城市隧道口驼峰标高设计的防洪防涝标准研究.pdf

:./.城市隧道口驼峰标高设计的防洪防涝标准研究收稿日期:作者简介:周 斌()男高级工程师从事道路、交通设计与研究工作王 威()男硕士工程师讲师从事新型建筑材料的教学与研究工作周 斌 王 威(.广东省重工建筑设计院有限公司广东 广州 .湖南交通工程学院湖南 衡阳)摘 要:近年来城市隧道被淹事故时常发生危害重大隧道口驼峰是防水淹的关键位置 以城市地下道路、室外排水、防洪防涝等规范及近年水淹事故为基础结合惠州仲恺高新区某下穿铁路城市隧道设计案例与相关文献深入研究城市隧道口标驼峰高设计的防洪防涝标准 合理抬高隧道口驼峰标高有效提高城市隧道的抗洪涝能力和安全性关键词:城市隧道口驼峰标高设计防洪防涝标准城市地下道路水淹事故中图分类号:.文献标识码:文章编号:()当今世界正经历百年未有之大变局气候似乎也不例外厄尔尼诺现象和拉尼娜现象轮番上场降雨量动辄百年以上一遇极端天气频发 作为道路设计人应思考如何防洪防涝减少城市隧道被淹事故的发生隧道口(地下道路洞口)接地处一般会设置反坡形成排水驼峰隧道口三面均有挡墙唯有接地面道路处的驼峰最低然而在面对城市隧道口标高到底该多高的灵魂拷问时却无可靠的标准答案本文结合惠州仲恺高新区某下穿铁路城市隧道设计经验提供城市隧道口驼峰标高设计的防洪防涝标准的全面研究和实践的描述与分析为城市交通规划和工程建设提供科学依据和决策支持以增强城市隧道口的抗洪能力、保障交通安全、促进城市可持续发展 城市隧道水淹案例及其原因分析 年 月 日黄埔区开源大道隧道被淹事故:广州遭遇的特大降雨强度大、范围广、此次暴雨的小时雨的强度、范围均超历史纪录其中黄埔区达到.、增城.本次特大暴雨短时间内大量雨水排向开源大道隧道周边区域远超区域排水系统设计标准隧道周边部分道路水深超过 从出入口四面倾泻进隧道在隧道上方和出入口周边形成瀑布 年 月 日郑州京广北路隧道被淹事故:日 时 日 时郑州市累计降雨 以上面积达 以上面积达 特大暴雨强度和范围突破历史记录远超出城乡防洪排涝能力片区内雨水无法排出涌入隧道内从上述案例可以看出真正危害重大的城市隧道水淹事故并不是由于隧道本身排水能力不足、无法排出隧道内雨水所致而是隧道周围的积水或洪水倒灌导致隧道被淹 为减少隧道被淹概率需抬高隧道口短板 驼峰的标高 城市隧道口驼峰标高设计与防洪防涝的关系“洪”指客水或外水简单来说指河道上游自然流域调洪调蓄设施等水体通过河道排出避免造成淹没损失“涝”:内水防护区降雨无法通过排水设施排出进而形成积水所造成淹没损失洪水和内涝虽然有别但在一定条件下可以相互转化 比如某一个区域发生强降雨如果每个城市都“以排为主”就会出现因上游排涝而加剧下游洪水灾害的风险 如果上游来水持续高水位在城市遭遇强降雨时可能会出现因排洪困难洪水顶托而造成排水困难的现象加剧城市内涝隧道口驼峰标高对于防洪防涝起着重要的影响合理的隧道口驼峰标高能够有效减少降雨和地表径流进入隧道的数量降低对隧道内交通运行的影响减少隧道内积水和洪涝灾害的发生 此外隧道口驼峰标高设计还应充分考虑城市发展规划和经济合理的需要确保在保持排水安全的前提下最大程度地满足城市交通的要求 城市隧道防洪防涝有关规范与标准城市隧道驼峰标高一般按城市总规及详细控规内的竖向规划执行关于城市隧道防洪防涝的设计要求规范尚未有明确规定部分规范勉强算略有涉及但不完全适用以下是这些规范中与隧道设计标高相关的要求和条文:城市道路设计标准(年版)第.条城市道路排水设计重现期、径流系数等设计参数应按现行国家标准 室外排水设计标准中的相关规定执行 室外排水设计标准第.条:内涝防治设计重现期应根据城镇类型、积水影响程度和内河水位变化等因素经技术经济比较后按表 的规定取第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .值并明确相应的设计降雨量表 内涝防治设计重现期城镇类型重现期超大城市 特大城市 大城市 中等城市和小城市 地面积水设计标准)居民住宅和工商业建筑物的底层不进水)道路中一条车道的积水深度不超过 城市道路路基设计规范第.条路基边缘标高不应低于路基设计洪水频率的水位加壅水高、波浪侵袭高度和.的安全高度 路基设计洪水频率应符合现行国家标准 防洪标准的规定其要求与公路隧道设计规范一致.公路隧道设计规范.条隧道设计洪水位频率标准可按表 取值当观测洪水位高于频率标准洪水位值时应按观测洪水位设计表 隧道设计水位的洪水频率标准隧道类别公路等级高速公路、一级公路二级公路三级公路四级公路特长隧道/长隧道/中、短隧道/案例研究与分析.防洪防涝标准选取惠州仲恺高新区某下穿铁路城市隧道项目路线为东西走向西起环侨路下穿京九铁路东接观田路全长约为.城市主干路标准段为双向六车道隧道标准段为双向十车道(主线双向六车道 辅道双向四车道)主线设计车速 /含下穿铁路隧道一座东西两侧分别临近莲塘河及肋下河 隧道位置示意图见图 图 1隧道位置示意图陈江大道北规划一路京九铁路侨光路规划二路肋下河项目起点隧道开口段华星光电公司莲塘河环侨路隧道暗埋段隧道开口段纵一路规划路项目终点陈江大道北中桥（正施工）145 m 预应力T 梁肋下河中桥正常设计时隧道口标高按照竖向工程专项规划控制 根 据 惠 州 仲 恺 高 新 区 竖 向 工 程 专 项 规 划()本项目片区排涝标准为 年一遇据收集 的 莲 塘 河、肋 下 河 竣 工 图 显 示 防 洪 标 准 为 年一遇整个项目片区都是按 年一遇标准考虑城市竖向规划少有按 年一遇因为成本太高对城市开发来说得不偿失 但对隧道等重要结构物来说竖向规划的标准严重偏低即河道能满足 年一遇河水基本可以正常行洪一旦超过洪水极有可能漫出河道流向下穿铁路的隧道为提高隧道防洪防涝能力增强隧道安全性减少城市隧道被淹事故 对于隧道口等需要重点防范内涝风险的关键位置提高竖向设计既起到减少汇水区域的作用也挡水防止外水倒灌 参考 室外排水设计标准惠州市常住人口超过 万(年第七次人口普查)为特大型城市重现期至少 年人口密集、经济条件较好内涝防治设计重现期应采用 年参考公路隧道设计规范华星大道为城市主干路对应一级公路设计洪水位频率取 年一遇 故本次华星大道下穿铁路隧道口防洪防涝标准按 年一遇设计.防洪防涝计算收集项目周边河道水系、排水管网、水利市政规划成果、地形等相关资料根据收集到的资料到项目所在位置现场进行实地调研对周边的地形地势、排水管网、河流水系及相关水域等情况进行摸排并与掌握的资料进行比对、复核 根据设计暴雨、河流水系、排水管网、地形等基础资料结合计算工况要求建立洪涝计算数值模型通过分析得出项目所在位置的洪涝水位并与历史资料进行对比后对模型进行率定确保模型的准确性 项目区域现状地形模型见图 图 2项目区域现状地形模型N隧道位置洪水拟采用设计暴雨推求本次计算在分析黄沙水库实测雨量资料的基础上与广东省暴雨参数等值线图(年版)查算暴雨资料进行对比分析采用较偏安全的雨量值设计洪水计算方法应用广东省综合单位线和推理公式(年修订)两种方法计算设计洪水在两种方法经过合理协调使设计洪峰流量比较接近以后原则上应采用广东省综合单位线方法的计算成果莲塘河连通渠汇入口以上集雨面积仅.肋下河河口以上集雨面积为.莲塘河连通渠汇入口以及肋下河河口的设计洪水采用广东省洪峰流量经验公式法进行计算 成果如表 所示采用 耦合模型模拟了百年一遇降雨下区域积水情况结果表明当片区遭遇百年一遇设计降雨过程时由于河道行洪能力不足、局部地势低洼等原因项目附近存在不少积水区域积水深度随降雨强度的变化而变化积水深度在雨峰过后一段时间后逐渐降低 第 卷 第 期 年 月 周 斌等:城市隧道口驼峰标高设计的防洪防涝标准研究最大水深平面图见图 表 各控制断面设计洪水断面位置集雨面积/洪峰流量/()综合单位线法 推理公式法经验公式法最终采用莲塘河河口上.莲塘河兴发大道桥上.莲塘河环侨北路桥上.莲塘河连通渠汇入口.刘屋水.肋下河河口.图 3最大水深平面图2 1601 9201 6801 4401 2009607202 0002 4002 8003 2003 6004 000Above 1.00；0.501.00；0.270.50；0.150.27；Below0.15；Undefined ValuePalette：max H-隧道位置水平距离/m竖向距离/m 经模拟计算西侧隧道进出口处百年一遇洪涝水位高程为.比 年一遇洪水位.高.东侧隧道进出口处百年一遇洪涝水位高程为.比 年一遇洪水位.高.隧道口驼峰标高设计隧道范围的标高主要受防洪防涝、京九铁路、下穿市政道路、周边道路衔接、规划竖向标高的控制:)防洪防涝 隧道项目纵断面设计在兼顾项目内竖向标高要求的同时按项目所处区域的最低道路标高设计高于路基防洪要求 隧道洞口标高要满足百年一遇防洪防涝要求本项目西侧隧道进出口处百年一遇防涝水位高程为.考虑.安全高程西侧隧道进出口高程需大于.东侧隧道进出口处百年一遇防涝水位高程为.考虑.安全高程东侧隧道进出口高程需大于 )京九铁路 项目路线与京九铁路十字相交下穿隧道纵断面设计受京九铁路控制根据铁路相关规定铁轨轨底至洞顶保证至少.覆土要求隧道下穿铁路设计要保证减少对铁路的扰动及保护要求 下穿京九铁路隧道为减少隧道埋深以及隧道下穿对铁路的运营安全保护综合考虑行车安全、工程造价及隧道施工便利性设置 形纵坡最大纵坡选取.)下穿市政道路 隧道下穿市政道路应保证隧道的最小覆土厚度要求 其中隧道洞口顶位置尽量覆土厚度不小于.中间路段保证覆土厚度为 为后期管线预留埋设条件)周边道路衔接、规划竖向标高 沿线与较多现状道路相接纵断面设计需考虑以上道路的现状标高及规划竖向标高并接顺最终隧道范围纵断面的最大纵坡为.最小纵坡为.最大坡长 最小坡长 凸曲线最小半径 凹曲线最小半径 竖曲线最小长度 东 西 隧 道 口 驼 峰 标 高 分 别 为.及.(见图)图 4隧道纵断面图10.926 10.93310.799 10.84911.082 11.06311.375 11.36311.634 11.66311.8611.15311.523 7.01111.113.919.5214.52910.367 7.9610.599 11.83712.9412.00711.766 12.67713.716 14.27613.171 15.4066.9915.83212.657 15.87513.789 15.399R-350L-90L-90L-114.372L-50L-351.531R-650L-90L-50R-1 000L-143.575L-90L-90L-90L-67.467R-300K0+000QDK0+100K0+200K0+300K0+400K0+500K0+600K0+700K0+800K0+900K1+000K1+100K1+200设计高地面高直线及平曲线桩号3624120V 1600H 1600SJD10.3%174.6920.56%SJD3SJD2210-4.9%180箱涵内底标高：7.471-3.14 m 箱涵K0+432.121隧道开口段起点 K0+445SJD41500.5%SJD5隧道结构层厚度：1.2 m5 mK0+220K0+275 超高接顺处理铁路西侧辅道设计线铁路西侧辅道与侨光路相交标高:11.505桩号:K0+705.5隧道结构层厚度：1 m4.9%170SJD6-0.5%150SJD71.6%2200.4%200SJD9SJD88+50+8 m 钢箱梁+现浇板梁K1+501.5 肋下河中桥与陈江大道北相交标高:14.05桩号:K1+286.169铁路东侧辅道设计线铁路东侧辅道与规划路相交标高:12.25桩号:K0+825.341京九铁路标高:12.43隧道开口段终点 K1+050K1+300K1+400K1+500K1+600K1+700单位：m 结论与展望.总结城市隧道口驼峰标高设计的防洪防涝标准研究成果从以往的隧道水淹事故及设计案例看来隧道防洪防涝标准提高到 年一遇甚至以上很有必要 设计案例中提高城市隧道口驼峰标高设计标准由 年一遇提高到 年一遇标高抬高了.增加造价不多但极大地减少洪