文＿李 幸（廣西交通設計集團有限公司，工程師，碩士）
盧陽陽（廣西交通設計集團有限公司，工程師，碩士）
高鐵站前廣場空間化是高鐵經濟時代發展的新趨勢。高鐵站前廣場及配套路網、市政基礎設施的建設，可整合利用公共空間、交通空間、商業空間，形成以高鐵站為核心的城市交通——商業服務綜合體，推動高鐵站核心片區經濟、旅游、商貿等各項事業發展。為保障高鐵站核心片區城鎮化開發建設，相應市政基礎設施配套需完善，其中排水管網作為保證高鐵站及站前廣場的排水安全、避免內澇發生、保持高鐵安全運行的重要設施，同步建設尤為重要。本文以南寧市馬山站高鐵核心區作為研究區域，根據片區近遠期開發情況、水文及地形條件，結合內澇防治要求，提出合理的排水設計方案。
（一）現狀情況
馬山高鐵站核心區地處低緯度，太陽入射角大、輻射強、日照時間長、蒸發量大。該區域屬南亞熱帶氣候，四季多東北風，氣溫較高，雨量充沛，但降水分布不均勻。夏季多暴雨，易發生洪澇災害；
冬季少雨，易發生干旱災害。
途經馬山縣的貴南高鐵東部有蜿蜒而過的姑娘江，其被譽為“馬山縣城之腎”，承擔著凈化水質、維護生態系統等重要功能，是馬山縣的母親河。
研究區域地勢相對平坦，高差不大。由于受山體影響，用地呈帶狀分布。除山體外，區域海拔高程在155m～180m之間，地質條件相對較簡單，未發育褶皺、斷層等構造，區域穩定性較好，巖層主要為雜填土、黏土、石灰巖。
（二）建設情況
馬山高鐵站位于馬山縣白山鎮內學村，地處馬山縣城北部，貴南高鐵通車后，馬山縣將進入“南寧半小時經濟圈”，馬山高鐵站將成為大化瑤族自治縣、都安瑤族自治縣、上林縣及周邊村鎮通往珠三角最便捷的高鐵站。
馬山高鐵站核心區為解決旅客快速進出高鐵站及各項交通運輸工具轉換銜接的問題，高鐵站前廣場及兩側配套市政道路將與高鐵站房同步建設。高鐵站前廣場建設內容包含站前廣場、旅游集散中心、停車場、配套商業建筑、景觀綠地等。站前廣場兩側配套市政道路，起點與現狀210國道相接，終點分別與貴南高鐵路基段預留現狀通道相接。片區內其余地塊待遠期逐步開發（見圖1）。
圖1 馬山高鐵站核心區規劃效果圖
（一）豎向分析
馬山高鐵站核心區東側為現狀210國道，西側為姑娘江，現狀地勢整體西高東低。高鐵站位于現狀210國道及山體中間，站臺及兩側鐵路為路基形式，站臺標高參考姑娘江百年一遇洪水位，且兩側設有排水邊溝連通至現狀水渠，最終排入姑娘江。東側有多座高山，其余為現狀農田及果林，多為低洼地。市政配套道路雨水工程設計需根據片區豎向規劃及現狀地形考慮匯水區域劃分。設計雨水管道路由及標高需結合道路豎向、站房及站前廣場排水管道接入標高、未開發區域現狀地形、在建鐵路建設情況及水文條件確定，同時考慮內澇防治要求，保證高鐵站房及站前廣場范圍無內澇現象發生。
（二）匯水區域分析
片區規劃范圍內主要用地構成為城市建設用地、村莊建設用地、農林用地與水域。現狀村莊及農田、林地占比較大，其中大部分為農林用地，水域主要由姑娘江、現狀水塘及灌溉渠組成。雨水管道設計需考慮近遠期結合，管徑計算需根據遠期開發用地考慮。規劃用地主要為高鐵站前廣場用地、商業用地、居住用地、教育用地、公共設施用地、綠地及廣場用地等。為保證高鐵站前廣場及站房排水出路，高鐵站前廣場兩側道路配套排水管需在同時承接高鐵站前廣場雨水量、站房雨水量及上游相交道路轉輸雨水量后，自東向西排至姑娘江，總匯水面積約60.6hm2。
（三）設計重難點分析
1.排水管道與在建鐵路平面交叉
根據現狀條件分析，姑娘江位于在建貴南高鐵東側，高鐵站前廣場及配套市政道路位于在建貴南高鐵西側，排水管道敷設無可避免需穿越在建鐵路后排至姑娘江。高鐵站前廣場兩側道路與在建鐵路路基段預留的人行通道銜接，根據《室外排水設計標準》（GB 50014——2021）相關要求，雨水管道應采用重力流，且需滿足一定覆土要求，故雨水管不能架空敷設于通道內，且現狀通道為整體式鋼筋混凝土結構，若采用放坡開挖方式埋設管道，必會破壞通道結構。通道前后約1km均為鐵路已建路基段，亦不可采用開挖方式埋設管道，影響鐵路安全。因此，排水管道若考慮從路基段穿過鐵路，則需采用頂管施工方式。由于管道位于鐵路周邊，鐵路安全等級較高，涉鐵段對頂管施工技術要求及所需工程費用較高（見圖2）。
圖2 鐵路預留通道
2.片區內澇防治要求
馬山高鐵站核心區姑娘江常水位約152.4m，二十年一遇水位約153.8m。根據規劃及道路豎向，高鐵站北側部分農林用地現狀標高約153m～155m，為片區內低洼地，地勢低于姑娘江二十年一遇水位。高鐵站前廣場兩側市政道路豎向標高最低點約157.5m，兩側道路雨水管道考慮沿線水力坡降，當姑娘江出現二十年一遇水位時，排出口位置可能出現淹沒出流情況。為保證高鐵站運行安全和高鐵站前廣場及兩側道路不受內澇影響，雨水管道設計應進行內澇核算，滿足二十年一遇的排水要求。
（一）設計標準
雨水流量的計算采用南寧市暴雨強度公式：
設計流量Q=ψ·q·F（L/s）
其中：ψ為徑流系數；
q為暴雨強度；
F為匯水面積；
P為設計重現期（a）；
t為降雨歷時（min）。
根據高鐵核心片區規劃情況，馬山高鐵站核心區遠期規劃人口小于50萬人，但高鐵站屬重要地區，因此高鐵站站前廣場及配套道路排水重現期取P=5a；
片區內規劃用地主要為居住、商業、廣場及綠地，綜合徑流系數取ψ=0.7，地面徑流系數取ψ=0.9，綠地徑流系數取ψ=0.15。
（二）總體方案分析
針對排水管道與在建鐵路平面交叉這一難點，為提出合理排水方案，本文結合貴南高鐵建設情況及規劃排水情況，對雨水管道布設線位及施工方式，提出兩個方案進行比選。
1.方案一：雨水管下穿已建鐵路路基段
本方案設計雨水管以就近排放為原則，高鐵站前廣場兩側道路設計雨水管收集站前廣場、站房及上游相交道路雨水管轉輸的雨水量后，自東向西排放，下穿貴南高鐵后排至下游雨水管。由于片區近期鐵路北側規劃道路尚未實施，且高鐵站附近無水系及低洼地，近期高鐵站前廣場兩側道路雨水管無出路。為解決高鐵站前廣場及站房排水出路問題，鐵路以東至姑娘江段雨水主管需同步建設，即本方案設計雨水管穿越貴南高鐵后，沿鐵路根據東側規劃道路線位布設雨水管，自東向西排入姑娘江。
為節省建設成本，避免重復開挖建設，鐵路以東至姑娘江段雨水主管按遠期建設規模建設，考慮兩側規劃地塊雨水量接入。經水力計算，北側道路設計單根d1800雨水管，下穿鐵路后，沿鐵路東側設計雨水管，自北向南排入南側道路下游雨水管，南側道路設計單根d1000～d1800雨水管，承接高鐵站前廣場、周邊地塊及北側道路轉輸雨水后，經下游d2000～d2600雨水管，自西向東排至姑娘江。
由于與南、北側道路相交的貴南高鐵目前正在建設，路基段基本完成，鐵路路基段預留的現狀通道尺寸分別為北側B×H=14m×5.5m，南側B×H=8m×5.5m，南、北側通道路面標高與道路標高齊平，下穿通道為整體式鋼筋混凝土結構，為避免排水管道施工對通道結構影響，本方案下穿鐵路段設計雨水管，需在通道兩側路基下方采用頂管施工，鐵路前后分別布設9m×9m頂管工作井及9m×6m頂管接收井，根據《公路及市政道路下穿高速鐵路技術規程》規定，頂管工作井及接收井需設置在高速鐵路影響區范圍外，過鐵路段雨水管采用焊接鋼管，外包鋼筋混凝土套管（見圖3）。
圖3 雨水總體布置圖（方案一）
2.方案二：雨水管在下游鐵路橋處采用放坡開挖
根據現場調查情況，北側道路以北約750m處，為貴南高鐵鐵路橋梁段，已建橋墩間距為35m。本方案南側道路設計d1000～d1800雨水管，承接高鐵站前廣場及周邊地塊雨水后，沿高鐵站進站高架匝道下方道路線位布設雨水管，自南向北排至北側道路，承接北側道路d1800雨水管轉輸雨水量后，繼續自南向北沿鐵路西側規劃道路線位排放，排至北側道路以北約750m鐵路橋處，從鐵路橋墩之間穿過，繼續往東排至姑娘江。
北側道路以北片區地塊目前尚未開發，但為減少片區雨水管穿越鐵路次數，本方案設計雨水管將作為片區排水主管，考慮承接高鐵站前廣場以北地塊雨水量。
本方案排水管道采用放坡開挖的施工方式，無須頂管施工。根據《公路及市政工程下穿高速鐵路技術規程》規定，下穿鐵路段橋墩3m范圍內嚴禁深基坑開挖施工，本方案過鐵路橋處設計雨水管采用放坡開挖，開挖深度約4.5m～5.5m，雨水管開挖面距兩側橋墩凈距均大于10m，滿足規范要求（見圖4）。
圖4 雨水總體布置圖（方案二）
3.方案比選
針對上述兩個方案，從施工技術要求、管道運行維護及工程建設費用方面進行對比分析。
（1）方案一管道總長及管徑小于方案二，但需增加2座頂管工作井及2座頂管接收井；
根據馬山縣地質情況，部分管道基礎所在巖層為石灰巖，頂管施工工藝要求較高，且費用較常規頂管工藝高；
管道埋設于鐵路路基段下方，鐵路運行后路基段無法開挖，不利于后續管道維護管理；
頂管工作井及接收井不可占用高鐵保護范圍，施工前本方案需報鐵路相關部門審批，或導致工期延長，無法與高鐵站同步建設。
（2）方案二管道管徑及總長度較大，但施工工藝采用溝槽放坡開挖，較頂管方案簡單，為常規開挖方式，工期較短。管道與鐵路已建橋墩平面距離10m以上，滿足鐵路相關規范要求；
管道后期檢修維護，可開挖地面，運行管理較方案一便利。
（3）方案一工程建設費用約2700萬元，方案二工程建設費用約2600萬元，兩個方案工程費用差異較小。綜合各方面影響因素，比較分析得出，方案二更優，即采用雨水管在下游鐵路橋處放坡開挖的方案。
表1 排水方案綜合對比分析表
根據水系資料結合現場實測，排出口處姑娘江渠底標高為150.6m，常水位約152.4m，二十年一遇水位約153.8m。推薦排水方案雨水主管排出口管徑為d2800，管內底標高為150.7m，管內頂標高為153.5m。可見，當姑娘江處于二十年一遇洪水位時，管道處于淹沒出流狀態。
（一）內澇防治標準
根據規范，本文采用內澇防治設計標準為：在降雨強度為二十年一遇時，保證道路中至少一車道中央積水深度不超過15cm。
基于推理公式法的雨水管道水力計算，不能完全體現管道流量隨降雨歷時產生的動態變化。為確保內澇核算準確性，本文根據《城鎮內澇防治技術規范》（GB 51222——2017）內澇防治設計校核方法，采用水力計算與數學模型相結合的方法進行校核。
數學模型：結合研究區域現狀地形、下墊面、道路及廣場豎向標高、水系水文條件、管道布置等影響因素，采用Uwater-Drainage數值模擬軟件構建馬山高鐵站核心區排水管網模型，進行內澇風險模擬驗算。
水力計算：根據道路橫斷面計算符合內澇防治設計標準道路的最大允許流量，計算在二十年一遇降雨條件下，雨水管道設計流量與雨水管道最大過水能力之間的差值，由此得出需要通過路面的設計流量，并與道路最大允許流量進行比較和校驗。
（二）模型建立
排水管網模型根據研究區域內近期實施內容構建，即高鐵站前廣場及其配套道路、雨水主管。模型根據雨水總體布置方案設置匯水區及下墊面，降雨采用南寧市暴雨強度公式，內澇防治設計重現期采用P=20a，設計雨型采用芝加哥雨型，降雨歷時取3h，雨峰相對位置取0.2，演算方法采用動力波法。下墊面徑流系數取值按排水設計標準提高12%，綜合徑流系數取值為0.84。設計雨型見圖5。
圖5 設計雨型線
（三）數值模擬結果分析
模擬結果顯示，片區豎向最低點為北側道路與高鐵站匝道相交處，該處檢查井節點YN7管內底標高為152.97m，地面豎向標高為157.5m，檢查井埋深為4.53m，檢查井最大水深為4.19m，未溢出地面。北側道路最低點至姑娘江段雨水管最大積水深度如圖6所示，溢流量均為0。
圖6 管道最大積水深度圖
研究區域降雨量在二十年一遇時，雨水主管均處于淹沒出流狀態，管道流量隨降雨歷時增加而變化，降雨量增加，管道流量增加，當降雨量達到峰值時，雨水主管均為滿管狀態，流量有溢出，但未形成地表徑流，研究區域內無積水現象。檢查井最大水深如圖7所示。
圖7 檢查井最大水深示意圖
（四）水力計算分析
站前廣場北側道路斷面為30m，根據內澇防治設計標準，選取中間車道，寬度為3.75m，道路橫坡為0.02，積水深度按0.15m考慮，計算得出道路允許最大流量為17.8.m3/s。計算可得北側道路設計d1800雨水管輸水能力為13.1m3/s，大于設計流量12.1m3/s，路面無積水，與數值模擬結果一致。
（五）結論分析
模擬結果表明，在二十年一遇重現期下，排水管道設計滿足內澇防治要求，片區無內澇及積水風險，方案基本可行。由于鐵路北側地塊近期未開發，北側地塊現狀為農田及果林，標高約153m～156m，為保證高鐵站核心片區排水安全，建議遠期地塊開發結合姑娘江洪水位確定豎向標高，并在姑娘江河岸增設防洪堤及雨水排澇泵站。
高鐵站作為重要的交通樞紐，以高鐵站為核心的片區配套排水管網系統十分重要。片區排水設計方案應結合片區建設規模、道路豎向、現狀地形等情況進行設計，排水管道路由及施工方法應充分考慮鐵路實施情況，滿足鐵路相關規范要求，避免對已實施鐵路造成影響。排水主管應根據水系水文資料，提高排水設計標準，確保高鐵站及站前廣場排水安全。
為保證洪水位下高鐵站核心區排水安全，排水設計方案可結合排水管網進行數值模擬。根據模擬結果，對高鐵核心片區提出有效應對內澇及積水風險的排水措施，如增設排澇泵站等，為高鐵核心片區構建安全可靠的排水管網系統。
猜你喜歡雨水管內澇片區貝雷梁組合支架對跨地鐵車站雨水管保護的施工受力分析工程與建設(2021年4期)2021-10-22片區綜合開發的投資模式探討現代經濟信息(2020年34期)2020-06-08展望臨港新片區金融改革與創新中國外匯(2019年18期)2019-11-25青島新片區打造人才聚集高地商周刊(2019年19期)2019-10-17基于格子玻爾茲曼泵站前雨水管方案數值模擬山西水利科技(2019年3期)2019-09-23白塔寺片區地圖世界建筑(2019年7期)2019-08-07超大市政管線跨地鐵基坑的保護方案建筑機械化(2018年1期)2018-05-25地鐵車站貝雷梁懸吊雨水管施工方案設計石家莊鐵路職業技術學院學報(2016年4期)2017-01-12國外應對城市內澇的智慧：從“馴服”到“巧用”公民與法治(2016年16期)2016-05-17城市內澇的形成與預防河南科技(2014年1期)2014-02-27