一座岸边水下泵站的设计布置

李姝雅 黎运棻

（山西省水利水电勘测设计设计研究院 山西太原 030024）

这座黄河岸边水下泵站，位于黄河壶口瀑布下游5 km东岸的山谷河段，用于浇灌著名的吉县苹果园地，设计引水流量0.6 m3/s,经6级扬水和相应输水管道输水至各园地，最高地形总扬程713 m。

站址位于黄河漫滩岩层上,为三叠系砂质泥岩和砂岩互层。呈平缓单斜构造，倾角小于8°，强风化层厚约2.5 m，以下为弱风化的泥岩和砂质泥岩，14 m以下岩层为薄层细砂岩，结构致密坚硬，岩芯完整，地下水补给黄河。

站址处黄河河床稳定，但水位随流量大小有较大变幅，以相对高程计的特征水位如下：

95%日保证率水位 116.28 m

50%日保证率水位 117.08 m

设计最高运行水位 126.76 m

3.33 %防洪水位 135.00 m

1.0 %防洪水位 137.95 m

泵站位于黄河东岸高于河床近百米的陡峭岩崖下的漫滩岩层上，枯水期滩岩露出水面。泵站设计既要适应95%日保证率水位116.28 m时引水，又要满足防洪水位要求，最大水位差21.67 m。经综合比较，采用水下泵站布置，阐述如下。

1 引渠、进水闸

为日保证率95%取水，引渠长30 m,底宽1.5 m，纵坡1/100。进水闸底高程115.50 m，低于最低引水位0.78 m，闸孔尺寸b×h=1.0 m×1.8 m,闸宽 2.6 m,长 8.86 m,闸顶高程 122.50 m,按最高运行水位126.76 m确定启闭台高程127.50 m,见图1。

闸门采用组装式平面拱形铸铁闸门，下游止水，手电两用螺干启闭机启闭，由于螺杆长大于10m，在其间设有支撑座。闸门前设两道拦污栅，互为备用，并兼作检修门槽，采用移动式手动葫芦架启闭。根据黄河历年冰凌期水位，沿闸顶排架柱上游面设有破冰体。

图1 1-1剖面图

图2 水源泵站平面图

图3 2－2剖面图

2 前池

为缩小在黄河中构筑施工围堰规模，前池置于泵站厂房上游侧，与主、副厂房呈“一字形”布置，有别于通常位于厂房前缘的布置。前池体形为内径5 m圆形结构，且与进水闸呈切线相交，以形成池内环流,防止泥沙淤积。池底板顶面高程114.00 m，最小水深2.28 m。池顶板标高122.50 m,与进水闸闸门后闸顶形成封闭结构，相应的池顶人孔也有封水设施，防止洪水造成淤积，并有气孔通至最高水位以上。内径50 cm的水泵吸水管伸入池中，池内安装有液位传感器。

3 主厂房

厂房基础坐落于弱风化砂岩上，主厂房外轮廓沿进水管水流方向长12.15 m,宽10.8 m，建基面以上厂房高7.9 m。主厂房底板厚1.2 m,顶板厚0.8 m,边墙厚1.0 m。沿长度方向一端为副厂房，见图2。采用混凝土标号C25，抗冻等级为W6，抗渗等级为F150。

主厂房底板顶面高程118.20 m,顶板底面高程124.10 m,净空5.90 m。顶板顶面高程124.90 m,比最高运行水位126.76 m低1.86 m,低于设计洪水位10.1 m,低于校核洪水位13.05 m,丰水期和洪水期完全形成水下泵站。

主厂房内安装单级双吸离心水泵SLOW250-470三台，呈双排交错布置，安装高程119.20 m,额定流量3×0.3=0.9 m3/s,额定扬程56 m。配Y355M-4电机，泵站装机容量3×250=750 kW。

水泵出水管内径40 cm,中心高程118.90 m,与内径70 cm的总管在厂房内正交，经镇墩弯起至121.50 m标高穿出厂房外,见图 3。

水泵吸水管内径50 cm,在厂房内进水管段安有电动检修闸门，为水泵检修之用。水泵出口安装液控止回阀，作为事故水锤防护阀，当停机或断电时分两段关闭，将倒转速度限制在规定范围；回止阀也为工作阀门，在水泵启动时关闭此阀门，当水泵达到额定转速、额定压力时开启阀门，以保水泵轻载启动。另外各出水管上还安装电动阀门，为单台水泵或回止阀检修之用。在进出水管上均安装有伸缩节，总管上装有电磁流量计。

在水泵进、出水管分别安装真空、压力变速器。技术供水由上一级泵站蓄水池供水总管供给，并由供水总管加压至消防水管。

厂房内排水汇入集水井，由液位控制器控制两台互为备用的排污泵，将集水排出厂房外。主厂房内设电动单梁吊车一台。

在主厂房一侧设一面机旁屏，用以现地控制泵组及各闸阀运行。

4 副厂房

如图2和图3所示，兼作交通塔井的副厂房在主厂房一侧，底层外轮廓尺寸6.5 m×10.80 m，为满足抗浮要求及结构的合理性，外轮廓尺寸随层高不同，塔井分层壁厚1.2～0.6 m,分五层布置。顶层为进口平台，标高138.80 m,高于校核洪水位0.85 m；第四层为配电室层；第三层为低压开关室层；第二层为中控室层；底层为安装层，与主厂房连通。

中控室内设置一面泵组LCU屏，一面公用LCU屏，一面水测屏及两台监控计算机。公用LCU屏设有通讯交换机及单模光端机，通过光缆及监控设备实现通信连接，能监控泵组运行。

在塔井一侧为楼梯间，中间为吊物井。进口平台以上设有启吊操作间，有电动单梁吊车一台。屋顶标高166.40 m，塔井建筑总高29.40 m。

副厂房属高耸结构，在稳定和结构计算中，分别考虑了岩土压力、水压力、浮托力、风浪压力、风荷载、冰压力、动水压力、温度应力以及地震荷载等，限于篇幅，不再赘述。

5 内外交通

塔井既为副厂房，又是水下厂房的对外通道。原设计塔井进口平台与拟开凿的东岸山岩道路间有斜拉工作便桥相连，由于投资等原因暂缓，暂用围绕塔井外壁的钢梯，由塔井进口平台下至厂房外127.50 m平台。由厂房外平台经主厂房顶侧边127.50 m走廊，分别通向主厂房顶、进水闸和启闭台，便于运行管理操作。洪水过后，便于管理人员用高压水抢辅以人工对厂房外进行清理。

6 结语

（1）本文阐述的岸边水下泵站布置，适应了站址前黄河水位变幅大的特点，布置紧凑，充分利用了厂房空间，从而节省工程资金，在沿黄河泵站设计中尚属首创。

（2）进水闸闸门后与前池亦为水下封闭式，闸后出流方向与圆形前池近于相切，形成池内环流，可避免前池泥沙淤积，也是多沙河流取水泵站设计的一项改进。