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1、北京城区下穿式立交桥下积水成因分析及对策第25卷第l期2007年1月市政技术MunicipalEngineeringTechnologyV01.25No.1January,2007文章编号:10097767(2007)01001404北京城区下穿式立交桥下积水成因分析及对策曹洪林(北京市市政工程管理处,北京100044)摘要:城市下穿式立交桥在汛期遇大雨,暴雨,特大暴雨时易产生积滞水,会造成交通的短期集中拥堵,给人们的社会生活带来不便.在总结归纳下穿式立交桥防汛中发生的积滞水现象,从运营维护中提出需注意的几项措施使下穿式立交桥在汛期中由于积滞水阻滞车辆通行的状况得到有效的缓解.关键词:城市交通
2、;下穿式立交桥;桥下积滞水;预防措施中图分类号:TU992,4文献标识码:BTheGenesesAnalysisandCountermeasuresofPondingUnderBridgeofUnderpassesinBeijingCAOHong-lin1立交桥概况北京城区是指城,近郊区共8个区的行政管辖范围t”.其中:东城,西城,崇文,宣武4个区为城市中心区.二环路基本上是4个区的外边缘线(不含关厢外地区);其他4个区分别是朝阳,海淀,丰台,石景山区.三环,四环,五环路都在其区域内.自20世纪80年代初至现在,北京城区发生了巨大变化,新兴企业层出不穷,人们的生活水平不断提高,其中汽车保有量已
3、达260万辆.明显说明了城市快速发展的状况.尤其是小轿车进入家庭,给人们的工作与生活带来了快节奏和新方式;同时,也使城市交通状况产生拥堵现象逐年增多.因此,城市立交桥的建设与使用成为缓解交通拥堵的主要方法之一.1.1下穿式立交桥下穿式立交桥分互通式和非互通式.互通式,一般为城区道路与道路的交叉互通.非互通式,一般为铁路与城区道路的交叉,铁路在道路之上跨路而过,又称跨线桥.文中所指的下穿式立交桥是特指立交桥最下层的最低点.低于路面并低于立交桥区范围以外的排水设施的内底高程(包括:沟渠,河道的排水内底收稿日期:2006一l116作者简介:曹洪林(1953一),男,河北枣强县人,高级工程师,硕士,北
4、京市市政工程管理处副主任,一直从事北京城近郊区的排水管理工作.高程),并通过泵房内机械抽升将最低点汇积的水(包括:雨水,雪融水,道路冲洗水等),排人排水设施内;不包括立交桥最下层的最低点,低于地面,但通过自然径流和排水设施可自然排水的下穿式立交桥.1.2带排水泵站的下穿式立交桥北京城区带排水泵站的下穿式立交桥截止到2006年汛期.共有69座,全部由北京市市政工程管理处泵站管理所负责运营维护.每年都重复进行着汛前安全检查,汛中应急抢险,汛后维护保养的工作.2下穿式立交桥下积水成因分析2.1桥区外排水设施不完善由于城市规模发展速度快,使农用地变更为城市用地,地面径流系数大幅提高,而原有农用地的排水
5、渠,下游河道得不到及时疏浚,使道桥区域内产生积滞水.如菜户营立交桥多年连续积水,造成原因是马草河未按规则疏挖,排水管道出水El做到了原旧河底下,用泵站排水,但又无位量,只能安装临时泵,致使排水量达不到设计要求,造成积水.景泰桥出现积水,也是因为规划泵站建不起来,用临时泵排水造成桥下积滞水.2.2降雨量大于泵站的抽升能力如莲花池立交桥雨水泵站,设计汇水面积11hm2,设计重现期P=2年,设计抽升能力2.5m3/s,出水管管径D=1600mm,排人疏浚后的莲花河,从1995年建2007年第1期北京城区下穿式立交桥下积水成因分析及对策?15-成至2004年,9年排水通畅,桥下无积滞水情况发生.200
6、4年7月10日,一场突降的特大暴雨,降雨强度达到90mm/h,由于瞬间降雨强度大,桥区外围边缘的排水设施不能及时排除雨水,致使这部分客水涌入桥下,极大地超出泵站抽升能力,造成桥下严重积水,最深处达1.8m,阻断交通4.5h.莲花池立交桥位于北京西站与西三环路交接处.是交通枢纽,交通中断给社会带来极大影响和经济损失.为提高和改善桥区的排水能力,于2005年汛期前,按设计重现期由P=2年提高到P=3年,抽升能力由2.5ma/s提高到4.2m3/s的规模,扩建完成并投入使用.莲花池立交桥见图1.图1莲花池立交桥2.3供电故障近几年,由于电力工业发展得到重视,因供电紧缺而拉闸限电的现象逐年减少.基本保
7、证了城区的工业用电和生活用电.供电故障是指降雨大到暴雨时,易夹杂短阵大风,吹倒树木和电杆,造成的停电.如2006年6月29日西四环路的五路居立交桥,当天降雨强度达到50mm/h,并伴有较强阵风,风吹倒大树,砸断了供电线路,致使相关区域一团漆黑,造成桥下积水,水深1.5m,阻断交通3.5h(五路居桥见图2).图2五路居桥2.4特殊气象是造成积水的主要成因桥下积水成因中,有2条(降雨量大和供电故障)都与特殊气象有关.北京城区将近三面环山,一面面临平原.而山脉在西,北,东北方连成一线,是造成阻挡西北方冷气流的屏障.夏季由南,东南方来的暖湿气流,容易在城区上方形成锋面,造成降雨,属典型山前小气候特征.
8、由于暖气流的方向在山前经常发生小的改变,形成局部降雨位置的不同.2006年夏季,此问题比较突出.80mm/h以上强降雨在城区西部石景山,香山地区发生2次,使南旱河形成洪峰;城区东北部顺义,首都机场地区发生一次,使进入机场1号桥下积水,造成道路交通中断.飞机停飞.50mm/h以上强降雨在城区北部清河地区发生一次.当这些局部强降雨发生在下穿式立交桥上空时,如莲花池立交桥,由于它的排水系统完善.也有扩建余地(不足之处是流速增加,易冲刷管道),短时使用,设计是可行的,可使灾害降到最低.当这些局部强降雨发生在桥区外排水设施不完善的立交桥上空时,这时就需要用其他措施来缓解和预防这种自然灾害.3缓解和预防下
9、穿式立交桥下积水措施3.1缓解措施缓解下穿式立交桥下积水造成的交通受阻滞的措施,是针对桥区外排水设施不完善.达不到规划设计的排水标准,遇有局部特殊天气而形成强降雨,水量超过泵站抽升能力时的临时疏导交通,缓解断路的措施.以下建议的两种方法,仅供规划,设计,交通管理等有关人员在新建,改建立交桥时参考.3.1.1交通疏导法该方法是在桥下最低点积水大于10cm.降雨强度未有明显减弱时开始启动的方案.以互通式(城区道路与道路的交叉)立交桥为例.非互通式也可局部应用(见图3).下行r车道一/xxx/Kxx下上行I辅I路车道图3互通式立交桥交通疏导方案图-16-市政技术第25卷方法说明:当桥下最低点积水&g
10、t;10cm时,加上小轿车行走时的拥水高度,已接近汽车底盘或接近尾气排放管口.水位再增加易造成汽车底部进水和淹没排气管口后引起熄火,灭车,使车停泡在积水中.应启动以下程序:(1)打开在上下行车道中间隔离带(墩)预设的活动栅栏门.让上行车道内的车辆左转调头驶入下行车道.从下一个路口绕行.同时,在上行车道后一个路口处设交通绕行标志.(2)当辅路最低点高于主路最低点,车辆还可通行时,打开主辅路中间隔离带(墩)活动栏杆门,使车辆进入辅路慢速前行,择路口再进入上行车道.辅路上要注意限高标志.(3)当辅路也不能通行时,可由直接进入至,此时已形成临时十字路口,由交通警指挥车辆,分时段放行,进入或.(4)下行
11、车道车辆也应按(1),(2),(3)进行.该方法是在桥下严重积水后.泵站抽升能力严重不足,车流量受阻的情况下,利用立交桥现有的交通措施,缓解堵车,疏导车流的临时方案,属于汛期应急抢险预案之一.它的好处是:费用低,不必为堵车4h而改造泵站(莲花池泵站改造后.2005,2006年都未达到2004年的暴雨强度),且适用于没有条件进行改造的泵站.如按双向每小时能通过1000辆车算.该方案在节约燃油和人力的无功时间方面.将有明显的社会效益.3.1.2蓄水延缓时间法该方法是由桥下积水引发而来.现在防汛期间,桥下一但产生积水后.就想方设法地去排除积水,保证车辆通行.在景泰桥下(见图4),主车道与辅路有高差,
12、积水后,虽主车道不能行驶车辆,但辅路依然可以通行车辆.利用排水管道自然排除雨水的立交桥也有该做法,如东便门铁路立交桥.该方法思路为:图4景泰桥(1)高差值的选择.交通标志牌显示,主路限高4.5m.辅路限高2.8m(也有3.0m).高差值应为:4.5m一2.8m=1.7m,或4.5m一3.0m=1.5m.试选择1.5m.(2)道路横断面设计.2006年6月29日,五路居桥下积水深1.5m,其桥下主,辅路高差0.3m.如果将辅路抬高,使高差达到1.5m,则当天受阻车辆可通过辅路慢速直行.辅路现为二条机动车道和慢车道,人行道各一条.用蓄水延缓时间法的思维方式,以五路居桥(上层为铁路,桥宽10m)为例
13、,横断面图见图5.为简化设计,求证定性,采用体积估算法.主路路面图5五路居桥横断面图(m)(3)计算主路蓄水量(主路宽按一般设计车道标准宽度计1.主路宽=四上+四下+紧急停车带x2+路缘石x2+中隔x3=15+15+1.5x2+0.5x2+2x3=41m全路宽=主路宽+辅路x2+步道2:41+102+12=63In主路蓄水量=主路宽(长方形面积+三角形面积x2)=41x(1.5xlO+1.5x70)=4920m3按五路居泵站最大抽升能力1.5m3/s计算.主路蓄水量相当于:4920m3+1.5m3/s=3280s=54.6min如果主辅路中间设明显标记护栏.辅路上积水控制在小于10cm内.则:
14、总蓄水量=主路蓄水量+全路宽蓄水量=4920+(63x150xO.1)=4920+945=5865m总蓄水量相当于:5865m1.5m/s=3910s=65.2rain五路居泵站设计重现期P=3年.设计最大流量1.5ms.当超过重现期3年的强降雨的极端天气出现时,在辅路比主路高出1.5m的情况下,用主路蓄水的方法.可延缓65min才断路阻滞车辆通行.如果在60min时降雨停止,则再用60min可抽净积水,恢复交通正常运行.如果65rain后降雨不停止,则采用交通疏导法中的(1)进行疏导.蓄水延缓时间法的优势:不用考虑因积水而改造泵站,而是利用积水,视积水为调蓄水量,达到用垫高辅路的小代价换取改
15、造泵站所需的大费用(有些泵站目前没有改造的条件),而又能使道路不中断车辆通行的目的.2007年第l期北京城区下穿式立交桥下积水成因分析及对策?17-3.2预防措施预防下穿式立交桥下积水的措施,也是防汛的内容.雨水泵站的管理运行要从汛前检查.汛中巡查,抢险,汛后维修,保养一整套的规范性制度抓起,做好在岗人员的培训,明确岗位责任,做好运行,保养,维修,大修记录,做好降雨量,启动泵,流量的记录,为分析雨情和大修提供设计依据.重点应做好以下工作:(1)泵站要双路供电.单路供电易出五路居立交桥泵站事故.当泵站所在区域内只有一路供电电源时,或另一路供电电源距离较远,费用较高时,要保证一路供电电源畅通,另一
16、路电源则用发电机代替,备用.发电机可在租赁公司租用.使用一个汛期.也可购买后,在汛期以外出租.但不能几个泵站备用一台发电机,这样容易出现相邻两泵站同时都需要发电机;或由于积水断路发电机进不了故障泵站.(2)水泵,机械,电器设备要经常检修,并试车运行,保证设备的良好状况.检测避雷器,防雨季雷击.(3)对泵房的进出水管道要清淤,保证管道畅通.对桥区内施工作业单位要加强联系,避免施工时损坏管道及检查井和渣土等废弃物掉入井内,造成堵塞.(4)降雨时应做到雨声就是命令”,及时打捞雨水口上的漂浮物.如:垃圾袋,瓜皮,树枝,树叶等物,避免雨水口进水不畅.造成桥下积滞水.(5)泵站管理人员要经常,定期对排水系
17、统中的设备进行巡查,应及时发现和更换,修复自然损坏和人为损毁的设施.4利用网络技术.多方协调统筹管理北京市市政工程管理处泵站管理所在管理运营泵站的同时,注意吸取先进管理技术,在泵站自动化管理,中心控制系统都取得了很好的成绩.目前使用的网络自动控制系统.已纳入市政处防汛应急抢险指挥系统中,并在汛期发挥了很出色的作用.4.1泵站网络自动控制系统的构成(1)泵站启动与关闭靠水位计自动控制;(2)桥下状况的图像反映由水尺,摄像头组成,传输到自控箱,再由自控箱传送到控制中心(见图6_图8).图6水尺图7摄像头图8自控箱4.2对泵站网络自动控制系统的设想北京市市政工程管理处防汛应急控制中心完成了对分散的泵
18、站进行即时管理,通过图像传输,自动控制,使泵站运行更加安全,快捷.但不能解决文中论述的”交通疏导法”和”蓄水延缓时间法”的协调与操作.必须有更多有关单位参加的社会化的大网络,多方协调,统筹管理.其网络框架图的设想见图9图9网络框架设想图网络路径是可逆的.当交通警处理疏导事项完毕后,通过原路径再反馈回泵站,或一直可互动传输信息.提高统一防汛抢险的协调能力.5结论北京城区下穿式立交桥下积水.不一定要改造现有泵站的抽升能力.利用现有交通设施统筹疏导,或花少量费用改造辅路也可以达到基本相同的目的.而利用现代网技术和各部门间的统筹性协调,是减少灾害和最大限度地降低经济损失的有力保证.以上个人观点,敬请指正.参考文献:【1】北京市统计局.北京统计年鉴【M.北京:中国统计出版社,2001.