大砂溝電灌工程泵站改造方案及泵房設(shè)計(jì)探究

張偉英

（蘭州市水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

水是十分重要的自然資源，水利工程是對(duì)水資源進(jìn)行綜合利用、推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要手段，對(duì)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷推進(jìn)以及實(shí)現(xiàn)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的保障有著重要作用。近些年來，國(guó)家對(duì)于水利工程的建設(shè)力度不斷加大，大砂溝電灌工程泵站改造項(xiàng)目也在持續(xù)推進(jìn)，切實(shí)采取有效措施盡可能地消除工程中存在的安全問題，在很大程度上改善了相關(guān)工作人員的人身安全及生活條件。

2 工程概況

大砂溝灌區(qū)位于蘭州市以北，皋蘭縣的西南部；灌區(qū)受益區(qū)有蘭州市皋蘭縣的中心、忠和、水阜及永登縣的樹屏四鄉(xiāng)十八個(gè)行政村85 社，有3.5 萬(wàn)人口，土地面積58 666 公頃，耕地面積7 046.7 公頃。大砂溝提灌工程始建于1966 年，之后經(jīng)過多次續(xù)建和改擴(kuò)建，使該灌區(qū)灌溉面積達(dá)到6 333.3 公頃，屬三等中型工程，主要由泵站、總干渠、干支渠和渠系建筑物組成。共有泵站31 座，總裝機(jī)109 臺(tái)套，總?cè)萘?6 601 kW。工程的建成，促使灌區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人們的生活條件得到了很大程度上的改善，對(duì)于蘭州北大門和中川機(jī)場(chǎng)綠色通道的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了一定的改變，對(duì)于灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。

3 大砂溝電灌工程泵站更新改造的必要性

泵站更新改造后將改變灌區(qū)作物種植單一、品種差、結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象；大力推廣節(jié)水灌溉，調(diào)整糧經(jīng)比例、糧菜比例、夏秋比例，提高糧食品質(zhì)和產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由數(shù)量型增長(zhǎng)向質(zhì)量型增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，有效增加農(nóng)民收入，促進(jìn)農(nóng)民收入的快速增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。同時(shí)通過泵站更新改造和泵站監(jiān)控技術(shù)的運(yùn)用，將進(jìn)一步提高灌溉保證率，完善量水設(shè)施和管理設(shè)施，為灌區(qū)的管理提供有力保障，促進(jìn)灌區(qū)水價(jià)體制、用水機(jī)制、人事管理的改革和灌區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，確保農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。另外，主體泵站工程能否正常運(yùn)行，是保持和發(fā)展蘭州市南北兩山綠化成果的先決條件，是蘭州市生態(tài)環(huán)境能否進(jìn)一步改善的基礎(chǔ)條件。

4 電灌工程泵站更新改造方案及泵房設(shè)計(jì)措施

4.1 工程改造方案

4.1.1 泵站改造方案

文中主要將大砂溝電灌工程總干七泵站為例，對(duì)其更新改造及泵房的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。本次實(shí)施方案設(shè)計(jì)總干七泵站在原址拆除重建，由于原站址場(chǎng)地位于大砂溝主溝東側(cè)高速公路邊，場(chǎng)地鄰山并在深挖方地段，場(chǎng)區(qū)面積小而且廠區(qū)內(nèi)排水困難，洪水淹沒泵站的情況時(shí)有發(fā)生，因此本次設(shè)計(jì)將泵房場(chǎng)院地坪整體抬高，使場(chǎng)區(qū)外地坪與泵房西側(cè)道路高程基本一致?？偢善弑谜? 臺(tái)水泵出水管在室內(nèi)匯總為一條壓力主管道后穿出泵房爬坡布設(shè)至七泵出水池，總干七泵站共需敷設(shè)壓力管道166 m。

4.1.2 基礎(chǔ)處理方案

總干七泵房為原址拆除重建，根據(jù)地勘報(bào)告，總干七泵房基礎(chǔ)覆蓋層為第四系沖洪積含礫中細(xì)砂層，厚度5.0~7.4 m，持力層以第白堊系紅色砂巖為主，泵房基礎(chǔ)條件較差。因此本次設(shè)計(jì)總干七泵站泵房以鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)為設(shè)計(jì)方案。

4.2 工程總體布置

原初步設(shè)計(jì)新建總干七泵站站址位于現(xiàn)總干七泵站西側(cè)約600 m 的總干六級(jí)渠側(cè)，壓力管道沿大砂溝洪道西側(cè)向北布置至七泵出水池。由于該位置的上水壓力管道管線需要占大砂溝排洪溝道或者耕地，征地難度大，項(xiàng)目實(shí)施困難；其次初步設(shè)計(jì)總干七泵站站址緊鄰大砂溝排洪道，對(duì)泵站防護(hù)要求高?？紤]以上因素，本次實(shí)施方案將總干七泵選擇在原址拆除重建。初步設(shè)計(jì)批復(fù)主副廠房為地面式泵房，基坑深2.3 m，進(jìn)深9.9 m，建筑面積為426.9 m2，其中主廠房建筑面積257.3 m2，副廠房建筑面積169.7 m2。由于總干七泵站原址位于深挖方地段，由于現(xiàn)七泵站站址位于深基坑內(nèi)，需要將場(chǎng)院地坪抬高5.6 m，因此基坑深度需加深至8.3 m，4 臺(tái)水泵出水匯總管需放置在室內(nèi)匯總，因此本次實(shí)施方案主廠房進(jìn)深改為13 m；由于現(xiàn)有場(chǎng)地面積限制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置情況，副廠房由初步設(shè)計(jì)一層改為三層，其中增加一層電纜層。本次實(shí)施方案設(shè)計(jì)泵房采用“一”字型布置方式，分為主廠房和副廠房?jī)刹糠?，總建筑面積729 m2，其中主廠房建筑面積340.87 m2，副廠房建筑面積388.13 m2，副廠房在主廠房右側(cè)布置。總干七泵站4 臺(tái)水泵出水管在室內(nèi)匯總為一條壓力主管道后穿出泵房之后爬坡布設(shè)至七泵出水池，總干七泵站共需敷設(shè)壓力管道166 m。進(jìn)水前池與泵房主廠房平行布置，為1 座橢圓形鋼筋砼水池，水池容積400 m3。在場(chǎng)院東南側(cè)位置新建管理房1 座，為二層框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積335.8 m2。將泵房場(chǎng)院地坪分層夯填至高程1 803.60 m，場(chǎng)院地坪進(jìn)行砼硬化處理，面積3 700 m2。場(chǎng)院北側(cè)和東側(cè)兩周均需修建M10 水泥砂漿砌塊石擋土墻，高1.5~5 m，總長(zhǎng)度150 m。修建圍墻160 m，鐵藝大門1 座。

4.3 主要建筑物設(shè)計(jì)

4.3.1 泵房

在總干七泵站泵房主要采用“一”字型布置方式，分為主廠房和副廠房?jī)刹糠?，泵站副廠房為于主廠房右側(cè)布置。

主廠房為半地下負(fù)壓進(jìn)水形式，泵站機(jī)組布置采用品字型雙列布置，機(jī)組間距按規(guī)范要求確定。機(jī)組前后均設(shè)工作平臺(tái)，寬度1.5 m。出水管室內(nèi)匯總后穿泵房后墻后爬坡布設(shè)至出水池，壓力管道匯總管上安裝電磁流量計(jì)1 個(gè)，布置電磁流量計(jì)控制井（室）1 座。副廠房由高、低壓配電室、中控制室和電纜層組成，設(shè)備安裝尺寸滿足規(guī)范要求。

泵房主廠房上部結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，下部為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，副廠房為框架結(jié)構(gòu)。泵站主廠房采用輕型鋼屋架，泵站副廠房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面。總干七泵站為原址拆除重建，泵房主廠房基礎(chǔ)采用鋼筋砼筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下設(shè)10%水泥土墊層100 cm 厚，再原土翻夯100 cm，要求壓實(shí)度大于0.95。副廠房基礎(chǔ)采用混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑0.8 m，樁長(zhǎng)10 m。

4.3.2 引水渠道

根據(jù)泵站總體布置和地形地質(zhì)條件，總干七泵站從現(xiàn)有涵洞至泵站前池需修建引水渠，長(zhǎng)度為10 m。引水渠采用C25 現(xiàn)澆鋼筋砼矩型箱涵結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)流量1.03 m3/s，比降1/1000；側(cè)墻厚0.3 m，頂板厚0.3 m，地板厚0.3 m?；A(chǔ)為10%水泥土墊層50 cm，其下原土翻夯150 cm，要求壓實(shí)度大于0.95。

4.3.3 進(jìn)、出水池

4.3.3.1 進(jìn)水池

總干七泵站設(shè)1 座進(jìn)水池。進(jìn)水前池單座容積400 m3，長(zhǎng)17 m，寬6 m，池凈深4.7 m。頂板以上覆土厚5 m，頂板采用C25 鋼筋砼梁板結(jié)構(gòu)，板厚0.3 m，梁高0.5 m，梁寬0.3 m。進(jìn)水前池底板和側(cè)墻為現(xiàn)澆C25 鋼筋砼結(jié)構(gòu)，側(cè)墻厚0.3~0.5 m，底板厚0.4 m，底板下鋪設(shè)厚10 cm 的C15 砼墊層，基礎(chǔ)為10% 水泥土墊層50 cm 厚，再原土翻夯100 cm，要求壓實(shí)度大于0.95。

4.3.3.2 出水池

總干七泵站共布設(shè)出水池1 座，為現(xiàn)澆C25 鋼筋砼矩形出水池。矩形出水池平面尺寸10×3.6 m，池深2.0 m，側(cè)墻為直墻式結(jié)構(gòu)，厚0.25 m，底板厚0.3 m。底板下鋪設(shè)厚10 cm 的C15 砼墊層，基礎(chǔ)為10%水泥土墊層50 cm 厚，再原土翻夯150 cm，要求壓實(shí)度大于0.95。

4.3.4 壓力管道

壓力管道廠房后墻平段采用埋設(shè)，爬坡段采用明設(shè)的方式。明設(shè)壓力管道管床采用30 cm 厚C20 砼護(hù)砌，兩側(cè)設(shè)現(xiàn)澆C15 砼排水邊溝及檢修踏步。明設(shè)鋼管外防腐底漆為環(huán)氧富鋅，涂刷一道，厚度約50 μm，中漆為環(huán)氧云鐵，涂刷兩道，厚度約80 μm，面漆為脂肪族聚氨酯面漆，涂刷兩道，厚度約60 μm。埋設(shè)鋼管外防腐采用兩布三油，兩布采用玻璃纖維布，三油底漆為環(huán)氧富鋅，涂刷一道，厚度約50 μm，中漆為環(huán)氧云鐵，涂刷兩道，厚度約80μm，面漆為環(huán)氧防腐面漆，涂刷兩道，厚度約70 μm。室內(nèi)管道除銹后刷底漆一道，面漆二道。明設(shè)上水壓力鋼管設(shè)伸縮節(jié)，以消除管路熱脹冷縮影響。由于水泵進(jìn)水管埋深將近8m 深，為延長(zhǎng)吸水管使用壽命，降低維修幾率，因此進(jìn)水管內(nèi)壁也進(jìn)行防腐處理。內(nèi)防腐采用環(huán)氧樹脂（無毒），內(nèi)壁防腐級(jí)別為普通級(jí)，采用二底二面，漆膜干膜厚80~100 μm。

4.4 機(jī)電設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)

4.4.1 水力機(jī)械

根據(jù)泵站設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程的實(shí)際情況進(jìn)行機(jī)組選型。水泵選型根據(jù)水泵輸送的黃河水濁度高、泥砂含量大，對(duì)水泵葉輪、主要過流部件具有較高的抗汽蝕、耐泥沙磨損能力的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)優(yōu)先選用S 系列中開式雙吸泵，該系列泵在原有水泵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，壓水室采用了梯形斷面，進(jìn)一步提高殼體的剛性；在密封環(huán)外表面增加兩道O 型密封圈，杜絕高低壓腔的串水現(xiàn)象，提高易損件壽命，穩(wěn)定水泵的容積效率；采用結(jié)構(gòu)對(duì)稱的雙蝸室壓水室，能基本平衡徑向力，消除因軸產(chǎn)生撓度而引起的問題，擴(kuò)大泵的運(yùn)行范圍，提高容積效率；在進(jìn)口倒灌情況下，填料處取消水封環(huán)裝置，避免因雜質(zhì)堵塞水封環(huán)而發(fā)生填料干磨。在提高水泵汽蝕性能方面，適當(dāng)增加葉輪進(jìn)口直徑和葉片包角，降低進(jìn)口流速、避免進(jìn)口產(chǎn)生渦流，減少進(jìn)口水力損失。在增加水泵使用壽命方面，水泵殼體材質(zhì)采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵，泵殼噴涂耐磨德?？低苛?，葉輪材質(zhì)采用鋼板焊接Q235，軸采用40Cr，軸套采用0Cr18Ni9。

4.4.2 電氣設(shè)計(jì)

4.4.2.1 電氣設(shè)計(jì)方案

總干七泵站安裝水泵機(jī)組為4 臺(tái)：2×630 kW+1×355 kW+1×280 kW=1 895 kW， 機(jī) 組 最大運(yùn)行負(fù)荷：1 265 kW，備用1 臺(tái)機(jī)組額定功率為：630 kW，額定電壓均為10 kV。根據(jù)泵站的總裝機(jī)容量和機(jī)組的單機(jī)功率以及額定電壓，確定總干七泵站為高壓機(jī)組泵站。

4.4.2.2 電氣主接線

（1）10kV 電氣主接線方案。總干七泵站的10 kV 電氣主接線采用單母線接線方式，由5 臺(tái)KYN28A-12 型 高 壓 開 關(guān) 柜 和4 臺(tái)RYZQ-12 型 高壓干式一體化軟起動(dòng)柜、1 臺(tái)WSTBB10 型高壓無功自動(dòng)補(bǔ)償柜及1 臺(tái)站用變壓器柜組成。分為：電源進(jìn)線柜、電能計(jì)量柜、電壓互感器柜、過電壓保護(hù)柜、1#～4#高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)柜、電容器控制柜、高壓無功自動(dòng)補(bǔ)償柜、站用變壓器柜。

（2）廠用電接線。泵站廠用電負(fù)荷主要有：排污泵、啟閉機(jī)、LCU 屏、電動(dòng)閘閥、軸流風(fēng)機(jī)、起吊設(shè)備、照明、操作、檢修及管理房用電等。

廠用變電容量，按最大廠用電負(fù)荷計(jì)入功率因數(shù)及線路損失后確定，泵站選配1 臺(tái)SC13 型50 kVA干式變壓器，為了便于操作及維護(hù)泵站廠用變壓器裝在開關(guān)柜內(nèi)，10 kV 電源接在泵站系統(tǒng)線路進(jìn)線側(cè)。泵站廠用電接線采用單母線不分段接線方式，電壓等級(jí)為：10/0.4 kV。

4.4.2.3 自動(dòng)控制保護(hù)

泵站采用計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化二次控制保護(hù)設(shè)備，保護(hù)選用微機(jī)型裝置。直流電源選用高頻開關(guān)組合電源、免維護(hù)鉛蓄電池組。

4.4.2.4 電氣設(shè)備布置

泵站副廠房分為高壓配電室、電纜層、低壓配電室及中控室，高壓開關(guān)柜、高壓無功補(bǔ)償柜布置在同一室內(nèi)，采用單列布置形式，柜前、后操作及維護(hù)走廊距離均滿足“規(guī)程規(guī)范”要求。低壓配電屏、LCU 屏、通信屏、視頻柜等均采用單列布置形式，屏前、后操作及維護(hù)走廊距離均滿足“規(guī)程規(guī)范”要求。

4.5 金屬結(jié)構(gòu)

通過管材比選水泵室內(nèi)外進(jìn)出、水管選用直縫鋼管，上水壓力管道選用螺旋鋼管。為防止水錘對(duì)機(jī)組及壓力管路造成破壞，設(shè)計(jì)在水泵出水管設(shè)置多功能控制閥及檢修電動(dòng)閘閥，泵進(jìn)、出水管路均設(shè)置伸縮節(jié)。為清污、攔污方便，泵站前池進(jìn)口均增設(shè)鋼制攔污柵。本工程共布設(shè)電動(dòng)閘閥8 個(gè)，緩閉式止回閥4 個(gè)，電磁流量計(jì)1 個(gè)，壓力波動(dòng)預(yù)止閥1 個(gè)。鋪設(shè)上水壓力管道1 條，總長(zhǎng)166 m，總重34.86 t，管材為鋼管。安裝鋼制攔污柵1 面，重約0.4 t。

4.6 節(jié)能設(shè)計(jì)及其措施

4.6.1 節(jié)電措施

第一，各類建筑照明應(yīng)與相關(guān)規(guī)章制度中的照明功率密度值相符合；第二，對(duì)高效電光源和燈具進(jìn)行選擇；第三，將電容器安裝在混凝土攪拌機(jī)等用電設(shè)備前，進(jìn)行無功補(bǔ)償，促使變壓器利用率及其無功損耗得以切實(shí)提升；第四，對(duì)節(jié)能高效型的電器設(shè)備與產(chǎn)品等進(jìn)行選擇；第五，對(duì)用電管理規(guī)章制度進(jìn)行建立健全，并對(duì)節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)及相應(yīng)的能源浪費(fèi)處罰制度進(jìn)行制定。

4.6.2 節(jié)水措施

第一，對(duì)節(jié)水閥門進(jìn)行應(yīng)用，在水循環(huán)系統(tǒng)、消防給水中，對(duì)具有節(jié)水性能的供水設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)用水泵的型號(hào)進(jìn)行科學(xué)選擇，對(duì)于水泵運(yùn)行期間的壓力、揚(yáng)程等指標(biāo)，應(yīng)盡可能地選擇在接近額定值的范圍內(nèi)；第二，對(duì)優(yōu)質(zhì)的供水、排水管道進(jìn)行采用，避免發(fā)生跑冒滴漏的問題；第三，對(duì)雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行建立。

5 結(jié)語(yǔ)

大砂溝電灌工程泵站由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行存在一系列的問題，所以對(duì)其進(jìn)行更新改造，做好相關(guān)的設(shè)計(jì)工作十分必要。同時(shí)，在實(shí)際工作開展期間，采取有效措施，針對(duì)泵房設(shè)計(jì)工作進(jìn)行，促使大砂溝電灌工程得以更加穩(wěn)定地運(yùn)行。