排澇泵站改為雙向引水泵站的措施分析

楊 亮，李 悅，楊 毅

（鹽城市水利勘測設(shè)計研究院有限公司,江蘇 鹽城 224002）

根據(jù)2021 年上半年國家、省重點考核斷面水質(zhì)監(jiān)測情況,鹽城市第Ⅲ防洪區(qū)內(nèi)串場河水環(huán)境質(zhì)量水質(zhì)類別為Ⅴ類,未達到Ⅲ類水質(zhì)要求。串場河是流經(jīng)第Ⅲ防洪區(qū)的重要河道,通過對串場河河道水環(huán)境進行綜合整治,可提升城市核心區(qū)環(huán)境容量、消除黑臭、改善水質(zhì)、提高水安全等級。據(jù)此2021 年年初對串場河進行整治,工程涉及串場河河道疏浚13.5 km,大新河河道疏浚3.6 km,對大新河閘站、東伏河閘站進行雙向改造,各增加引水流量5 m3/s。本文對其中東伏河閘站工程新增引水功能的改造措施進行簡單的分析和介紹。

1 工程重難點

東伏河閘站位于鹽城市區(qū)第Ⅲ防洪區(qū)沿線防洪圈上,是區(qū)域的主要防洪、排澇建筑物之一。閘站設(shè)計排澇流量為20 m3/s,站內(nèi)安裝1600 QG型潛水貫流泵3 臺套,閘站設(shè)自排孔1 孔,孔口凈寬6 m。當防洪區(qū)內(nèi)水位抬高時,關(guān)閉自排孔閘門開機抽排。無需排澇時開啟自排孔閘門,通過自排孔自引外河水稀釋內(nèi)河污水,改善內(nèi)河河道水質(zhì)。但根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測報告結(jié)果,防洪區(qū)內(nèi)河道靠防洪圈防洪泵站自排孔自引外河水稀釋內(nèi)河水已經(jīng)不能滿足水環(huán)境的要求,迫切需要對沿線建筑物進行改造,新增引水功能。

改造工程相對于新建工程,限制因素較多,設(shè)計局限大,施工工藝要求高。本工程重難點分析如下：

1）設(shè)計尺寸、高程等受現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)限制

泵站為排澇建筑物,設(shè)計水位較高,但引水工況下,設(shè)計水位低。若將現(xiàn)有單向潛水貫流泵改為雙向泵,水泵葉輪的淹沒深度不能滿足最低水位的運行條件。故只能利用現(xiàn)狀自排孔進行雙向改造,在自排孔內(nèi)布置引水泵。在此條件下,泵站的底板高程、泵室寬度等均受現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)限制,不能改變,設(shè)計條件限制較多。

2）截流抽水后對建筑物安全影響較大

施工時站身上下游打壩抽水后,河道內(nèi)水位降低,但站身兩側(cè)及翼墻墻后水位較高,墻前、墻后水頭差較大,經(jīng)過計算施工期翼墻穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求,無法保證建筑物安全。

3）改造后不能影響建筑物的外觀協(xié)調(diào)性

為景觀需求,東伏河閘站設(shè)計時泵室上方未布置廠房,改造后的工程不宜有高出現(xiàn)狀墩頂?shù)牟糠?影響泵站外觀整體的協(xié)調(diào)性。

4）施工難度大

由于改造在現(xiàn)狀自排孔內(nèi)進行,施工范圍受限,施工機械及工藝要求提高。新增水泵還會涉及新增水泵梁、胸墻、工作閘門及門槽等部件,新增鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般需要采用植筋工藝,施工精度要求高、難度大。

2 工程改造措施

原工程站身為閘站結(jié)合形式,設(shè)自排孔1 孔,抽排孔3 孔,自排孔凈寬6 m。站身采用塊基整體結(jié)構(gòu),站內(nèi)設(shè)3 臺1600 QG7.3-1.6 潛水貫流泵,水泵葉輪中心安裝高程-0.75 m,底板面高程-2.00 m,底板厚1.2 m,閘站頂高程4.50 m[1]。

2.1 引水方案選擇

本工程改造的目的是增設(shè)引水功能,在正常干旱年份城市內(nèi)部水位較低時,通過泵站補充城市內(nèi)部水量,維持生態(tài)水位,確保水生態(tài)、水環(huán)境安全。根據(jù)工程實際布置,選擇對現(xiàn)狀自排孔進行改造,使其實現(xiàn)引水功能。閘站現(xiàn)狀自排孔結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 現(xiàn)狀站身自排孔結(jié)構(gòu)圖

（1）方案一（雙層流道方案）

原閘站自排孔無通航要求,擬將自排孔改造成兩層,底層保留自排功能,上層增設(shè)引水泵引水,控制水泵流量5 m3/s。底層兩端各設(shè)鋼閘門一道,用于防洪、引水、自排和保水。此方案應(yīng)用較多,較為成熟?？紤]到引水工況時,進水池水位較低,可采用立式軸流泵方案。工程擬設(shè)計采用2 臺900ZDB-125型潛水軸流泵,單機設(shè)計流量2.82 m3/s,水泵出口配側(cè)翻式節(jié)能型拍門斷流。

現(xiàn)狀自排孔底板面高程-2.00 m,水泵喇叭口中心至底板面控制距離0.75 m左右,則水泵喇叭口安裝高程-1.25 m,根據(jù)樣本,葉輪中心線安裝高程約-0.74 m,葉輪淹沒深度不小于90 cm,同時考慮20 cm攔污柵及其他損失,進水側(cè)水位在0.36 m以上可開機運行。

（2）方案二（閘門泵方案）

將原通航孔改造成閘門泵,即水泵（單向泵）與自排孔閘門結(jié)合,控制水泵流量5 m3/s。反向保水可利用拍門,原一字門擋洪。

表1 方案優(yōu)缺點對比表

引水工況時,進水側(cè)水位為0.50 m,方案二不能滿足要求,選擇方案一雙層流道方案。

此方案需在自排孔兩側(cè)墩墻打孔植筋后澆筑胸墻及水泵梁等鋼筋砼結(jié)構(gòu),同時需在外河側(cè)增設(shè)防洪閘門,內(nèi)河側(cè)增設(shè)保水閘門,在外河側(cè)原檢修門槽內(nèi)布置攔污柵一道。

2.2 閘門、啟閉機布置

根據(jù)工程實際情況,本工程采用平面直升式鋼閘門,卷揚式或液壓啟閉機啟閉。本工程原設(shè)計閘站上部無建筑物,因此本次改造盡量保持原建筑風(fēng)格不變。根據(jù)改造需要適合本工程的啟閉設(shè)備主要為卷揚式啟閉機和液壓啟閉機。

根據(jù)工程運行調(diào)度方案,工程在防洪排澇時,布置在外河側(cè)的閘門應(yīng)提升至最高運行水位以上,卷揚式啟閉機和倒掛式液壓啟閉機上部需增設(shè)較高排架和工作橋或啟閉機梁,整體效果差,不建議使用。

頂升式液壓啟閉機在非汛期,門頂最高高程與現(xiàn)有建筑物同高,汛期短時間高程高出約2.0 m。推薦使用頂升式液壓啟閉機。

2.3 電氣改造

閘站改造新增2 臺900ZDB-125 型潛水軸流泵,故工程電氣項目需進行相應(yīng)改造。新增2 臺潛水軸流泵配套130 kW電機,兩臺電機單獨運行,不與原電機同時運行,故變壓器容量無需增加。在原主接線母線上增加GCS型電機控制柜1臺,布置在原低壓室內(nèi),供水泵控制運行使用；現(xiàn)場新增現(xiàn)場控制箱（含急停功能）2 只,供水泵現(xiàn)場控制使用。新增液壓啟閉機用電由動力配電柜備用出線回路引來,控制箱均由設(shè)備廠家配套提供。現(xiàn)場根據(jù)需要通過主副廠房內(nèi)的電纜溝及部分管路局部鑿除,預(yù)埋電工保護管引接至用電點。

2.4 改造總布置

根據(jù)上述方案,工程主要改造項目有：①原自排孔改為抽引孔,增加引水流量5 m3/s,抽引孔布置900 ZDB-125 型潛水軸流泵2 臺；②抽引孔原檢修門槽內(nèi)布置攔污柵1道；③抽引孔水泵進、出水口各增設(shè)閘門1 道,配頂升式液壓啟閉機啟閉；④布置水泵,抽引孔內(nèi)新建胸墻、流道及啟閉機梁等鋼筋砼結(jié)構(gòu),鋼筋砼采用植筋法與原墩墻相接；⑤在保水工況下,外河水位低,抽排孔現(xiàn)有水泵流道外側(cè)拍門漏水嚴重,在外河側(cè)設(shè)工作閘門1道,頂升式液壓啟閉機啟閉；⑥墩頂臨空、臨水側(cè)布置安全欄桿；⑦相應(yīng)電氣接線、控制柜改造。改造后自排孔結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 自排孔改造后結(jié)構(gòu)圖

3 施工重難點

3.1 多孔同時施工站身穩(wěn)定及抗浮不能滿足要求

工程設(shè)計時只能單孔進行檢修,工程施工也應(yīng)單孔進行。工程4 孔都有新增閘門,需要新增門槽,但由于工程工期緊,4孔逐一施工混凝土形成設(shè)計強度需要的時間較長,不能滿足工期要求,故需要4 孔同時進行施工。4 孔同時施工時,泵站內(nèi)抽水后泵站的抗浮、穩(wěn)定等不能滿足設(shè)計要求。為使施工期泵站的抗浮、穩(wěn)定能滿足規(guī)范要求,施工時使用水袋充水,置于泵站頂部,增加向下的重力,抵消浮力的影響[2]。

3.2 上、下游連接段穩(wěn)定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不滿足要求

工程施工圍堰若施打在工程防護段外側(cè),會致使翼墻墻前、墻后水頭差過大,翼墻穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求。為降低施工過程中對周邊建筑物的影響,施工時使用異形鋼圍堰,緊貼于站身和清污機橋墩墻外側(cè)布置,鋼圍堰布置于抽排孔,寬約14 m,總凈重約31.4 t。自排孔利用檢修門槽臨時布置鋼閘門擋水。鋼圍堰的運輸、吊裝需要編制專項方案,鋼圍堰通過平板車經(jīng)公路運輸至改造現(xiàn)場再配合200 t汽車吊進行安裝。

4 改造結(jié)果評價

閘站改造后已組織多次運行,運行過程中主機泵啟停平穩(wěn),設(shè)備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定；主電機功率、電流等數(shù)值正常；運行過程中機組振幅、噪音均在允許范圍內(nèi)；泵體完好,閘門啟閉正常,工程總體滿足功能要求。通過2 座排澇泵站的改造,區(qū)域引水流量增加10 m3/s,提高了區(qū)域引水、活水能力,促進了水環(huán)境的提升,工程已發(fā)揮應(yīng)有效益[3]。

本次改造工程工期緊、建設(shè)任務(wù)重、施工環(huán)境復(fù)雜多變。工程建設(shè)期間,上級領(lǐng)導(dǎo)高度重視、各級政府部門大力支持,各參與單位提前規(guī)劃、科學(xué)設(shè)計、精心組織,協(xié)同實施各項工作,使工程各項建設(shè)目標圓滿完成。工程建成后應(yīng)加強管理,確保工程持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮社會經(jīng)濟效益。