CN102720128B - 公路特大桥桥面径流事故应急处置系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种公路特大桥桥面径流事故应急处置系统。由收集管道和径流事故收集池两部分组成；收集管道沿桥梁纵坡铺设，管道由支架和抱箍固定在桥面下；径流事故收集池由格栅井、有孔导流墙、集砂槽、沉淀池、隔油挡板、储水池、出水池、管道及相应控制闸阀组成；格栅井、有孔导流墙、集砂槽、沉淀池、储水池、出水池依次串联集成，沉淀池与储水池间有闸门，沉淀池邻近闸门处有隔油挡板，在隔油挡板与闸门间设有导水孔，隔油挡板与闸门间的沉淀池外部有放空管，储水池中设有溢流堰，与储水池相邻的出水池连接出水管，集砂槽外接排泥管。本发明有效地保护了水环境安全，具有普遍推广的价值，能够创造良好的社会生态效益。

Description

公路特大桥桥面径流事故应急处置系统

技术领域

本发明涉及公路综合型工程技术领域，具体是一种公路特大桥桥面径流事故应急处置系统，应用在公路特大桥危险品泄漏事故应急处置之中。 

背景技术

公路特大桥梁一般跨越较大江河，水体水质及功能要求较高,一旦发生危险品泄漏事故，其影响程度深，波及范围广,处置难度大。同时，公路日常由降雨而引发桥面径流，由于重金属、石油类和燃料添加剂等含量高,也会对桥下水体产生污染。目前，尚未有针对公路特大桥梁桥面径流事故系统地处置方法。基于此，特提出本径流事故应急处置系统。 

发明内容

本发明的目的是防止危险化学品运输车辆发生事故时造成危险化学品的泄漏随径流进入水体，造成环境污染事故，而提供一种公路特大桥桥面径流事故应急处置系统，对日常径流污染进行一定的沉淀、隔油处理。 

本发明的技术方案为： 

1、径流事故应急处置系统是由收集管道和径流事故收集池两部分组成；收集管道沿桥梁纵坡铺设，管道由支架和抱箍固定在桥面下；径流事故收集池由格栅井、有孔导流墙、集砂槽、沉淀池、隔油挡板、储水池、出水池、管道及相应控制闸阀组成；格栅井、有孔导流墙、集砂槽、沉淀池、储水池、出水池依次相邻，沉淀池与储水池间有闸门，沉淀池邻近闸门处有隔油挡板，在隔油挡板与闸门间设有导水孔，隔油挡板与闸门间的沉淀池外部有放空管，储水池中设有溢流堰，与储水池相邻的出水池连接出水管，集砂槽外接排泥管。

从收集管道来水首先由进水管进入格栅井，而后经有孔导流墙进入沉淀池。沉淀池在池体前端设置集砂槽，并在集砂槽底部设排泥管；沉淀池与储水池间设有控制闸门，闸门前方设隔油挡板；沉淀池可根据容积需要分格设置，每格之间底部设有导水孔；同时在沉淀池隔油挡板后方区域设放空管。储水池与出水池之间设置溢流堰，出水池外接出水管。 

2、径流事故收集池容积计算方法： 

1）径流事故收集池容积计算：池体容积为雨水径流量和一次危险化学品泄漏量之和，

式中：Q －径流量，m³；Q′－危险品一次泄漏量，m³；

式中： h —日设计降雨厚度，mm；f—汇水面积，m²；ω—径流系数；

2）收集管道管径计算方法：

收集管道各段的设计流量为：

则

式中：f —汇水面积，hm²；I _r  —暴雨强度，L/s.ha；ω—流量径流系数，公路径流系数取值为0.95；P —重现期，a；τ—降雨历时，min；A ₁ 、c、b、N —统计参数，地域不同，取值也不同（依据当地统计数据，在给排水设计手册等专业文献中均可查不同地方各自A ₁ 、c、b、N的值）；式中角标1、2、3……为桥面泄水孔的编号，比如Q₁₂即为第1个泄水孔到第2个泄水孔之间的收集到的径流量，Q₂₃即为第2个泄水孔到第3个泄水孔之间的收集到的径流量，依次类推。

径流收集管管径的确定计算公式如下： 

式中：A —管道断面面积，m²；m —管壁粗糙系数；C—谢才系数；v —管内平均流速，m/s；R —水力半径，m。d —管径，m；

径流收集管管径

具体计算过程如下：

径流事故收集池容积应以最不利情况来考虑，即雨天适逢危险品泄露的情况，则池体容积应为雨水径流量和一次危险化学品泄漏量之和，根据运输车辆一般荷载情况，一次危险化学品泄漏量取20m³～60m³。其中日设计降雨厚度取当地日降雨量历史最大值。

式中：Q —径流量，m³；Q′—危险品一次泄漏量，m³； 

式中： h —日设计降雨厚度，mm；f —汇水面积，m²；ω—径流系数。

（2）收集管道管径计算方法 

根据雨水管道设计理论，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，设计径流量Q _设计算公式如下：

式中：I _r  —暴雨强度，L/s.ha；ω—径流系数；公路径流系数取值为0.95；f —汇水面积，hm²。

其中，降雨强度按中国各地的暴雨强度公式选用，其通式为： 

式中： P —重现期，a；τ—降雨历时，min；A ₁ 、c、b、N —统计参数，地域不同，取值也不同。

其中降雨历时τ由以下公式确定： 

τ

式中：t ₁ —坡面汇流历时，min；m—延缓系数；t ₂ —坡面汇流历时雨水在管渠内的流行时间，min；

m ₁ —地表粗度系数；L _s —坡面流的长度，m；i _s 、i _x 、i—坡面流的坡度。

桥面有纵、横坡，桥面雨水实际流向是从桥面最高处沿纵横坡的组合斜坡向。设计计算时，可将该过程简化为经桥面幅内横向漫流过程和防撞护栏与桥面形成过水断面的纵向集流过程排至一定间距的泄水管。在应急排水系统中，设置纵向截流管将各泄水管排水收集引至水域外。截流管的设计流量沿排水方向在不同管段不断增加，计算方法如图3所示。 

收集管道各段的设计流量为： 

则

径流收集管管径的确定是在已计算出上述管道设计流量的基础上，利用水力学基本公式和满流设计原则反推而得。具体计算公式如下：

式中：A —管道断面面积，m²；m —管壁粗糙系数；C—谢才系数；v —管内平均流速，m/s；R —水力半径，m。d —管径，m。

则径流收集管管径

本发明的径流事故应急处置系统中：格栅井能截留进水中大颗粒杂质，栅条间距为16～25mm。有孔导流墙使进水均匀，以利于沉淀。集砂槽构造呈倒梯形，用于收集沉淀下来的颗粒物质。隔油挡板设置在闸门前，对径流中油类污染物起隔油作用。沉淀池中上清液进入储水池，通过打开控制闸门，利用储水池中存水对集砂槽进行定期反冲洗。通过在出水管上安装闸阀，以实现无危险品泄漏时出水，有危险品泄漏时暂存。

本发明的公路特大桥桥面径流事故应急处置系统针对目前公路危险品泄漏事故频发的状况，提出了系统地工程解决措施，有效地保护了水环境安全，具有普遍推广的价值，能够创造良好的社会生态效益。 

附图说明

图1是本发明的径流事故收集池结构示意图（平面图）。 

图2是本发明的径流事故收集池结构示意图（池体中轴线剖面图）。 

图3是本发明的收集管道设计流量示意图。 

图4是本发明的径流事故应急处置流程图。 

图中，1—进水管；2—格栅井；3—格栅；4—有孔导流墙；5—集砂槽；6—排泥管；7—沉淀池；8—隔油挡板；9—导水孔；10—闸门；11—放空管；12—溢流堰；13—储水池；14—三角堰；15—出水池；16—出水管；17—爬梯；18—检查孔，19―桥面，20―泄水孔，21―收集管道。 

图3中，L₁、L₂、L₃……―各泄水孔之间距离；f₁、f₂、f₃……―各泄水孔之间回水面积； i―纵坡；i_x―横坡； n―泄水孔个数； Q₁₂―第1个泄水孔到第2个泄水孔之间的收集到的径流量； Q_n－管道收集总径流量； W－桥宽。 

具体实施方式

1、本发明的径流事故应急处置系统由收集管道和径流事故收集池两部分组成。收集管道21沿桥梁纵坡铺设，管道由支架和抱箍固定在桥面下，材质选用耐腐蚀、抗老化性能较好的管材，如玻璃纤维增强塑料夹砂管等，同时管道上相隔20m～30m设置清扫口，如图3所示。径流事故收集池由格栅井2（栅条间距为16～25mm）、有孔导流墙4（采用砖砌进水穿孔墙，孔眼型式采用矩形的半砖孔洞）、集砂槽5、沉淀池7（池体长宽比＞4，长深比8～12，池底设一定坡度）、隔油挡板8、储水池13、出水池15、管道及相应控制闸阀组成；格栅井2、有孔导流墙4、集砂槽5、沉淀池7、储水池13、出水池15依次串联集成，沉淀池与储水池间有闸门10，沉淀池邻近闸门处有隔油挡板8，在隔油挡板与闸门间设有导水孔9，隔油挡板与闸门间的沉淀池外部有放空管11，储水池中设有溢流堰12，与储水池相邻的出水池连接出水管16，集砂槽外接排泥管6，如图1-2所示。进水管、放空管、排泥管、出水管有相关控制闸阀。径流事故收集应急处置流程如图4所示。 

2、径流事故收集池容积计算方法： 

1）径流事故收集池容积计算：池体容积为雨水径流量和一次危险化学品泄漏量之和，

式中：Q －径流量，m³；Q′－危险品一次泄漏量，m³；

式中： h —日设计降雨厚度，mm；f —汇水面积，m²；ω—径流系数；

2）收集管道管径计算方法：

收集管道各段的设计流量为：

则

式中：f —汇水面积，hm²；I _r  —暴雨强度，L/s.ha；ω—流量径流系数，公路径流系数取值为0.95；P —重现期，a（“a”符号意义为“年”；属国际单位制符号）；τ—降雨历时，min；A ₁ 、c、b、N —统计参数（地域不同，取值也不同） 

径流收集管管径的确定计算公式如下：

式中：A —管道断面面积，m²；m —管壁粗糙系数；C—谢才系数；v —管内平均流速，m/s；R —水力半径，m。d —管径，m；

径流收集管管径  。

径流事故应急处置系统适用于以下四种工况：

（1）晴天，无危险品泄漏。

池空待用。 

（2）晴天，有危险品泄漏。 

危险品储于池内,待专业人员处置。 

（3）雨天，无危险品泄漏。 

雨水先流入池中沉淀，上清液经隔油后排至安全地带，每次降雨后打开放空管，及时排出雨水，保持池体有充足的容量。 

（4）雨天，有危险品泄露。 

管理人员接到泄漏报警,应及时关闭出水阀门，利用池体的调蓄容量储存危险品；待专业人员处置。 

计算实例：

某公路特大桥，T型梁结构；单孔跨径40m，共25孔，桥长L为1000m；桥面净宽W为22m,半幅净宽11m；桥面纵坡i为-3％，横坡i _x 为2％；每孔桥面设泄水孔16个，半幅各8个，间距为5m。

又该桥梁所在地日最大暴雨量为30 mm，暴雨强度公式为 

                         

式中：q —暴雨强度，L/s.ha；

 P —重现期，a；高速公路和一级公路取5年，二级及二级以下公路取3年；

         τ —降雨历时，min。

其中降雨历时t由以下公式确定： 

t ₁ —坡面汇流历时，min；

m—延缓系数,取值为0．01;

t ₂ —坡面汇流历时雨水在管渠内的流行时间，min；

m ₁ —地表粗度系数,沥青路面、水泥混凝土路面取0．013；

L _s —坡面流的长度，m；

i _s 、i _x 、i—坡面流的坡度。

则该特大桥径流事故收集池及管道计算如下： 

（1）池体计算

由

式中：Q －径流量，m³；Q′－危险品一次泄漏量，m³，本次取30m³；

又

式中： h —日设计降雨厚度，mm；

       f —汇水面积，m²；

      ω—径流系数；其中沥青混凝土路面雨量径流系数取0.95,水泥混凝土路面取0.9。

可知Q=10^-3×30×1000×22×0.95=627 m³

则V=627+30=657 m³

（2）收集管道管径计算

由收集管道各段的设计流量为：

    则

Q₁₂=0.95×( 2.5×11 ) ×=1.162L/s

Q₂₃=0.95×(2.5×11+ 5×11 ) ×=3.471L/s

Q₃₄=0.95×( 2.5×11+ 5×11+ 5×11) ×=5.745L/s

……

Q ₁₂ 即为第1个泄水孔到第2个泄水孔之间的收集到的径流量，Q ₂₃ 即为第2个泄水孔到第3个泄水孔之间的收集到的径流量，依次类推。

又   

式中：A —管道断面面积，m²；

m —管壁粗糙系数；

C—谢才系数；

v —管内平均流速，m/s；

R —水力半径，m。

d —管径，m。 

I —为管道坡度，常与桥面纵坡一致，若桥面为平坡，为方便排水，可采用对应管径的最小设计坡度。 

则可反算

d₁₂=0.042m

d₂₃=0.064m

d₃₄=0.077m

……

d ₁₂ 即为第1个泄水孔到第2个泄水孔之间的收集管道的管径，d ₂₃ 即为第2个泄水孔到第3个泄水孔之间的收集管道的管径，依次类推。

根据上述计算结果可确定收集管道管径沿程变化情况。 

Claims (5)

1.一种公路特大桥桥面径流事故应急处置系统，其特征在于径流事故应急处置系统是由收集管道和径流事故收集池两部分组成；收集管道沿桥梁纵坡铺设，收集管道由支架和抱箍固定在桥面下；径流事故收集池由格栅井、有孔导流墙、集砂槽、沉淀池、隔油挡板、储水池、出水池、管道及相应控制闸阀组成；格栅井、有孔导流墙、集砂槽、沉淀池、储水池、出水池依次串联集成，沉淀池与储水池间有闸门，沉淀池邻近闸门处有隔油挡板，在隔油挡板与闸门间设有导水孔，隔油挡板与闸门间的沉淀池外部有放空管，储水池中设有溢流堰，与储水池相邻的出水池连接出水管，集砂槽外接排泥管，沉淀池池体长宽比＞4，长深比8～12，池底设一定坡度，在储水池和出水池之间设有三角堰。

2.根据权利要求1所述的公路特大桥桥面径流事故应急处置系统，其特征在于收集管道上相隔20m～30m设置清扫口。

3.根据权利要求1所述的公路特大桥桥面径流事故应急处置系统，其特征在于格栅井栅条间距为16～25mm。

4.权利要求1所述的公路特大桥桥面径流事故应急处置系统的径流事故收集池容积计算方法，其特征在于按以下进行：

径流事故收集池容积计算：池体容积为雨水径流量和一次危险化学品泄漏量之和，

                                                 

式中：Q －径流量，m³；Q′－危险品一次泄漏量，m³；

 

式中： h —日设计降雨厚度，mm；f—汇水面积，m²；ω—径流系数。

5.权利要求1所述的公路特大桥桥面径流事故应急处置系统的坡面流的坡度的计算方法，其特征在于计算公式为：

 

式中：i _s 为坡面流的坡度、i _x 为横向坡面流的坡度、i为纵向坡面流的坡度。