大跨径桥梁穿越敏感水体桥面径流处置管理实践

张军

摘要：西拉沐沦特大桥项目处于世界地质公园，为交通运输部第二批绿色公路建设典型示范工程，桥位库区为私人经营渔场，岸边为草场,项目区海拔较高，夏季短促温凉，冬季漫长寒冷，昼夜温差较大，入秋明显，施工期要对水库和自然保护区进行保护，运营期要避免对桥下原生态的破坏，需要将绿色、环保的要求贯彻到项目实施中。

关键词： 敏感水体 桥面径流 处置

1、背景概况

西拉沐沦特大桥位于内蒙古赤峰市，桥位上游约22km处为响水水库，下游约7km有大石门水电站，为二级水源地。桥面距桥底最高达到164m，其对桥下的水资源存在着威胁，这种威胁主要表现在两个方面，一个是项目所在地为高寒地区，雨雪天较多，极易产生水流聚集后结冰现象，另一个是桥上装满液体危险品的车辆发生事故时，车上的液体危险品将会顺着桥面泄水孔流入桥下水体，对江河下游造成较为严重的环境污染。为了防止雨水聚集和污染液直接排入当地水系，需要对桥面排水合理布局。

2、主要做法

（1）桥面径流收集系统的计算

设置桥面径流收集系统的目的是在跨敏感水域桥梁路段发生危险品运输事故时收集事故径流未发生事故时，通过纵向截流管将桥面初期雨水引至桥头沉淀池，后续雨水因污染物浓度较低可直接排放。纵向截流管的设计是能否实现桥面径流有效收集的关键，截流管管径过大，会增加排水工程造价，甚至会影响主体工程投资额。管径过小，雨季排水不畅，会导致桥面积水，使交通阻滞或引发交通事故，甚至会降低桥梁的使用寿命。故桥面径流截流管的设计应以及时有效地排除初期雨水或事故径流为控制条件。

设计一种兼备危险化学品泄漏监控和应急储存以及桥面径流初雨水净化处理系统，最大限度地保证危险品泄漏后第一时间内能够被应急系统收集，而且对日常的桥面径流初期雨水污染物有净化作用，确保敏感水体的安全，减少对敏感水体的水质影响。

1）危险液泄露量的确定

目前我国常见运输液态危险品的车辆包括运油品的槽罐车和化工液体运输车。虽然油罐车发生整体泄露的概率很小，但事实证明确实存在该类极端情况发生，故设计时应以极限情况（即假设危险品运输车辆所载危险品在桥上全部泄漏）来考虑。

根据中华人民共和国交通运输部2013第2号实施生效的《道路危险货物运输管理规定》运输爆炸品、强腐蚀性危险货物的罐式专用车辆的罐体容积不得超过20m³，运输剧毒化学品的罐式专用车辆的罐体容积不得超过10m³。综上，危险液泄露量取20m³。

根据《消防车消防性能要求和试验方法》（GB7956—1998），水罐消防车分为轻型、中型及重型三种，根据生产厂家调研，目前国内的消防车最大容量为20m³考虑实际可供消防车出勤的同时作业面，本高速公路为双向四车道设紧急车道，按照单福桥3辆消防车同时作业考虑，清洗流量为60m³。

由上述分析，设计危化品泄漏量应按极限情况泄漏和清洗总量考虑，即单台危险品运输车及并排作业的消防车容量总和即为泄露总量80m3。根据市场调查，单台普通消防车的流量约30～60L/S，设置DN300的纵向收集管的过水能力为110L/S，为避免危险液溢出纵向收集管，事故发生后的消防冲洗应进行慢洗，几台消防车交互作业（最多两台消防车同时作业），避免流量过大。

2）初期雨水量的计算

公路雨水径流中污染成分复杂，主要包括雨水及冲洗废液、汽车尾气及其烟尘污染物、车轮携带的泥沙、运输途中的油料、物料泄漏等．主要污染物有COD、SS、油类、表面活性剂、重金属及其他无机盐类。初雨水径流量一般采用降雨量和径流产生时间来确定，即雨量法和时间法。

水利部黄河泥沙重点实验室研究表明，一般情况下当降雨量为8～10mm时污染物荷率可达到60%～80%；当降雨量超过10mm时，污染物负荷率减缓。环保部华南环境科学研究所研究表明，从降雨初期到形成径流的30min内，雨水中的SS和石油类污染物浓度比较高，30min之后浓度随着降雨历时的延长下降较快，降雨历时40～60min之后，路面基本被冲洗干净，路面径流污染物的浓度相对稳定在较低水平。

目前的设计一般按照雨水管道设计理论，排除桥面雨水的截流管采用极限强度理论设计，即设计暴雨强度、降雨历时、汇水面积均取相应的极限值，雨水设计流量的计算公式为

Qs=qΨF

采用赤峰市暴雨公式计算可得，Qs=0.448m³/s，取30min初期雨量，桥面总降雨量为806m³。

3）危险液收集池

根据计算公式，若满足全部雨水，需设置500mm直径的纵向收集管。由于桥梁规模很大，设置双向500mm水管并不经济和必要。纵向收集管以满足收集桥面危险污染径流和常规雨水为主要目的。对于暴雨，雨水可部分采取自然排入桥下的方式。故设计考虑采取400mm规格的纵向收集管进行收集，并设置溢流管。

（2）桥面径流收集

目前常见的特大桥桥面径流收集方案主要有管道收集和明渠收集两种。两种方案的设计理念均为保障危化品泄漏和设计重现期内初期雨水的收集处理。溢流管方案的桥面雨水收集管在接入桥面径流截流管前设置溢流管，当雨水强度超过桥面径流截流管的排放能力时，过量雨水可通过溢流管自排入河流。

结合西拉沐伦河特大桥的总体布置和结构形式，考虑到桥址处气候等自然条件，推荐采用溢流管方案，安装可靠，技术成熟。

（3）桥面径流处理

事故泄漏贮存箱方案由桥面径流收集系统、排水管、事故泄漏贮存箱及沉淀池组成。

通常情况下雨水直接排入沉淀池；事故发生时，监控中心工作人员收到实时监控系统的反馈信息，控制电磁阀切换排水口，使事故泄漏物经排水管流入事故泄漏贮存箱．事故泄漏贮存箱底部设有阀门和法兰，便于接驳事故处理车辆抽运泄漏物。

通过人工或智能控制，能有效收集事故径流和初期雨水量，主要应用于常规的跨敏感水域特大桥桥面径流处理系统。起到截留和收集的作用，其效果取决于降雨量泄漏危化品的种类数量和气象条件等诸多因素。

五、实施效果

通过桥面径流设计和处理，对于后期桥梁维护和应急处置减少了间接费用。不仅最大程度减少了对原有自然环境、植被、水体等原生态的破坏，亦最大程度保护、尊重当地习性，保护区荒漠植物与水域的组成复合生态系统得到尊重、保护和维持，取得了工程与自然和谐相处的成效，为地质保护区打造成优美的旅游景区做了重大贡献。

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