鳳翔區(qū)東風(fēng)灌區(qū)一級泵站改造施工圍堰方案探討

鐘海強，嚴(yán) 莉

（鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫灌溉管理處,陜西 寶雞 721400）

1 東風(fēng)水庫灌區(qū)一級泵站改造工程概況

鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫是一座以灌溉為主的中型水庫,1969年興建,1972 年受益。樞紐工程由東風(fēng)水庫和東風(fēng)抽水站組成,東風(fēng)水庫灌區(qū)一級泵站位于鳳翔縣彪角鎮(zhèn)三岔村西北方向,于70 年代建成投入使用,以東風(fēng)水庫為灌溉水源的臨庫式泵站,設(shè)計供水灌溉面積3.32 萬畝,本級灌溉面積1.37 萬畝,水泵機組三臺,生產(chǎn)日期1969 年,總裝機660 kw,揚程25.7 m,設(shè)計總流量1.91 m3/s,其中一臺小泵流量為0.3 m3/s,型號為14 SH-19 A,配套電機為JO2 -93 A,另外兩臺型號為24 SH-19 A,單泵流量為0.805 m3/s,配套電機為Y400-43-6。

主水泵及主電動機運行時間長達四十年多年,長年處于陰暗潮濕的環(huán)境中,外殼油漆部分脫落,軸承及填料壓蓋處銹蝕嚴(yán)重、漏油嚴(yán)重,過流部件汽蝕嚴(yán)重,水力損失、機械損失增大,導(dǎo)致出流偏??；電動機繞組絕緣老化嚴(yán)重,安全性能差,電氣性能檢測部分參數(shù)不符合規(guī)程要求,電動機整體技術(shù)狀態(tài)差,部分配件經(jīng)多次更換,運行中仍存在振動、噪聲大,軸溫偏高,水泵機組整體技術(shù)狀態(tài)差,存在嚴(yán)重的安全隱患,不能滿足泵站安全運行要求。

為此,鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫灌溉管理處、陜西省泵（電）站檢測調(diào)試中心、陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院對東風(fēng)水庫灌區(qū)泵站進行了現(xiàn)狀調(diào)查分析、現(xiàn)場安全檢測、工程復(fù)核計算分析,2017 年3 月,寶雞市水利局主持召開了安全鑒定評審會,結(jié)論為：泵站建筑物評定為四類、泵站機電設(shè)備評定為四類、泵站金屬結(jié)構(gòu)評定為四類,泵站綜合評定為四類；建議盡早納入中型泵站更新改造項目。2019 年,東風(fēng)水庫灌區(qū)列入中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目,根據(jù)灌區(qū)改造項目總體安排、資金計劃、泵站的重要性、安全狀況等情況,本年度投資計劃對東風(fēng)水庫一級泵站進行更新改造,主要原因為：（1）一級站是本灌區(qū)最重要的泵站,控制整個灌區(qū),只有一級站正常運行,渠系及其它泵站才能正常供水,（2）一級站為臨庫式泵站,地下廠房建筑物滲漏嚴(yán)重,對機電設(shè)備銹蝕嚴(yán)重,（3）一級站規(guī)模大,多年來投資少,一直沒有進行徹底改造,一直帶病運行,（4）由于投資有限,不能對所有泵站進行更新改造,且一級站安全鑒定的工程也未完全更新改造,僅能對重要部位、卡脖子工程進行更新改造。本文僅對東風(fēng)灌區(qū)一級泵站更新改造工程施工圍堰方案進行探討

2 工程總體布局及建設(shè)內(nèi)容

東風(fēng)水庫灌區(qū)一級泵站現(xiàn)狀運行基本正常,建筑物布置基本合理,因此維持現(xiàn)狀東風(fēng)一級站建筑物基本布置格局不變。

泵站廠房臨庫布置不變,根據(jù)水泵間距要求擴建泵房,維持北側(cè)、西側(cè)邊墻不動,向東側(cè)、南側(cè)擴建,拆除現(xiàn)狀東側(cè)、南側(cè)邊墻,利用東側(cè)站內(nèi)空地和南側(cè)現(xiàn)狀空地。對泵站水泵、電動機、進出水管道閘門進行更新。

對原進水涵洞廢棄不用,根據(jù)重新布置的水泵進水管位置,新設(shè)進水管通至庫區(qū),出水管維持現(xiàn)狀管線布置,對管道拆除新建；對出水池拆除新建；維持輸電線路不變,對站內(nèi)變壓器更換,對配電設(shè)備進行更新。新增自動化控制、監(jiān)控設(shè)備。

工程主要建設(shè)內(nèi)容：（1）拆除新建泵站主廠房,新建主廠房建筑面積237 m2,更新水泵機組3 臺,總裝機容量600 kw,設(shè)計總流量為1.98 m3/s,設(shè)計揚程19.2 m,更新相應(yīng)的進出水管道及閥件；（2）拆除進水管道2 條,新建DN700 進水鋼管3 條,長3 m×12 m；拆除新建出水管道3 條,出水管道為DN600 鋼管,長3 m×66 m；（3）拆除新建出水池1座,鋼筋混凝土矩形結(jié)構(gòu),長×寬×深=6 m×5.5 m×3.5 m；（4）拆除新建站內(nèi)配電站1 座,新建副廠房建筑面積109.2 m2,更換變壓器及配電設(shè)備等；（5）新建自動化控制、監(jiān)控設(shè)備。

3 修建施工圍堰的必要性

東風(fēng)一級泵站為臨庫淹沒式泵站,據(jù)調(diào)查了解,庫水位一般深7 m~9 m,泵站基坑機組常年在正常水位以下,水泵進水管位于水位以下,泵站改造工程需要拆除原三臺泵的進水管,重新安裝新建3 臺泵的進水管,無法在水下正常施工,為了保證泵站基坑內(nèi)機組安裝的施工安全,必須修建圍堰或水庫降低水位才能保證安全施工。而要降低東風(fēng)水庫的庫水位,將造成水資源的極大浪費,嚴(yán)重影響水庫的效益發(fā)揮,因此,修建施工圍堰是十分必要的。

4 施工圍堰方案比較

根據(jù)東風(fēng)灌區(qū)一級泵站更新改造工程的施工需要,初擬3種施工圍堰方案進行比較,具體如下：

方案一：水庫降低水位施工方案,將水庫水放空或?qū)⒅劣俜e面以上2 m水位,在泵站喇叭口前修建土袋圍堰,通過灌溉期供水給灌區(qū)以及通過放水塔放水至下游河道,放空庫容約600 萬m3,放空時間約7 天。該方案的優(yōu)點是：施工安全,施工面較為寬闊,3 個進水口可同時施工。該方案的缺點是：水資源浪費,沒有發(fā)揮效益,按灌溉水價計算損失約110 萬元,蓄水至正常蓄水位約半年時間,影響灌溉供水,造成灌區(qū)糧食減產(chǎn)。

方案二：泵房前進水溝槽采用橫向全段圍堰施工方案,在泵房前5 m處修建橫向圍堰,圍堰長23 m,左右兩段與現(xiàn)狀岸坎連接閉合,將庫水位與泵房分隔。圍堰采用雙排矩形鋼管結(jié)構(gòu)擋水,總寬0.6 m,搭接縫交錯布置,防止大量漏水。在現(xiàn)狀擋墻頂部和庫水位以上0.5 m處分別安裝橫向矩形鋼管支撐固定骨架,共2 層,架設(shè)于立柱外側(cè),用于支撐固定立柱,確保立柱垂直穩(wěn)定。立柱及橫梁鋼管截面尺寸為長300 mm×寬200 mm×厚7 mm,立柱鋼管采用12 m長矩形鋼管,入淤泥深度為2 m。圍堰修建完成后,采用潛水泵將圍堰內(nèi)水抽排,對圍堰滲漏處再進行封堵措施,確保圍堰內(nèi)施工安全。該方案投資約129 萬元。該方案的優(yōu)點是：圍堰形成的施工面較為寬闊,3 個進水口可同時施工,缺點是：圍堰投資大,圍堰長,風(fēng)險大。

方案三：單根進水管獨立圍堰施工方案,每個進水管前設(shè)置半圓形圍堰,圍堰由弧形擋水面板、矩形鋼管立柱、橫向矩形鋼管支撐骨架、楔形鋼骨架共4 部分組成,每個進水管一處圍堰,共3 處,圍堰鋼結(jié)構(gòu)重復(fù)利用。圍堰采用半徑2 m的預(yù)制弧形鋼結(jié)構(gòu)擋水,矩形鋼管立柱采用12 m長矩形鋼管,鋼管截面尺寸為長300 mm×寬200 mm×厚7 mm,入淤泥深度為2 m。橫向矩形鋼管支撐骨架結(jié)構(gòu)與立柱相同。在現(xiàn)狀擋墻頂部和庫水位以上0.5 m處分別安裝橫向矩形鋼管支撐骨架,共2 層。擋墻斜坡與鋼管立柱之間的三角區(qū)采用預(yù)制楔形鋼結(jié)構(gòu)擋水。擋水面板為8 mm厚鋼板,背水側(cè)為型鋼骨架結(jié)構(gòu)。單塊高度1 m,沿卡槽滑入水中。圍堰修建完成后,采用潛水泵將圍堰內(nèi)水抽排,對圍堰滲漏處再進行封堵措施,確保圍堰內(nèi)施工安全。該方案的優(yōu)點是：節(jié)省投資,施工安全,缺點是：施工面較小,需要分別設(shè)置3 個圍堰,工期長。

根據(jù)本工程實際情況,經(jīng)以上綜合分析比較,推薦采用方案三：單根進水管獨立圍堰施工方案。

5 單根進水管獨立圍堰結(jié)構(gòu)及施工方案

圍堰由弧形擋水面板、矩形鋼管立柱、橫向矩形鋼管支撐骨架、楔形鋼骨架共4 部分組成,每個進水管一處圍堰,共3處,圍堰鋼結(jié)構(gòu)重復(fù)利用。

圍堰采用半徑2 m的預(yù)制弧形鋼結(jié)構(gòu)擋水,面板為8 mm厚鋼板,背水側(cè)為型鋼骨架結(jié)構(gòu)。擋水面板單塊高度1 m,沿立柱鋼管卡槽滑入水下,入淤泥深度為2 m。每塊面板設(shè)置吊裝繩,便于使用完成后吊出重復(fù)利用。

矩形鋼管立柱采用12 m長矩形鋼管,鋼管截面尺寸為長300 mm×寬200 mm×厚7 mm,入淤泥深度為2 m。將型號為L30×4 mm的等邊角鋼焊接在鋼管上,形成卡槽。

橫向矩形鋼管支撐骨架結(jié)構(gòu)與立柱相同。在現(xiàn)狀擋墻頂部和庫水位以上0.5 m處分別安裝橫向矩形鋼管支撐骨架,共2 層。

擋墻斜坡與鋼管立柱之間的三角區(qū)采用預(yù)制楔形鋼結(jié)構(gòu)擋水,面板為8 mm厚鋼板,背水側(cè)為型鋼骨架結(jié)構(gòu)。單塊高度1 m,沿卡槽滑入水中,每塊面板設(shè)置吊裝繩,便于使用完成后吊出重復(fù)利用。鋼板圍堰結(jié)構(gòu)斷面見圖1。

圖1 鋼板圍堰結(jié)構(gòu)斷面圖

圍堰施工前先測量水深、淤泥面高程、擋墻坡比、擋墻坡腳位置等,根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)值復(fù)核優(yōu)化設(shè)計圍堰結(jié)構(gòu)尺寸。圍堰施工采用伸縮臂履帶起重機結(jié)合人工施工。在現(xiàn)狀擋墻頂部和庫水位以上0.5 m處分別安裝橫向矩形鋼管支撐骨架,共2 層。沿現(xiàn)狀擋墻坡腳位置吊裝、打入立柱,并將立柱橫梁連接固定,確保立柱垂直、穩(wěn)定。將預(yù)制弧形鋼結(jié)構(gòu)擋水面板、楔形鋼結(jié)構(gòu)擋水面板沿立柱卡槽逐個吊裝滑入水下。圍堰修建完成后,采用潛水泵將圍堰內(nèi)水抽排,對圍堰滲漏處再進行封堵措施,確保圍堰內(nèi)施工安全。每處進水口施工并驗收合格后,拆除圍堰至下一進水管施工,圍堰重復(fù)利用。

6 結(jié)語

東風(fēng)水庫灌區(qū)一級泵站存在嚴(yán)重的安全隱患,不能滿足泵站安全運行要求,泵站建筑物、泵站機電設(shè)備、泵站金屬結(jié)構(gòu)評定為四類,泵站綜合評定為四類,急需對東風(fēng)水庫灌區(qū)一級泵站進行更新改造。為了保證泵站基坑內(nèi)機組安裝的施工安全,必須修建施工圍堰,通過對施工圍堰3個方案進行分析比較,推薦單根進水管獨立圍堰施工方案,既節(jié)省投資,又保證施工安全。