)通過重力架空將雨水排至車輛段四周擋土墻頂部站場排水渠,集中匯入東側(cè)楊木碶河;南側(cè)通過重力架空將雨水排至車輛段四周防洪墻外側(cè)排水溝,集中匯入東側(cè)楊木碶河。

圖6 前殷停車場運(yùn)用庫雨水排放示意圖

根據(jù)GB 50201—2014第3.0.4條和第6.1.1條規(guī)定,前殷停車場的設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。

蓋體屋面設(shè)計降雨歷時按5 min計算,屋面雨水徑流系數(shù)取1.00,蓋體屋面重現(xiàn)期為100年,匯水面積約34 550 m2,運(yùn)用庫蓋頂雨水設(shè)計流量為2 326.38 L/s。

3.3.2 坑內(nèi)敞開區(qū)域排水

基于前殷停車場下沉式特點(diǎn),-3.3 m高程場坪及進(jìn)出道路下沉建設(shè)后無自然排水條件,且為非全封閉結(jié)構(gòu),存在外水(敞開區(qū)域雨水)進(jìn)入場地的必然性。場區(qū)內(nèi)主要在蓋板邊、開敞區(qū)域道路邊及股道區(qū)設(shè)蓋板排水溝,雨水最終匯入新建雨水排水泵站集水池。

寧波市暴雨強(qiáng)度公式為:

i=(99.380+85.038lgP)/(t+32.196)1.113

(1)

式中:

i——降雨強(qiáng)度,單位mm/min;

P——設(shè)計重現(xiàn)期,單位 年;

t——降雨歷時,單位min。

雨水流量計算公式為:

Q=167iFΨ

(2)

式中:

Q——雨水設(shè)計流量,單位m/s;

F——匯水面積,單位m2;

Ψ——徑流系數(shù)。

式(1)中,P取50年,t取10 min;式(2)中,Ψ加權(quán)計算后取值為0.70,下沉區(qū)域場地、道路合計面積計算后F取值為23 000 m2。鑒于下沉式停車場地勢低洼,低于周邊河道常水位約4.5 m,需即時排出集水,以避免下沉停車場雨水倒灌,因此地鐵區(qū)間安全系數(shù)取值為1.15。經(jīng)計算50年重現(xiàn)期雨水流量為6 008 m3/h。

基于上述計算,前殷停車場排水設(shè)備配置為:設(shè)置4臺QW型潛水排污泵,3用1備,根據(jù)水位依次啟動;超出50年重現(xiàn)期洪峰流量時,4臺泵同時啟動。最大排水能力為8 000 m3/h,滿足前殷停車場排水需求。

4 結(jié)語

以寧波地鐵5號線前殷停車場工程為例,對下沉式地鐵車輛基地防洪排澇設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)展開研究,按防洪澇和排澇(排水)兩方面提出相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合車輛基地工程的具體情況并參考既有國標(biāo)規(guī)范,在防洪澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)方面,提出了防洪墻頂高程和出入口路面高程標(biāo)高應(yīng)滿足百年洪澇水位要求;在排澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)方面,提出下沉基坑的敞開區(qū)域排水按50年暴雨重現(xiàn)期計算,按100年暴雨重現(xiàn)期進(jìn)行校核。對基坑內(nèi)蓋板設(shè)計與水量按暴雨重現(xiàn)期50年和100年進(jìn)行比選,提出根據(jù)沿海內(nèi)澇易發(fā)特點(diǎn)和運(yùn)用庫屋面的重要性,設(shè)計重現(xiàn)期按上限100年標(biāo)準(zhǔn)取值。本文對下沉式地鐵車輛基地防洪排澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的研究對既有國標(biāo)規(guī)范未明確的具體內(nèi)容進(jìn)行了有效補(bǔ)充,可為下沉式地鐵車輛基地工程建設(shè)提供良好借鑒。