一座岸邊水下泵站的設(shè)計(jì)布置

李姝雅 黎運(yùn)棻

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

這座黃河岸邊水下泵站，位于黃河壺口瀑布下游5 km東岸的山谷河段，用于澆灌著名的吉縣蘋果園地，設(shè)計(jì)引水流量0.6 m3/s,經(jīng)6級揚(yáng)水和相應(yīng)輸水管道輸水至各園地，最高地形總揚(yáng)程713 m。

站址位于黃河漫灘巖層上,為三疊系砂質(zhì)泥巖和砂巖互層。呈平緩單斜構(gòu)造，傾角小于8°，強(qiáng)風(fēng)化層厚約2.5 m，以下為弱風(fēng)化的泥巖和砂質(zhì)泥巖，14 m以下巖層為薄層細(xì)砂巖，結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)硬，巖芯完整，地下水補(bǔ)給黃河。

站址處黃河河床穩(wěn)定，但水位隨流量大小有較大變幅，以相對高程計(jì)的特征水位如下：

95%日保證率水位 116.28 m

50%日保證率水位 117.08 m

設(shè)計(jì)最高運(yùn)行水位 126.76 m

3.33 %防洪水位 135.00 m

1.0 %防洪水位 137.95 m

泵站位于黃河?xùn)|岸高于河床近百米的陡峭巖崖下的漫灘巖層上，枯水期灘巖露出水面。泵站設(shè)計(jì)既要適應(yīng)95%日保證率水位116.28 m時(shí)引水，又要滿足防洪水位要求，最大水位差21.67 m。經(jīng)綜合比較，采用水下泵站布置，闡述如下。

1 引渠、進(jìn)水閘

為日保證率95%取水，引渠長30 m,底寬1.5 m，縱坡1/100。進(jìn)水閘底高程115.50 m，低于最低引水位0.78 m，閘孔尺寸b×h=1.0 m×1.8 m,閘寬 2.6 m,長 8.86 m,閘頂高程 122.50 m,按最高運(yùn)行水位126.76 m確定啟閉臺高程127.50 m,見圖1。

閘門采用組裝式平面拱形鑄鐵閘門，下游止水，手電兩用螺干啟閉機(jī)啟閉，由于螺桿長大于10m，在其間設(shè)有支撐座。閘門前設(shè)兩道攔污柵，互為備用，并兼作檢修門槽，采用移動式手動葫蘆架啟閉。根據(jù)黃河歷年冰凌期水位，沿閘頂排架柱上游面設(shè)有破冰體。

圖1 1-1剖面圖

圖2 水源泵站平面圖

圖3 2－2剖面圖

2 前池

為縮小在黃河中構(gòu)筑施工圍堰規(guī)模，前池置于泵站廠房上游側(cè)，與主、副廠房呈“一字形”布置，有別于通常位于廠房前緣的布置。前池體形為內(nèi)徑5 m圓形結(jié)構(gòu)，且與進(jìn)水閘呈切線相交，以形成池內(nèi)環(huán)流,防止泥沙淤積。池底板頂面高程114.00 m，最小水深2.28 m。池頂板標(biāo)高122.50 m,與進(jìn)水閘閘門后閘頂形成封閉結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的池頂人孔也有封水設(shè)施，防止洪水造成淤積，并有氣孔通至最高水位以上。內(nèi)徑50 cm的水泵吸水管伸入池中，池內(nèi)安裝有液位傳感器。

3 主廠房

廠房基礎(chǔ)坐落于弱風(fēng)化砂巖上，主廠房外輪廓沿進(jìn)水管水流方向長12.15 m,寬10.8 m，建基面以上廠房高7.9 m。主廠房底板厚1.2 m,頂板厚0.8 m,邊墻厚1.0 m。沿長度方向一端為副廠房，見圖2。采用混凝土標(biāo)號C25，抗凍等級為W6，抗?jié)B等級為F150。

主廠房底板頂面高程118.20 m,頂板底面高程124.10 m,凈空5.90 m。頂板頂面高程124.90 m,比最高運(yùn)行水位126.76 m低1.86 m,低于設(shè)計(jì)洪水位10.1 m,低于校核洪水位13.05 m,豐水期和洪水期完全形成水下泵站。

主廠房內(nèi)安裝單級雙吸離心水泵SLOW250-470三臺，呈雙排交錯布置，安裝高程119.20 m,額定流量3×0.3=0.9 m3/s,額定揚(yáng)程56 m。配Y355M-4電機(jī)，泵站裝機(jī)容量3×250=750 kW。

水泵出水管內(nèi)徑40 cm,中心高程118.90 m,與內(nèi)徑70 cm的總管在廠房內(nèi)正交，經(jīng)鎮(zhèn)墩彎起至121.50 m標(biāo)高穿出廠房外,見圖 3。

水泵吸水管內(nèi)徑50 cm,在廠房內(nèi)進(jìn)水管段安有電動檢修閘門，為水泵檢修之用。水泵出口安裝液控止回閥，作為事故水錘防護(hù)閥，當(dāng)停機(jī)或斷電時(shí)分兩段關(guān)閉，將倒轉(zhuǎn)速度限制在規(guī)定范圍；回止閥也為工作閥門，在水泵啟動時(shí)關(guān)閉此閥門，當(dāng)水泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速、額定壓力時(shí)開啟閥門，以保水泵輕載啟動。另外各出水管上還安裝電動閥門，為單臺水泵或回止閥檢修之用。在進(jìn)出水管上均安裝有伸縮節(jié)，總管上裝有電磁流量計(jì)。

在水泵進(jìn)、出水管分別安裝真空、壓力變速器。技術(shù)供水由上一級泵站蓄水池供水總管供給，并由供水總管加壓至消防水管。

廠房內(nèi)排水匯入集水井，由液位控制器控制兩臺互為備用的排污泵，將集水排出廠房外。主廠房內(nèi)設(shè)電動單梁吊車一臺。

在主廠房一側(cè)設(shè)一面機(jī)旁屏，用以現(xiàn)地控制泵組及各閘閥運(yùn)行。

4 副廠房

如圖2和圖3所示，兼作交通塔井的副廠房在主廠房一側(cè)，底層外輪廓尺寸6.5 m×10.80 m，為滿足抗浮要求及結(jié)構(gòu)的合理性，外輪廓尺寸隨層高不同，塔井分層壁厚1.2～0.6 m,分五層布置。頂層為進(jìn)口平臺，標(biāo)高138.80 m,高于校核洪水位0.85 m；第四層為配電室層；第三層為低壓開關(guān)室層；第二層為中控室層；底層為安裝層，與主廠房連通。

中控室內(nèi)設(shè)置一面泵組LCU屏，一面公用LCU屏，一面水測屏及兩臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)。公用LCU屏設(shè)有通訊交換機(jī)及單模光端機(jī)，通過光纜及監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信連接，能監(jiān)控泵組運(yùn)行。

在塔井一側(cè)為樓梯間，中間為吊物井。進(jìn)口平臺以上設(shè)有啟吊操作間，有電動單梁吊車一臺。屋頂標(biāo)高166.40 m，塔井建筑總高29.40 m。

副廠房屬高聳結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)計(jì)算中，分別考慮了巖土壓力、水壓力、浮托力、風(fēng)浪壓力、風(fēng)荷載、冰壓力、動水壓力、溫度應(yīng)力以及地震荷載等，限于篇幅，不再贅述。

5 內(nèi)外交通

塔井既為副廠房，又是水下廠房的對外通道。原設(shè)計(jì)塔井進(jìn)口平臺與擬開鑿的東岸山巖道路間有斜拉工作便橋相連，由于投資等原因暫緩，暫用圍繞塔井外壁的鋼梯，由塔井進(jìn)口平臺下至廠房外127.50 m平臺。由廠房外平臺經(jīng)主廠房頂側(cè)邊127.50 m走廊，分別通向主廠房頂、進(jìn)水閘和啟閉臺，便于運(yùn)行管理操作。洪水過后，便于管理人員用高壓水搶輔以人工對廠房外進(jìn)行清理。

6 結(jié)語

（1）本文闡述的岸邊水下泵站布置，適應(yīng)了站址前黃河水位變幅大的特點(diǎn)，布置緊湊，充分利用了廠房空間，從而節(jié)省工程資金，在沿黃河泵站設(shè)計(jì)中尚屬首創(chuàng)。

（2）進(jìn)水閘閘門后與前池亦為水下封閉式，閘后出流方向與圓形前池近于相切，形成池內(nèi)環(huán)流，可避免前池泥沙淤積，也是多沙河流取水泵站設(shè)計(jì)的一項(xiàng)改進(jìn)。