下沉式地鐵車輛基地防洪排澇設計標準研究

金永樂 王 文 朱益龍

(1.中鐵二院工程集團有限責任公司,610031,成都; 2.寧波市軌道交通集團有限公司,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提供了一種行之有效的解決方案。

車輛基地在應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行設計[3]。但下沉式車輛基地無法在場坪高程上滿足防洪要求,須通過在下沉基坑周圍設置防洪墻等措施達到設防目標。下沉式車輛基地防洪設計的關鍵是防洪墻頂標高和出入口標高的設計:一方面,二者必須滿足區域百年洪水位的要求;另一方面,還需結合周邊道路、物業、場地的規劃及現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重的城市內澇,澇水沖毀鄭州地鐵5號線五龍口停車場周邊擋水圍墻,大量澇水經出入線隧道進入正線隧道,造成正線運營列車迫停,最終導致人員傷亡。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鍵技術設計標準。

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、規劃潘火大道南側、金達路東側、楊木碶河西側范圍內,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,并進行全上蓋物業開發。前殷停車場及物業開發剖面示意圖如圖2所示。受出入線上方河道標高控制,出入場線線路縱斷面受地面標高及規范要求控制,設計軌頂絕對高程為-3 m,比現狀地面低約5 m。為更好地結合地塊物業開發需求,前殷停車場采用剛性接觸網,將咽喉區及運用庫蓋板層高降低,使得停車場周邊地塊與停車場上蓋物業豎向進行順接,整個地塊開發融為一體。前殷停車場咽喉區為全地下形式,上蓋設計為學校;停車場運用庫上蓋設計為住宅,運用庫周邊環形消防車道呈露天布置。

圖2 前殷停車場及物業開發剖面示意圖

2 下沉式地鐵車輛基地防洪澇設計標準研究

2.1 現行規范關于車輛基地防洪防澇規定

城市軌道交通車輛基地防洪澇相關的現行規范和標準主要有:GB 50157—2013《地鐵設計規范》[3]、GB 50187—2012《工業企業總平面設計規范》[4]及GB 50201—2014《防洪標準》[5]。

GB 50157—2013第27.10.2條規定“站場線路路肩高程應根據基地附近內澇水位和周邊道路高程設計。沿?；蚪痈浇貐^車輛基地的車場線路路肩設計高程不應小于1/100洪水頻率標準的潮水位、波浪爬高值和安全高之和”。

GB 50187—2012第7.2.1條規定“場地設計標高的確定應滿足防洪水、潮水及排除內澇水的要求”。第7.2.2條規定“2)場地設計標高應按防洪標準確定洪水重現期的計算水位加不小于0.50 m安全超高值。3)當按第2款確定的場地設計標高,填方量大,經技術經濟比較合理時,可采用設防洪(潮)堤、壩的方案。場地設計標高應高于廠區周圍匯水區域內的設計頻率內澇水位;當采用可靠的防、排內澇水措施,消除內澇水威脅后,對場地設計標高不做規定”。

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

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

2.2 前殷停車場防洪澇設計標準

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,現狀面寬15～25 m,規劃河面寬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劃》《寧波市區河網水系專項規劃》等相關流域規劃對平原骨干河道進行疏浚整治,拓建主要排澇碶閘。

楊木碶河規劃設計水位: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。邱漁河規劃設計水位: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,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,防洪高程應不低于3.46 m。

同時對前殷停車場所在地塊進行防內澇分析。前殷停車場周邊規劃路網圖如圖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。根據周邊規劃路網標高和規劃市政雨水管網布置情況(見圖4),前殷停車場所在地塊非片區洼地。根據規劃設計情況,所在地塊周邊規劃道路和場地分別按10年、50年暴雨重現期進行設計?，F對整個地塊(圖3中灰色區域約178 000 m2)按100年暴雨重現期公式進行內澇水位計算,綜合徑流系數取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不低于70 mm。

注:圖中數字為標高,單位m。

注:d為管徑,單位mm。

2.3 前殷停車場防洪澇設計方案

前殷停車場所在地塊現狀地面高程為2～3 m。軌行區上蓋規劃為學校,學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;白地物業區的車庫地面高程為4.85 m。前殷停車場規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節中的防洪澇要求以外,還需結合周邊地塊規劃高程進行綜合考慮。因此,周邊擋墻高程基本在4.5 m以上,出入口車道在U型槽終點處的路面因接駁條件受限,高程按不低于3.5 m設計,以滿足百年水位加安全高的要求,同時在出入口U型槽終點處設置防淹擋板。

3 下沉式地鐵車輛基地排澇(排水)設計標準研究

3.1 現行規范關于車輛基地排澇(排水)的規定

GB 50157—2013第27.10.3條規定“站場路基排水系統宜采用重力自流排水方式”。GB 50014—2021《室外排水設計標準》[6]第5.1.10條規定“排水管渠系統的設計應以重力流為主,不設或少設提升泵站。當無法采用重力流或重力流不經濟時,可采用壓力流?！?/p>

GB/T 51293—2018《城市軌道交通給水排水系統技術標準》第4.2.5條規定“地下隧道洞口敞開段雨水量應按當地50年一遇暴雨強度計算,且應按當地100年一遇暴雨強度復核”。根據GB 50014—2021第4.1.4條規定“人口密集、內澇易發且經濟條件較好的大城市,內滂防治設計重現期可采用30～50年?！?/p>

3.2 前殷停車場排澇設計標準

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

下沉基坑的敞開區域排水計算可參考GB/T 51293—2018第4.2.5條規定,即暴雨重現期采用50年進行計算,100年進行校核?；觾壬w板區域排水計算可參考GB 50014—2021第4.1.4條規定,根據該規定,對于寧波這種經濟條件較好的大城市,采用50年暴雨重現期來計算蓋板區域的排水能力是合理的。

對于蓋體屋面的設計標準,按100年和50年重現期進行對比分析,結果如表1所示。

表1 不同重現期設計雨水量對比表

經計算,100年和50年重現期下設雨水量差異僅為202.42 L/s,根據沿海內澇易發且運用庫屋面的重要性,并結合規范要求,前殷停車場內澇防治設計重現期按上限100年進行取值。

3.3 前殷停車場排澇設計方案

3.3.1 運用庫蓋頂排水

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)),分片區蓋板共設置4個雨水出口。其中,北側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,集中匯入東側楊木碶河;南側通過重力架空將雨水排至車輛段四周防洪墻外側排水溝,集中匯入東側楊木碶河。

圖6 前殷停車場運用庫雨水排放示意圖

根據GB 50201—2014第3.0.4條和第6.1.1條規定,前殷停車場的設計防洪標準為100年一遇。

蓋體屋面設計降雨歷時按5 min計算,屋面雨水徑流系數取1.00,蓋體屋面重現期為100年,匯水面積約34 550 m2,運用庫蓋頂雨水設計流量為2 326.38 L/s。

3.3.2 坑內敞開區域排水

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

寧波市暴雨強度公式為:

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

(1)

式中:

i——降雨強度,單位mm/min;

P——設計重現期,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——雨水設計流量,單位m/s;

F——匯水面積,單位m2;

Ψ——徑流系數。

式(1)中,P取50年,t取10 min;式(2)中,Ψ加權計算后取值為0.70,下沉區域場地、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,因此地鐵區間安全系數取值為1.15。經計算50年重現期雨水流量為6 008 m3/h。

基于上述計算,前殷停車場排水設備配置為:設置4臺QW型潛水排污泵,3用1備,根據水位依次啟動;超出50年重現期洪峰流量時,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計的關鍵技術展開研究,按防洪澇和排澇(排水)兩方面提出相關的設計標準。結合車輛基地工程的具體情況并參考既有國標規范,在防洪澇設計標準方面,提出了防洪墻頂高程和出入口路面高程標高應滿足百年洪澇水位要求;在排澇設計標準方面,提出下沉基坑的敞開區域排水按50年暴雨重現期計算,按100年暴雨重現期進行校核。對基坑內蓋板設計與水量按暴雨重現期50年和100年進行比選,提出根據沿海內澇易發特點和運用庫屋面的重要性,設計重現期按上限100年標準取值。本文對下沉式地鐵車輛基地防洪排澇設計標準的研究對既有國標規范未明確的具體內容進行了有效補充,可為下沉式地鐵車輛基地工程建設提供良好借鑒。