随着各大城市轨道交通建设的提速, 基于地铁车辆段上盖的物业开发已成为“地铁+物业”模式的重要组成部分。地铁车辆段上盖平台由于地铁车辆段和盖上物业开发时序的不同, 存在两种不同的雨水排水系统。后期上盖物业开发后, 上盖平台作为物业小区的地面, 需设置服务于上盖物业的室外雨水排水管网, 上盖物业未开发时, 上盖平台作为地铁车辆段的屋面, 需设置临时屋面雨水排水系统。由于地铁车辆段上盖平台占地面积大, 盖上及盖下建筑性质和管理权属不同, 在进行上盖平台临时屋面雨水排水设计时存在诸多难题。通过对国内若干城市已建成地铁车辆段上盖平台临时屋面雨水系统的比较分析, 结合降雨 (广州城区) 对地铁车辆段上盖平台降雨汇水时间和积水深度的模拟研究, 为上盖平台临时雨水排水设计提供理论依据。

　　 通过对深圳、武汉、苏州等地的地铁车辆段调研, 结合广州当地车辆段上盖平台临时雨水排水系统设置情况, 总结若干地铁车辆段上盖平台临时雨水系统设置见表1。

　　 地铁车辆段盖上和盖下作为两种不同性质、不同类型的项目重叠在一起, 消防上要求盖下车辆段与上盖物业开发之间防火完全分隔。根据《地铁设计防火规范》 (报批稿) 4.1.6条, 车辆基地建筑承重构件及分隔楼板耐火极限应在现行国家标准《建筑设计防火规范》 (GB 50016) 的有关规定的基础上提高0.5h, 提高后车辆基地的楼板耐火极限不应低于2h^[1]。当地铁车辆段上盖屋面雨水采用内排水系统时, 无可避免地要在上盖平台上开设洞口, 后期物业开发建成后, 相关洞口应采取防火封堵的措施, 且封堵应满足2h的耐火极限要求, 广州萝岗车辆段上盖平台设置的临时屋面雨水排水系统后期物业开发时需全部废弃。

　　 依照《种植屋面技术规程》 (JGJ 155-2013) 5.8.6条规定^[2]:“种植屋面宜采用外排水方式, 水落口宜结合缓冲带设置。”地铁车辆段上盖特别是后期作为小区覆土路面的车辆段上盖平台雨水采用外排水方式是合理的。典型地铁车辆段上盖平台临时雨水外排水剖面如图1所示。

　　 但上盖平台雨水采用外排水系统时, 屋面找坡又是个问题, 《屋面工程技术规范》 (GB 50345-2012) 4.3.1条规定^[3]:“混凝土结构层宜采用结构找坡, 坡度不应小于3%, 当采用材料找坡时, 宜采用质量小、吸水率低和有一定强度的材料, 坡度宜为2%。”按照2%的坡度设计, 则100m屋面距离所需找坡高度为2m, 对盖下视觉效果及盖上小区居住舒适度都会产生影响。

　　 根据《建筑屋面雨水排水系统技术规程》 (CJJ142-2014) 3.3.6条规定^[4]:屋面雨水收集系统的设计降雨历时按照屋面汇水时间计算, 可取5min。因此通常普通屋面设计降雨历时均按照5 min计算, 由于上盖平台面积过大, 通常在20~30hm²之间, 上盖平台最大宽度200~400 m, 上盖平台采用外排水方式时, 屋面最大汇水距离则达到100m以上, 在屋面雨水汇流过程中, 已经形成漫流, 具有一定的积水深度。若设计降雨历时大于屋面汇水时间, 会进一步增加积水深度。为减少暴雨对上盖平台造成的安全隐患, 需确定大盖板平台的屋面汇水时间和屋面积水深度, 以此校核屋面雨水收集系统的排水能力和屋面雨水荷载, 确定外排水方式对车辆段大盖板平台雨水排水的适用性。

　　 图2中y_l为漫流长度l处过水断面的水深, B为漫流宽度, l、y_l、B的单位均为m。参照姜应和^[5]关于地面集水时间计算公式的推导, 得出屋面雨水汇水时间为:

　　 漫流长度l处积水深度为:

　　 式中c———屋面粗糙系数;

　　 S———屋面坡度。

　　 其中, 式 (1) 为隐函数式, 求解采用Microsoft Office Excel软件中的假设分析模块的单变量求解功能。根据式 (1) 计算出屋面汇水时间T, 然后求得整个漫流表面的平均有效暴雨强度i, 代入式 (2) 计算整个汇水区域的不同集水距离的漫流水深。

　　 根据《地铁设计规范》1.0.12条规定^[6]:地铁的主体结构工程, 以及因结构损坏或大修对地铁运营安全有严重影响的其他结构工程, 设计使用年限不应低于100年。当采用结构找坡时, 上盖平台屋面坡度宜按照100年暴雨重现期设计。以广州地区100年暴雨重现期为例, 推求适用于式 (1) 和式 (2) 的广州城区暴雨强度公式:

　　 由于地铁车辆段盖板平台屋面一般为混凝土屋面, 故径流系数ψ取值为1, 屋面粗糙系数取0.013。

　　 根据常规屋面坡度做法结合已建成地铁车辆段上盖平台项目实例, 选取屋面坡度S=0.003、S=0.005、S=0.01、S=0.02、S=0.03为坡度条件。由于常规地铁车辆段最大跨度一般小于400m, 因此汇水距离L取0~200m为研究范围。以广州地区100年重现期降雨为例, 得出不同屋面坡度对屋面积水深度影响如图3。

　　 由图3可知, 集水距离L一定的情况下, 屋面坡度越大, 屋面积水深度越小;屋面坡度一定的情况下, 集水距离L越大, 屋面积水深度越大。屋面坡度S=0.003, 屋面集水距离L=200m时, 屋面积水深度达到最大为4.2cm。《建筑屋面雨水排水系统技术规程》 (CJJ 142-2014) 3.1.2条规定^[4]:“建筑屋面雨水积水深度应控制在允许的负荷水深之内, 50年设计重现期降雨时屋面积水不得超过允许的负荷水深。”允许的负荷水深指建筑和结构专业允许的积水深度, 建筑屋面的积水深度限制主要来自于结构专业的荷载限制和建筑专业的屋面防水要求。地铁车辆段上盖平台作为临时屋面, 后期会作为汽车库地面或铺设种植土的小区地面, 结构专业会预留较大的结构荷载, 结构荷载不会成为屋面积水深度的限制, 根据《屋面工程质量验收规范》 (GB50207-2012) 9.0.8条规定^[7], 屋面应进行不小于24h的蓄水试验, 蓄水高度应淹没屋面最高点, 且常规蓄水试验高度为3~10cm, 因此短时间厘米级的屋面积水深度不会对屋面防水层造成破坏。因此屋面坡度S在3‰~3%, 集水距离L在0~200m之间时, 广州地区100年重现期的暴雨造成的地铁车辆段上盖平台积水深度在屋面允许的负荷水深之内, 满足屋面雨水排水的要求。《屋面工程技术规范》 (GB 50345-2012) 对屋面坡度的规定, 更多是基于现阶段施工水平, 在施工技术满足要求的情况下, 建议地铁车辆段上盖平台的排水坡度控制在5‰~10‰。

　　 不同屋面坡度对屋面积水深度影响如图4所示。

　　 由图4可知, 集水距离L一定的情况下, 屋面坡度越大, 屋面雨水汇水时间越短;屋面坡度一定的情况下, 集水距离L越大, 屋面雨水汇水时间越长。屋面坡度S=0.003, 屋面集水距离L=200m时, 屋面汇水时间最长为2.34 min。地铁车辆段上盖平台采用外排水方式时, 雨水快速汇集至上盖平台周边排水沟, 若雨水排水系统按照常规屋面选取5min的雨水汇水时间, 周边排水沟积水不能快速排出, 会进一步增加周边雨水负荷。为降低雨水对上盖平台结构和屋面垫层的影响, 地铁车辆段上盖平台的雨水汇水时间建议按照实际雨水汇水时间选取, 可取2~3min。基于经济效益和超重现期雨水排水能力的考虑, 上盖平台外墙排水系统建议采用87型雨水斗系统。典型地铁车辆段上盖平台排水沟大样如图5。

　　 排水沟底部应低于上盖平台屋面标高25cm以上, 排水沟外侧设置溢流口, 溢流口底部标高应高于上盖平台屋面标高5~10cm, 保证超重现期雨水能溢流排出。结构专业在设置变形缝时要保证不出现变形缝的围合区域, 使得上盖平台雨水均能汇集至上盖平台周边排水沟。

　　 结合若干城市已建成地铁车辆段上盖平台雨水临时排水系统的设置情况比较, 建议地铁车辆段上盖平台雨水临时排水系统采用外排水方式, 集水距离在0~200m, 屋面坡度在3‰~3%, 均能满足屋面雨水排水要求, 建议地铁车辆段上盖平台的排水坡度控制在5‰~10‰。且设计降雨历时建议按照实际屋面汇水时间选取2~3min, 外排水雨水系统建议采用87型雨水斗排水系统。