地鐵車輛覆蓋土層滲水排水技術(shù)研究

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摘要:對(duì)地鐵車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目覆土層滲水排水簡(jiǎn)要介紹,并采用HYDRUS-1D模擬分析了降雨重現(xiàn)期和降雨時(shí)間對(duì)頂板覆土層滲水排水的影響,據(jù)此提出了地鐵車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目覆土層滲水排水技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞:地鐵車輛段上蓋開發(fā);HYDRUS-1D模擬;覆土層滲水

0引言

地鐵車輛段上蓋綜合物業(yè)開發(fā)是近年興起的TOD(Transit-orienteddevelopment)以公共交通為導(dǎo)向的開發(fā)新模式的重要組成部分,物業(yè)綜合開發(fā)小區(qū)地面即地鐵車輛段的屋面,相比市政路面高8.5m以上,且國內(nèi)地鐵車輛段的規(guī)模多在20~30hm2,形成一個(gè)獨(dú)立的雨水排水街區(qū),地鐵車輛段上蓋小區(qū)降雨轉(zhuǎn)化過程如圖1所示。目前針對(duì)地鐵車輛段上蓋的覆土層滲水排水尚無相關(guān)規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)形成有效的指導(dǎo),以廣州某地鐵車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目為例,運(yùn)用HYDRUS-1D軟件模擬降雨過程中,不同重現(xiàn)期及降雨時(shí)間對(duì)土壤雨水入滲的影響分析,并據(jù)此提出地鐵車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)地面覆土層滲水排水技術(shù)解決方案,供后續(xù)地鐵車輛段上蓋物業(yè)綜合開發(fā)參考。

1研究概況

HYDRUS-1D是美國農(nóng)業(yè)部鹽漬土實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的模擬非飽和土壤中的水、熱、溶質(zhì)運(yùn)移的軟件,它在模擬土壤中水分運(yùn)動(dòng)、鹽分、污染物(如農(nóng)藥)和養(yǎng)分(如土壤氮素)運(yùn)移方面得到廣泛應(yīng)用。HYDRUS-1D模型采用修正的Richards方程描述非飽和多孔介質(zhì)中一維土壤水分運(yùn)動(dòng)。影響土壤雨水入滲的限制因子包括降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、草地類型和植被覆蓋度等。采用芝加哥降雨過程線模型用來模擬不同重現(xiàn)期的暴雨過程[1],暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式按照廣州地區(qū)暴雨流量總計(jì)算公式確定。根據(jù)《種植屋面工程技術(shù)規(guī)范》4.5.1條規(guī)定[2]:種植土壤的主要性能應(yīng)符合表1的規(guī)定。本次研究中選取常見的田園土作為上蓋覆土。覆土總厚度按照150cm考慮,土壤特性按均值壤土,不分層考慮。

2模擬分析

對(duì)于常規(guī)雨水排水設(shè)計(jì),主要的影響因素是暴雨強(qiáng)度,根據(jù)廣州城區(qū)暴雨強(qiáng)度公式結(jié)合芝加哥降雨過程線模型,推求降雨歷時(shí)為3h的廣州城區(qū)降雨強(qiáng)度。將此降雨邊界條件代入HYDRUS-1D土壤入滲模型,得到不同重現(xiàn)期和不同降雨時(shí)間時(shí),上蓋土壤雨水入滲深度如圖2所示。根據(jù)圖2可知,降雨重現(xiàn)期為1~100年時(shí),在降雨歷時(shí)為3h時(shí),降雨在土壤中的入滲深度基本穩(wěn)定在45cm左右,表明降雨歷時(shí)一定時(shí),不同重現(xiàn)期的暴雨對(duì)雨水的土壤入滲深度基本沒有影響。雨水入滲深度隨著降雨時(shí)間的增加的增加,說明雨水入滲具有滯后效應(yīng),土壤入滲過程和降雨過程不同步。土壤入滲是雨水轉(zhuǎn)化過程中的重要環(huán)節(jié),依據(jù)水分所受作用力和運(yùn)動(dòng)特性,可將降雨土壤入滲過程分成3個(gè)階段,①滲潤(rùn)階段,入滲雨水主要受分子力作用,雨水被土壤顆粒吸附,成為薄膜水;②滲漏階段,入滲雨水主要在毛細(xì)管力和重力作用下,在土壤孔隙中不穩(wěn)定流動(dòng),并逐步填充土壤孔隙,直至全部孔隙被雨水充滿達(dá)到飽和狀態(tài);③滲透階段,當(dāng)土壤孔隙飽和后,雨水在重力作用下呈穩(wěn)定流動(dòng)。若土壤中滲水長(zhǎng)期積累不能排出時(shí),會(huì)造成植物根部腐爛,由于荷載限制,車輛段上蓋覆土厚度有限,地鐵車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目的車輛段覆土厚度一般在2m以內(nèi),土壤中的滲水除部分被地表蒸發(fā),根系吸水等作用被消納外,其余覆土層中滲水均需要通過覆土層設(shè)置的滲水排水系統(tǒng)排至室外雨水系統(tǒng),以防植物爛根等現(xiàn)象出現(xiàn)。通常一場(chǎng)降雨可能持續(xù)一天甚至幾天時(shí)間,或者一天內(nèi)可能包含兩次及兩次以上的降雨,根據(jù)林小鵑[3]的研究報(bào)告,廣州市降雨歷時(shí)在72h內(nèi)的累計(jì)降雨頻率接近100%,表明72h的降雨歷時(shí)基本囊括了廣州各場(chǎng)降雨時(shí)長(zhǎng)。本節(jié)以72h的降雨歷時(shí)為上限,分別研究0~72h的降雨時(shí)間段內(nèi)覆土層滲水排水情況。72h降雨時(shí)間內(nèi)覆土底部雨水滲出流速變化曲線如圖3所示。由圖3可知,T=24h時(shí),上蓋覆土底部開始有雨水滲透水流出,且滲水速率逐漸增大,到T=28h時(shí),達(dá)到穩(wěn)定滲透速率1.04cm/h保持不變。以10000m2覆土區(qū)域?yàn)槔?則底部雨水最大滲出流量Q=10000×1.04/100/3.6=28.88(L/s),土壤入滲雨水除蒸發(fā)作用、根系吸收等被消納外,大部分覆土層滲水需通過設(shè)置覆土層滲水排水系統(tǒng)排至室外雨水系統(tǒng)。由于地鐵車輛段上蓋項(xiàng)目面積巨大,且廣州等南方地區(qū)降雨具有頻率高,歷時(shí)長(zhǎng)等特點(diǎn),覆土層中滲水應(yīng)考慮有組織,重力式的排水系統(tǒng)排至室外,應(yīng)盡量避免壓力提升。確需壓力提升覆土層滲水排水的區(qū)域,應(yīng)盡量避免設(shè)置下凹綠地、雨水花園等增加雨水土壤入滲措施的設(shè)施,避免增加能耗,或者對(duì)下部車輛段運(yùn)營(yíng)安全造成影響。

3土壤滲水排水方案

前述對(duì)地鐵車輛段上蓋開發(fā)小區(qū)降雨過程中土壤入滲過程的模擬結(jié)果表明,在進(jìn)行地鐵車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目給排水設(shè)計(jì)時(shí),必須充分考慮頂板覆土層滲水排水系統(tǒng)的路由及設(shè)計(jì)方案,應(yīng)編制有組織,重力式的覆土層雨水滲水排水方案,結(jié)合廣州某地鐵車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目,頂板覆土層雨水滲水排水方案如圖4所示。地鐵車輛段或物業(yè)開發(fā)車庫頂板防水層上設(shè)置塑料排水板或滲透排水管,坡度按2‰~5‰坡向滲水排水暗溝,緊貼排水暗溝附近采用50cm厚卵石填充,滲水排水暗溝結(jié)合結(jié)構(gòu)變形縫或物業(yè)開發(fā)分期邊界等設(shè)置,排水暗溝凈尺寸可按照300~400mm寬,300mm高考慮,滲水排水暗溝側(cè)壁設(shè)置?100過水孔,孔底緊貼溝底,排水暗溝內(nèi)每隔40~50m距離設(shè)置DN100雨水斗一個(gè),設(shè)置雨水斗處應(yīng)設(shè)置?700磚砌密閉雨水檢查井以便后期檢修維護(hù)。雨水斗通過車庫內(nèi)設(shè)置的橫向排水管接至蓋板邊室外雨水系統(tǒng),由于該排水系統(tǒng)僅為覆土層雨水滲水排水所用,為盡量減少重力排水管線對(duì)車庫凈高的影響,建議該部分排水橫管坡度控制在3‰~5‰,必要時(shí)可考慮平坡,日常增加沖洗等措施。

4結(jié)論

(1)不同重現(xiàn)期的暴雨對(duì)雨水的土壤入滲深度基本沒有影響,雨水入滲深度隨著降雨時(shí)間的增加的增加,土壤入滲過程相對(duì)降雨是滯后的。(2)長(zhǎng)時(shí)間降雨達(dá)到土壤穩(wěn)定滲透速率時(shí),滲水排水量較大,地鐵車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目覆土層排水設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用有組織,重力式的滲水排水方案。(3)建議地鐵車輛段或車庫覆土層頂板設(shè)置滲水排水暗溝,覆土層滲水通過塑料排水板或滲透水管收集至排水暗溝后,設(shè)置雨水斗系統(tǒng)排至室外。

作者:王召喚 梅沈斌 單位:廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司