随着城市的高速发展, 现代有轨电车正以绿色环保、运力较大、提升城市形象等特点逐步应用在城市公共交通领域。为提升平交路口机动车辆的行车舒适性, 现代有轨电车均采用槽型钢轨, 而且为了营造良好的景观效果, 专有路权路基段的轨行区采用绿化铺装, 随之带来的排水问题需要系统解决。

1 排水需求分析

　　 现代有轨电车一般采用槽型钢轨+无砟轨道的结构形式, 结合沿线景观需求或交通需求, 分为硬化铺装和绿化铺装两大类。硬化铺装是在轨行区进行沥青铺面、混凝土铺面、面砖铺面, 以满足有轨电车与社会车辆、人流的混行要求;绿化铺装是在轨行区进行植草, 以协调有轨电车与周围的景观。铺装的顶面与轨面基本平齐, 某工程典型的路中专有路权绿化铺装标准横断面如图1所示, 采用承轨台结构, 种植土厚0.5m, 并采用路缘石将有轨电车与市政道路进行有效隔离。 有轨电车工程的排水设计主要是排除槽型钢轨凹槽内的雨水、轨行区内的雨水以及在采用绿化铺装路段轨行区的下渗水。根据图1可知, 由于承轨台下的结构板是不透水的, 轨道的道床分成了几个相对封闭的区域。根据现代有轨电车的安全行车要求, 轨行区的涉水深度不能超过车辆的技术要求, 不同运行速度下, 涉水深度不一致, 最安全的运行方式是轨面没有积水。由于有轨电车在直线段轨面没有横向排水坡度, 轨行区雨水只能通过线路纵向的坡度分段排出, 这也要求现代有轨电车工程的排水设施必须科学合理、安全有效。 图1 路中绿化铺装标准横断面 根据调研资料, 有轨电车工程的排水装置主要有两种形式:点式排水盒和线性排水沟。点式排水盒类似于雨水箅子, 见图2a。线性排水沟类似于地下车库出入口的截水沟, 但沟体带有铸铁护边, 通过螺栓锁扣与盖板连接在一起, 防止盖板松动, 影响行车安全, 见图2b。线性排水沟的排水能力要大于点式排水盒。 有轨电车路线根据形式不同, 主要有桥涵、下穿隧道、路基段等3类。高架桥段, 桥面雨水通过雨水斗收集, 通过敷设在桥墩中间的雨水立管, 排放至路面, 最后汇入市政雨水收集系统。本文重点讨论下穿隧道段和绿化铺装路基段的排水设计。

2 下穿隧道段的排水设计

　　 有轨电车隧道内的排水主要有结构渗漏水及敞开段雨水, 后者所占比例较大。隧道的排水设计, 主要体现在“集”与“排”, 就是将隧道内无法重力排出的废水或雨水集中后, 通过水泵压力抽排出去。敞口段雨水汇集至线路最低点, 并在最低点设置雨水泵房, 将敞口段的雨水抽排至附近市政雨水管网或附近水系。设计的关键主要体现在雨水重现期及集流时间、水泵的数量、泵房集水池的调节容积、水泵的启动方式以及泵房的监控等参数的选择与确定。 图2 有轨电车工程排水装置

2.1 雨水泵房的设计水量

2.1.1 雨水量计算公式

　　 雨水设计流量采用极限强度法, 按下式计算: 式中Q_s———雨水设计流量, L/s; q———设计暴雨强度, L/ (s·hm²) ; Ψ———径流系数; F———汇水面积, hm₁; t———降雨历时, min; P———设计重现期, 年; A²、C、n、b———参数, 根据统计方法进行计算确定。 对于某个具体工程, 汇水面积F是确定的, 该地的暴雨强度公式是确定的, 有轨电车下穿隧道多采用无砟轨道, 轨枕透水性很差, 类似于屋面及混凝土路面, 径流系数取0.85~0.95, 这里取高值0.95, 计算雨水设计流量要确定的参数就是敞开段降雨历时t和设计重现期P。

2.1.2 雨水量计算参数选取

　　 (1) 设计重现期P的选取。现行《室外排水设计规范》 (GB 50014-2006, 2016版) 3.2.4B条规定:特别重要地区可采用50年或以上。《地铁设计规范》 (GB 50157-2013) 规定:洞口的雨水如不能自流排放时, 必须在洞口适当位置设排水泵站。排水管渠或排水泵站的排水能力, 按当地50年一遇的暴雨强度计算, 集流时间按计算确定。因此, 结合有轨电车下穿隧道比较重要的特点, 敞开段雨水设计重现期P取50年。 (2) 降雨历时t根据汇流长度计算确定。

2.2 雨水泵的台数

　　 以广州市为例, 暴雨重现期取1年、5年、30年、50年, 降雨历时取5 min、10 min进行暴雨强度计算, 计算结果见表1。 表1 广州市暴雨强度 从表1中可得知, 重现期P=50年的暴雨强度约为P=1年的暴雨强度的2倍。对照其他城市的暴雨强度公式进行检验, 重现期P=50年的暴雨强度也约为P=1年的暴雨强度的2倍。因此, 雨水泵的配置建议按2台使用考虑, 每台泵的排水能力大于最大时排水量的1/2。考虑到泵房的重要性, 另外设置1台备用泵。在极端天气情况下, 备用泵投入使用。

2.3 集水池的调节容积

　　 现行《室外排水设计规范》5.3.1条规定:集水池的容积应根据设计流量、水泵能力和水泵工作情况等因素确定, 一般不应小于最大一台水泵30s的出水量。目前进行地铁设计时, 敞开段雨水泵站 (房) 的集水池有效容积, 一般取最大一台排水泵5~10min的出水量, 这是我国及国外多年地铁建设的经验。从水泵工作安全性上考虑, 雨水泵房集水池的调节容积建议取最大一台排水泵5~10min的出水量。

2.4 横向及纵向排水沟

　　 由于下穿隧道的轨行区没有横向排水的坡度, 且多进行了硬化铺装, 线路的纵坡比较大, 为了避免降雨形成汇流, 每隔一定距离要设置横向排水沟将水收集至隧道壁两侧的纵向边沟内, 加快排除地表雨水的速度。敞开段雨水泵房集水池处的横向截水沟要加密, 一般设置3道, 最低点及大小里程2m处各1道, 以便将洞口全部的雨水及时快速收集到集水井内。

2.5 排水泵房的供电及监控

　　 隧道排水泵房应满足一级负荷供电要求, 并设置监控系统。排水泵的工作状态和水位信号, 应在控制室显示。排水泵站 (房) 的排水泵, 应设计为自灌式, 一般采用自动、就地和远动3种控制方式。 (1) 集水池内水位启动:液位自动控制启停, 并可根据不同液位确定开启泵的数量; (2) 泵房内就地启动:泵房内可手动控制; (3) 中控室遥控启动:控制中心远程控制, 并在控制中心内显示水泵的工作运行状态及集水池水位。

3 绿化铺装路基段的排水设计

3.1 排水设计原则

　　 根据市政配套道路实施情况及轨道敷设位置, 有轨电车的排水分以下不同情况设置: (1) 轨道在路侧。在有轨电车道旁设一专用雨水排水收集管, 收集轨道排水, 就近接入河道水系, 减少对道路的破坏和管线交叉。 (2) 轨道在路中。结合既有道路的改造或新建道路的实施, 提出接口条件给市政道路设计单位, 在轨行区预留排水检查井及雨水口, 在有轨电车轨道区域设横向雨水排水收集管, 收集轨道区排水, 接入改建或新建的市政雨水管道。横穿道路的排水管道由市政道路一并实施。 (3) 线性排水沟的设置。线性排水沟的设置间距根据线路坡度、市政雨水井的位置综合进行确定, 但线路的最低点必须设置排水沟。 (4) 降雨设计重现期5年, 集流时间5min。排水沟的过流能力, 应为设计重现期计算流量的1.5~3倍。

3.2 排水设计标准断面

　　 目前国内现代有轨电车工程的排水设计缺乏专门的设计规范、规程, 南方某地已运营的有轨电车项目, 在表层设置排水盒或横向排水沟以排除轨行区雨水, 并在排水沟投影面轨道底板下对应地敷设横向排水管, 横向排水管与上部排水沟 (排水盒) 采用立管连接, 见图3所示。 图3 有轨电车立管排水装置 由于纵向敷设的钢轨将横向排水沟分成几个独立的区域, 同时轨行区路基处理对回填密实度有较高的要求, 立管周围无法采用大型机械碾压, 后期反开挖以及回填工作量巨大, 而且管道要精确定位, 稍有因施工误差引发的管道移位或管道变形, 排水立管与上部排水沟就无法有效连接, 连接处的封堵也存在较大困难。同时, 有轨电车运营后, 降雨时雨水携带的泥沙会逐渐沉积在轨道底板下方的横向排水管中, 从而减少过流面积, 引发轨行区排水不畅, 由于横向排水管与立管管径均较小, 存在检修清掏困难的问题。 针对上述问题, 通过对排水断面进行优化, 见图4, 主体分为线上横向排水沟和线间沉泥集水井两大部分。此轨道排水装置已获得实用新型专利授权, 专利号ZL201520648440.8。 线上横向排水沟夹设于相邻两个承轨台之间, 线间沉泥集水井位于沟中间正下方, 排水沟与集水井连接处开排水孔进行连通, 排水孔兼具清掏检修孔功能, 轨行区表层的雨水通过线上横向排水沟收集, 并集中通过排水孔汇入集水井中, 集水井安装出水管将井内雨水排入市政雨水系统或沿有轨电车线路纵向设置的专用排水系统。集水井底部设有沉泥槽, 防止泥沙淤积在出水管中。由于承轨台将线上横向排水沟分成几个独立的区域, 排水沟之间采用排水连通管连通, 排水连通管预埋在承轨台内。线上横向排水沟外轮廓与承轨台贴合, 不需要在承轨台上预留沟槽以及二次回填, 降低了施工难度。轨行区下渗的雨水通过透水软管排至线上横向排水沟。 图4 有轨电车沉泥集水井排水装置 (1) 线上横向排水沟 (2) 线间沉泥集水井 (3) 出水管 (4) 排水连通管 (5) 透水软管 (6) 轨道底板 (7) 承轨台

4 小结

　　 (1) 由于有轨电车在直线段轨面没有横向排水坡度, 轨行区雨水可通过线路纵向坡度分段排出, 排水设施必须科学合理、安全有效, 进行系统的设计。 (2) 有轨电车下穿隧道结构渗水和敞开段雨水, 宜集中后就近提升排放。敞开段每隔一定距离要设置横向排水沟将水收集至隧道壁两侧的纵向边沟内, 集水池处的横向截水沟要加密, 一般设置3道, 最低点及大小里程2m处各1道。排水泵房应满足一级负荷供电要求。 (3) 下穿隧道雨水泵房宜设置3台排水泵, 2用1备, 每台泵的排水能力大于最大小时排水量的1/2, 极端天气情况下3台泵同时工作。集水池有效容积不得小于最大一台水泵5~10min的出水量。排水泵应设计为自灌式, 其工作状态和水位信号应在控制室显示, 监控数据反馈至调度室及相关管理部门。 (4) 路基段采用线上横向排水沟和线间沉泥集水井的排水装置, 有效解决了有轨电车轨行区排水不畅、施工安装麻烦、清掏检修困难的问题。