汛期城市現(xiàn)狀下穿隧道排水泵房提升改造工藝探究

段晨陽，劉元金

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

城市下穿隧道泵房排澇系統(tǒng)是維持下穿隧道雨季正常通行的重要設(shè)施，但由于極端天氣激增、設(shè)備管養(yǎng)不力、進(jìn)出水管尺寸不夠等內(nèi)外因素作用，現(xiàn)狀城市下穿隧道泵房排澇系統(tǒng)能力受限，以致隧道水浸，交通受阻，故需提升改造城市下穿隧道泵房排澇能力以保障城市區(qū)域的交通穩(wěn)定，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)效果，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 隧道泵房提升改造的必要性及意義

1.1 提升改造的必要性

(1)是城市可持續(xù)發(fā)展的需要

自然資源和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基石，進(jìn)行城市內(nèi)澇治理和排水設(shè)施改造，是城市可持續(xù)發(fā)展的需要。

(2)是構(gòu)建和諧社會(huì)，打造宜居城市的需要

城市內(nèi)澇治理，是一個(gè)關(guān)于人民生命財(cái)產(chǎn)安全的大問題[1]，是城市以人為本，服務(wù)大眾理念的充分體現(xiàn)。城市大規(guī)模發(fā)展，地下空間的利用起到關(guān)鍵的推進(jìn)作用，隧道作為城市主要的地下空間改造項(xiàng)目之一，其防洪極其重要，利用工程和非工程措施提高隧道的防洪、防汛能力至關(guān)重要[2]。

一般下穿隧道泵房所在的道路，是交通主干道之一，由于現(xiàn)狀泵房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，區(qū)域沒有完善的雨水排放體系。隨著城市的發(fā)展，區(qū)域排水體系愈發(fā)不能滿足城市快速發(fā)展的需要，工程區(qū)域存在水浸隱患、水浸嚴(yán)重等問題，給道路交通及周邊居民帶來了惡劣影響。對區(qū)域泵房提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，開展隧道內(nèi)澇治理，完善排水體制，符合城市構(gòu)建和諧社會(huì)、打造宜居城市的要求。

(3)是保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的需要

近年來，城市多次發(fā)生因暴雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害。在中心城區(qū)，由于水浸造成交通堵塞，商鋪、停車場被淹，經(jīng)濟(jì)損失巨大。為避免再次遭受嚴(yán)重的內(nèi)澇，提高城區(qū)的排水能力已迫在眉睫。實(shí)施隧道泵房提升改造，提高區(qū)域的排水能力是政府對人民負(fù)責(zé)、保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的責(zé)任體現(xiàn)。

(4)是提高城市排澇能力、防災(zāi)減災(zāi)能力的需要

近年來，因暴雨致城市洪澇災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，導(dǎo)致城市交通癱瘓，居民財(cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重。為促進(jìn)黃埔區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，有必要對存在城市內(nèi)澇問題的片區(qū)黑點(diǎn)盡快進(jìn)行排水改造，通過強(qiáng)排措施，擴(kuò)大排水線路管徑，提高排水能力，提高區(qū)域排澇、防災(zāi)減災(zāi)能力是非常必要和迫切的[3]。

1.2 提升改造意義

城市下穿隧道現(xiàn)狀泵房建設(shè)年限較早，采用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低等問題[4]。需要更換大流量水泵，提高泵房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 提升改造難點(diǎn)分析

汛期進(jìn)行下穿隧道泵房提升改造，如遇到暴雨，抽排措施不足情況下，泵房功能喪失，容易造成隧道水浸。

2 現(xiàn)狀隧道泵房提升改造工藝探究

2.1 泵房改造分析

城市下穿隧道匯水面積較大，外水匯入較多，隧道底部標(biāo)高較低，只能通過抽排的方式進(jìn)行倒水，常規(guī)思路為準(zhǔn)備備用泵，在水泵更換期間進(jìn)行倒排。但現(xiàn)狀泵房總排量為常規(guī)7.5kW、15kW的備用泵排量的10～20倍或更高，且現(xiàn)狀泵井結(jié)構(gòu)尺寸受限，無法放入大泵或多臺備用泵進(jìn)行抽排水，直接拆換作業(yè)，除了履帶式龍吸水排水搶險(xiǎn)車在排水流量上能滿足隧道泵房抽排需求外，普通水泵流量無法滿足。

履帶式龍吸水排水搶險(xiǎn)車為特種搶險(xiǎn)車輛，一般在各大城市的排水公司有備用。但該車多是為城市常規(guī)應(yīng)急搶險(xiǎn)做準(zhǔn)備，難以租用為工程使用，其購買價(jià)格過高，一般改造項(xiàng)目預(yù)算不夠。且履帶式龍吸水排水搶險(xiǎn)車多數(shù)揚(yáng)程較小，不適用于隧道泵房改造。

為在合理投資范圍內(nèi)，安全地改造泵房，避免出現(xiàn)隧道水浸。通過工藝優(yōu)化和合理安排施工時(shí)間，減少泵房斷泵時(shí)間，以經(jīng)濟(jì)、安全的方式對水泵進(jìn)行改造。

2.2 工藝優(yōu)化探究

假定隧道泵房內(nèi)有3臺水泵，均為支管連接到泵房主管，平面布置詳見圖1和圖2。需對3臺水泵進(jìn)行更換。

圖1 隧道泵房平面示意

圖2 隧道泵房剖面示意

2.2.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備主要分為措施設(shè)備準(zhǔn)備、人員準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備、方案及預(yù)案準(zhǔn)備等，一切準(zhǔn)備妥當(dāng)，才能保證實(shí)施過程中能快速處理各種突發(fā)狀況。

(1)措施設(shè)備/材料準(zhǔn)備

主要為水泵準(zhǔn)備，詳見表1。

表1 措施設(shè)備/材料準(zhǔn)備

施工前聯(lián)合排水公司，對現(xiàn)狀管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定抽排的目標(biāo)井或河道，避免出現(xiàn)市政雨水管道排水能力有限，泵房臨時(shí)水泵抽排水受限，無法及時(shí)倒排。

確定目標(biāo)井后，現(xiàn)場進(jìn)行水泵及管道布置，常規(guī)布置1臺15kW水泵常排水，布置1臺柴油動(dòng)力泵強(qiáng)排水。

作業(yè)過程中如突發(fā)黃色及以上暴雨預(yù)警，除上述抽排措施外，立即調(diào)動(dòng)1～2臺動(dòng)力泵至現(xiàn)場補(bǔ)強(qiáng)抽排。在強(qiáng)排的過程中，立即組織焊工使用異徑管將原狀管道和新建管道連接，2h內(nèi)恢復(fù)泵房排水管道排澇能力。

(2)人員準(zhǔn)備

主要為焊工準(zhǔn)備，詳見表2。

表2 人員準(zhǔn)備

(3)材料準(zhǔn)備

①設(shè)備及原材料準(zhǔn)備：a、對所有購進(jìn)原材料的出廠合格證、說明書進(jìn)行驗(yàn)收，并登記記錄；b、對具有合格證的原材料進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢合格方準(zhǔn)使用；c、復(fù)檢不合格的原材料，物資部門做出標(biāo)記，禁止使用并清出施工現(xiàn)場。

②鋼管焊接準(zhǔn)備：a、鋼管原材采用大廠原材，大廠質(zhì)量能得到保證。并對進(jìn)場材料送檢至檢測單位進(jìn)行檢測，材料檢測合格后才能投入使用；b、鋼管可提前焊接部位(如彎頭、法蘭盤等)提前進(jìn)行焊接處理后，對焊接點(diǎn)進(jìn)行超聲波探傷檢測，檢測合格后才能安裝使用。

(4)方案及預(yù)案準(zhǔn)備

方案為支撐施工的必要依據(jù)，施工前需提前完成方案報(bào)批，并反復(fù)斟酌、演練方案的可行性。

施工前提前做好防汛預(yù)案，進(jìn)行桌面演練，防汛巡查責(zé)任到人，確保遇特大暴雨，隧道水浸，能立即啟動(dòng)防汛預(yù)案，組織安全搶險(xiǎn)。

預(yù)案需根據(jù)防汛重點(diǎn)(隧道水浸)成立應(yīng)急工作組，分別為應(yīng)急搶險(xiǎn)組、技術(shù)保障組、后勤保障組、事故調(diào)查組，應(yīng)急工作組之間加強(qiáng)溝通，明確分工，按照應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，確保應(yīng)急搶險(xiǎn)安全落實(shí)。應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制如下：

技術(shù)保障組收到暴雨預(yù)警→后勤保障組清點(diǎn)分發(fā)防汛物資，并對電、通信設(shè)備進(jìn)行檢查→應(yīng)急搶險(xiǎn)組發(fā)現(xiàn)汛情→防汛應(yīng)急管理領(lǐng)導(dǎo)小組發(fā)布啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案→應(yīng)急搶險(xiǎn)小組按各自分工進(jìn)行搶險(xiǎn)→技術(shù)保障組完成各上級部門的對接匯報(bào)，并聯(lián)合水設(shè)所、排水公司對汛情進(jìn)行分析，為應(yīng)急搶險(xiǎn)小組提供技術(shù)保障→防汛搶險(xiǎn)完成→防汛應(yīng)急管理領(lǐng)導(dǎo)小組發(fā)布解除預(yù)警→事故調(diào)查組收集資料分析事故起因和結(jié)果，對事件進(jìn)行定性。

2.2.2 施工時(shí)間選擇

因汛期施工，雨水較為豐富，施工會(huì)切斷現(xiàn)狀隧道泵房的排水能力，隧道存在較大水浸風(fēng)險(xiǎn)。選擇合理的時(shí)間改造，是隧道水泵改造中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

需切斷水泵排澇功能的工序，嚴(yán)格安排在3h～5h非雨期，作業(yè)過程中觀測泵井水位變化，隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)急搶險(xiǎn)。

雖作業(yè)時(shí)間選擇上避開了特大暴雨，如突發(fā)暴雨紅色預(yù)警，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案封閉隧道，聯(lián)系2臺動(dòng)力泵前往現(xiàn)場輔助強(qiáng)排。

2.2.3 與當(dāng)?shù)嘏潘拘纬陕?lián)動(dòng)機(jī)制

當(dāng)?shù)嘏潘緦κ姓芫W(wǎng)排水能力和一年中雨量的變化有較完善的資料。施工過程中與排水公司建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，能最大程度避免一些已知的雷區(qū)，提高施工安全性。

2.2.4 配套管道改造

水泵流量增大，對應(yīng)的排出管道相應(yīng)增大，該部分涉及管道改造問題，主要分為主管改造和連接水泵的支管改造。大多數(shù)隧道泵房本身空間有限，無法保留原管排水，新接入管道。管道改造期間需斷開水泵及排出管，期間泵房排澇能力喪失。

為減少泵房排澇能力喪失的時(shí)間，室外排水主管接入泵房和泵房管道分時(shí)段進(jìn)行，避免長時(shí)間斷管。

(1)泵房外部新建管道接入泵房

該工序無法保留原狀排水通道，需斷管施工。施工只能通過提前完成外部接駁管彎頭焊接，并提前擴(kuò)孔，斷管后施工2個(gè)焊點(diǎn)，焊點(diǎn)位置詳見圖3，原狀主管和新建主管依靠鋼板連接，鋼板中心提前按照舊管直徑擴(kuò)孔，連接形式詳見圖4和圖5。管道高度調(diào)整合適后，安排兩組焊工進(jìn)行作業(yè)，對管+焊接時(shí)間約為2h。焊接完成后，泵房排澇能力恢復(fù)。

圖3 焊接點(diǎn)位布置

圖4 管道連接正視示意

圖5 管道連接剖面示意

(2)水泵主管分段更換

水泵主管更換分兩步作業(yè)，第一步，優(yōu)先切除遠(yuǎn)離出水管的兩水泵連接的主管，并將支管和主管切分。將靠近排出管的水泵連接的主管采用800mm×800mm×10mm的鋼板焊接封堵切口，確保該水泵能正常運(yùn)行。切割及運(yùn)作工藝詳見圖6。

圖6 第一步兩臺水泵主管更換工藝

因該部分主管切斷期間，原泵房有一臺水泵能正常運(yùn)行，配合備用的水泵，能滿足非特大暴雨(因施工著重選擇時(shí)間，遇突發(fā)暴雨紅色預(yù)警，按照2.2.2章節(jié)處理)抽排水要求。

該工序期間可同步進(jìn)行斷開水泵及支管的更換作業(yè)，提高更換效率，在安全的情況下縮短作業(yè)時(shí)間。

第二步，切割斷開3臺水泵的排出主管和支管，更換靠近排出管的單臺水泵主管(需提前預(yù)留支管并臨時(shí)用鋼管封堵，詳見圖7)，并將另外兩臺已換好的主管和更換管用法蘭連接。切割工藝詳見圖8。因該步驟施工有3個(gè)焊點(diǎn)，施工時(shí)間為3h。

焊接完成后，靠近排出口水泵獨(dú)立，遠(yuǎn)離排水口的水泵能利用主管進(jìn)行排水。此后，可獨(dú)立進(jìn)行剩余的單臺水泵及支管更換。水泵及配套設(shè)施更換完成后與主管提前預(yù)留的支管進(jìn)行焊接。焊接時(shí)間為1h。

圖7 預(yù)留支管

圖8 第二步水泵主管更換工藝

2.2.5 水泵更換

(1)干地作業(yè)

在水泵更換期間有其他水泵需要正常作業(yè)，無法將泵井內(nèi)水抽排干凈。為保證施工能順利進(jìn)行，利用雙層沙袋擋水，搭設(shè)高度1.5m。施工作業(yè)期間水泵從自動(dòng)控制調(diào)整為手動(dòng)控制啟動(dòng)，根據(jù)泵房內(nèi)部水尺控制積水深度，1.2m時(shí)進(jìn)行手動(dòng)抽排，既達(dá)到其他水泵正常工況運(yùn)行的目的，又給予了水泵基礎(chǔ)施工干地作業(yè)的條件。沙袋圍堰詳見圖9。

(2)水泵及配套設(shè)施拆換安裝

泵井內(nèi)符合作業(yè)條件后，進(jìn)行基礎(chǔ)及導(dǎo)軌等設(shè)施安裝，安裝完成后進(jìn)行水泵及配套管道、配件安裝。

3 工藝優(yōu)勢

3.1 可操作性

汛期最大的特點(diǎn)為下雨頻繁、多為陣雨。該工藝將泵房水泵提升改造工序進(jìn)行拆分，看似繁瑣，但增加了可操作性，可利用陣雨間隙時(shí)間進(jìn)行分工序施工，單個(gè)工序施工時(shí)間較短，施工完成后可恢復(fù)泵房整體或部分排水功能，配合備用的動(dòng)力泵，泵房排水無壓力。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

逐臺更換水泵，期間能利用原有水泵進(jìn)行抽排水，配備普通動(dòng)力泵，避免了超大型排水設(shè)備的租用，節(jié)約了成本。雨天無法施工水泵改造工序時(shí)，布置巡查人員巡查值守，其他作業(yè)人員進(jìn)行其他項(xiàng)目的施工，無需加班作業(yè)，可把泵房改造作業(yè)作為間歇性作業(yè)內(nèi)容。

3.3 適用性

該工藝對于汛期改造，特別為雨量豐富地區(qū)進(jìn)行隧道泵房提升改造有一定的適用性。無長時(shí)間好天氣的作業(yè)條件，合理安排工序進(jìn)行作業(yè)成為了重點(diǎn)。

3.4 安全性

該工藝阻斷下穿隧道泵房排水能力時(shí)間較短，極大提高了隧道泵房水泵改造期間的安全性。工藝通過拆分，過程中均有短時(shí)間恢復(fù)1～2臺水泵排水功能的優(yōu)勢，加上備用動(dòng)力泵的配合，如遇突發(fā)特殊的紅色暴雨預(yù)警時(shí)，可較快地恢復(fù)隧道泵房排水功能，極大地減少經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)采取工序拆分，弱化了汛期天氣多變對城市現(xiàn)狀下穿隧道泵房提升改造的影響，能在汛期循序漸進(jìn)地進(jìn)行施工作業(yè)。

(2)能根據(jù)天氣情況，合理安排當(dāng)日施工內(nèi)容，避免了長時(shí)間阻斷隧道泵房排水通道。遇到天氣突變，能快速簡單應(yīng)對，避免了突發(fā)性搶工還無法改變隧道水浸等現(xiàn)象出現(xiàn)。

(3)施工方式便捷，主管分段安裝，解決了泵房內(nèi)無法進(jìn)入大型吊裝設(shè)備、無法起吊等問題，利用泵房內(nèi)自帶的電動(dòng)葫蘆即可完成吊裝。

(4)充分利用原水泵的排水功能，縮減了措施費(fèi)投入，控制了成本，減少了審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 展望與建議

通過工序拆分，使在汛期進(jìn)行城市現(xiàn)狀下穿隧道泵房提升改造進(jìn)入了流水化作業(yè)階段。標(biāo)準(zhǔn)化的拆分，可前后調(diào)整的工序，均削弱了天氣對施工的影響。通過工藝優(yōu)化，利用計(jì)劃拆除的水泵和新安裝的水泵作為主要倒排工具，減少了在措施費(fèi)上的投入，降低了施工成本。拆分后的工序簡單，能在各種突發(fā)情況下恢復(fù)泵房功能，減少隧道水浸風(fēng)險(xiǎn)。

本文對城市現(xiàn)狀下穿隧道泵房提升改造工藝的優(yōu)化探究，有利于通過對隧道區(qū)域水患的處理，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的效果；有利于維持生產(chǎn)、生活秩序，提高交通通行的安全性，減少水浸造成的經(jīng)濟(jì)損失。目前國內(nèi)城市大力推行打造宜居城市，將工序拆分運(yùn)用到現(xiàn)狀隧道泵房水泵提升改造項(xiàng)目，減少工程投資，有序推進(jìn)工程進(jìn)度，打破汛期不適合涉水改造項(xiàng)目施工的壁壘。

但本論文仍存在部分需深入研究的地方，如：工藝拆分雖提高了施工期間隧道的安全性和可實(shí)施性，但針對下穿隧道泵房搶險(xiǎn)類項(xiàng)目不適用；部分施工工序仍存在需切斷排水通道作業(yè)，雖然時(shí)間較短，但仍受天氣影響，施工期間無預(yù)警突發(fā)特大暴雨，隧道仍有水浸風(fēng)險(xiǎn)；管道連接仍使用傳統(tǒng)的鋼管進(jìn)行焊接或法蘭連接，未深入研究是否有替換性工藝和材料，減少管道連接時(shí)間；未考慮下穿隧道周邊排水系統(tǒng)排水能力不足情況下的處理方式等。