鐵路跨線橋排水系統(tǒng)問題優(yōu)化研究

吳 迪

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，工程師，天津 300000）

“鐵路跨線橋”是在鐵路與道路的交叉點(diǎn)、鐵路從道路上方跨越的橋梁。“鐵路跨線橋排水系統(tǒng)”為橋梁重要附屬設(shè)施，不僅關(guān)系本體橋梁排水安全，同時(shí)影響下方道路行駛安全。

1 鐵路跨線橋排水系統(tǒng)簡介

根據(jù)《公路鐵路交叉路段技術(shù)要求》（JT/T1311-2020）和《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》（TB10182-2017）要求，當(dāng)?shù)缆废扔阼F路實(shí)施，鐵路跨線橋段應(yīng)直接施做集中排水系統(tǒng)；當(dāng)?shù)缆泛笥阼F路實(shí)施，鐵路跨線橋段應(yīng)在后期道路建設(shè)期間將分散排水系統(tǒng)改造為集中排水系統(tǒng)。集中排水系統(tǒng)組成包括：泄水口、泄水管、排水橫管、排水豎管。雨水經(jīng)橋面橫坡流入橋面兩側(cè)的泄水管，通過多個(gè)泄水管匯聚流入下方排水橫管，將排水橫管引至兩側(cè)橋墩，再通過排水豎管排放至地面。集中排水系統(tǒng)可避免鐵路橋梁落水或落冰直沖下方道路，使上方排水避開下方道路范圍，保證道路行駛安全。

2 常見問題及優(yōu)化建議

2.1 鐵路橋梁泄水管伸出橋梁結(jié)構(gòu)長度過短

當(dāng)交叉道路后于鐵路實(shí)施，鐵路跨線橋段應(yīng)在道路建設(shè)期間將分散排水系統(tǒng)改造為集中排水系統(tǒng)，當(dāng)既有鐵路橋梁分散排水系統(tǒng)的泄水管伸出橋梁結(jié)構(gòu)長度過短，將無法通過管件連接排水橫管，如圖1所示。

圖1 泄水管伸出橋梁結(jié)構(gòu)長度過短

橋梁泄水管管材通常采用硬聚氯乙烯（PVCU）管，膠粘劑連接，管徑De125 或De160mm。根據(jù)《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管件》（GB/T5836.2-2018），膠粘劑連接型管件承口和插口尺寸應(yīng)符合表1要求：

表1 膠粘劑連接型管件承口和插口尺寸（mm）

結(jié)合上表可知，硬聚氯乙烯（PVC-U）管件粘接長度至少為51～58mm，如預(yù)留改造條件，則橋梁泄水管伸出橋梁結(jié)構(gòu)長度應(yīng)大于最小數(shù)值，結(jié)合施工空間因素，需有一定余量，鐵路橋梁泄水管伸出結(jié)構(gòu)物長度宜至少10～15cm。

2.2 鐵路跨線橋排水橫管設(shè)計(jì)坡度過小

橋梁集中排水系統(tǒng)類同建筑屋面重力流雨水系統(tǒng)。《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50015-2019）規(guī)定雨水懸吊管（即雨水橫管）充滿度應(yīng)取0.8；《給水排水設(shè)計(jì)手冊》（第2 冊）建筑給水排水規(guī)定當(dāng)懸吊管為非滿流，其充滿度不宜大于0.8，因此設(shè)計(jì)中采用充滿度0.8校核管道過流能力。《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50014-2021）規(guī)定應(yīng)采用恒定流方程計(jì)算排水管道過流能力。實(shí)際工程中集中排水系統(tǒng)排水橫管通常采用與泄水管等徑，即管徑為De125 或De160mm 塑料管，忽略管材影響，對兩種坡度核算排水橫管過流能力如表2所示。《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50015-2019）重力流系統(tǒng)屋面雨水排水立管的泄流能力如表3所示。

表2 排水橫管設(shè)計(jì)過流能力表

表3 排水立管泄流能力表

通過對排水橫管和排水立管的過流能力分析可知，當(dāng)橫管和立管同管徑時(shí)，集中排水系統(tǒng)的排水能力受制于排水橫管的排水能力，即由橫管管徑及坡度控制。實(shí)際中鐵路跨線橋排水橫管設(shè)計(jì)坡度往往不經(jīng)計(jì)算直接采用1%坡度或采用同橋梁縱坡坡度，造成設(shè)計(jì)排水能力不足。以天津地區(qū)某32.7m 跨徑、寬度12.3m 雙股道的鐵路橋梁為例，《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50014-2021）規(guī)定用推理公式法計(jì)算雨水設(shè)計(jì)流量，采用暴雨重現(xiàn)期100年，地面集水時(shí)間3min。如鐵路跨線橋單側(cè)設(shè)一根排水橫管，沿縱向單向布置，本段橋面劃分為2個(gè)匯水分區(qū)，單個(gè)匯水分區(qū)面積0.02ha，設(shè)計(jì)雨水量約17.8L/s如圖2；如鐵路跨線橋單側(cè)設(shè)兩根排水橫管，沿縱向雙向布置，鐵路跨線橋橋面劃分為4 個(gè)匯水分區(qū)，單個(gè)匯水分區(qū)面積0.01ha，設(shè)計(jì)雨水量約8.9L/s如圖3。結(jié)合管道排水能力分析可知，當(dāng)排水橫管單向布置，如橫管采用管徑De160mm、坡度1%時(shí)（過流能力15.6L/s）不滿足案例需求（設(shè)計(jì)雨水量17.8L/s）；當(dāng)排水橫管雙向布置，如橫管采用管徑De125mm、坡度1%時(shí)（過流能力8.3L/s）同樣不能滿足案例需求（設(shè)計(jì)雨水量8.9L/s）。通常鐵路橋梁正線縱坡僅約2～3‰，小于1%，如排水橫管坡度采用同橋梁縱坡坡度，實(shí)際排水能力更低，與案例需求相差更大，因此鐵路跨線橋排水橫管設(shè)計(jì)坡度需計(jì)算確定，不能直接采用經(jīng)驗(yàn)值。

圖2 單向布置示意圖圖

圖3 排水橫管雙向布置示意圖

2.3 鐵路跨線橋排水橫管施工高程控制不當(dāng)

排水橫管施工高程控制不當(dāng)，造成的幾種常見問題。排水橫管存在逆坡段如圖4、排水橫管緊貼橋梁結(jié)構(gòu)鋪設(shè)無法靈活調(diào)整橫管坡度如圖5、排水橫管坡度過小近乎平坡如圖6。

圖4 排水橫管存在逆坡段

圖5 無法調(diào)整橫管坡度圖

圖6 坡度過小

通過設(shè)計(jì)階段取消排水橫管坡度同橋梁縱坡坡度的寫法，即使計(jì)算坡度接近橋梁縱坡，也應(yīng)標(biāo)注具體坡度和坡向，適當(dāng)增大排水橫管坡度，使排水橫管兩端存在明顯高差，不僅能有效增強(qiáng)集中排水系統(tǒng)排水能力，也可避免造成橫管平逆坡問題。

2.4 鐵路跨線橋排水豎管出口距離地面高度不當(dāng)

當(dāng)排水豎管距離地面過高，增大落水對地面沖洗，濺水影響臨近道路通行如圖7；當(dāng)排水豎管距離地面過低，嚴(yán)寒天氣時(shí)，雪水易凍堵出口如圖8。《建筑構(gòu)造通用圖集》（88J5）規(guī)定排水豎管出口距地面采用0.2m。《建筑排水塑料管道工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 29-2010）規(guī)定沿外墻敷設(shè)雨落水管，其泄水口高度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件或氣候確定，寒冷地區(qū)宜適當(dāng)增大排水豎管出口距地面高度。鐵路跨線橋排水豎管出口距離地面高度宜結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定，宜取0.2～0.3m，既能保證集中排水系統(tǒng)通暢，且無明顯濺水。

圖7 距離地面過高圖

圖8 距離地面過低

3 結(jié)論

通過對鐵路跨線橋集中排水系統(tǒng)組成中的泄水管、排水橫管、排水豎管進(jìn)行了重點(diǎn)調(diào)研分析，提出設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)把握排水系統(tǒng)基本原理，結(jié)合具體工程項(xiàng)目準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)計(jì)雨水量，選擇適當(dāng)?shù)墓軓郊肮芷拢：诉^流能力，不可盲目憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)；施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)把握管道高程，嚴(yán)格控制排水橫管兩端高差及坡向，精細(xì)控制泄水管伸出橋梁結(jié)構(gòu)距離及排水豎管出口至地面距離。為今后鐵路跨線橋排水系統(tǒng)建設(shè)提供參考。