一体化预制泵站在雨水泵站中的应用

任 亮

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

0 引言

一体化预制泵站在欧洲有近50 a的使用历史，占泵站总数的比重达70%以上。中国于2010年引进一体化预制泵站，由于其具有占地面积小，施工速度快，操作维修简便，对周边环境影响小等特点，在国内应用较多，在国内南方有较多的项目实例，并且运行良好。目前在大连、济南、银川、唐山等北方城市也开始应用。

1 一体化预制泵站简介

一体化预制泵站的筒体采用先进的强化玻璃钢（GRP）铸造而成。泵站主体由GRP井筒、水泵、管道、阀门、传感器、控制系统和通风系统等部件组成（见图1）。进水管可根据要求设置粉碎性格栅。

图1 一体化预制泵站组成示意图

预制泵站的优势：

（1）预制泵站占地面积小。

（2）筒体材质为强化玻璃钢，防腐蚀能力很强。

（3）施工速度快。考虑基坑开挖、支护、工厂生产和现场安装调试，总工期约一个半月左右。

（4）预制泵站外观美观，筒体无泄漏，绿色清洁。

（5）针对泵站底部杂质淤积和臭气问题，采用自清洁底部设计，泵站无需人工清淤。

（6）内置控制和通讯装置，具有远传功能，可实现无人值守，节省管理费。

目前一体化预制泵站单个泵井直径最大为4 m，由于交通等条件的限制，筒体内空间有限，仅能安装流量小于1.0 m3/s的潜水泵，因此基本应用于流量较小的污水提升泵站，对于流量较大的污水和雨水泵站限制较大。目前常用的一体化预制泵站规模为1.0 m3/s以下，表1为国内部分正在施工的一体化预制泵站。

表1 国内部分正在施工的一体化预制泵站一览表

2 雨水泵站案例

某雨水泵站近期规模2.0 m3/s，远期规模3.0 m3/s，位于渤海湾区域，临近海域，属于软土地基，泵站周边为生态公园。根据使用要求此泵站需在三个月内建设完成，因此该工程选择了占地面积小，施工速度快的一体化预制泵站。

2.1 庭院布置（见图2）

图2 一体化预制泵站庭院图

一体化预制泵站庭院占地535 m2，箱式变电站及值班室面积50 m2，泵房位于庭院中部，箱变分别位于庭院东西部，中间设置检修道路。箱式变电站设置双电源双设备。其主要组成部分为1个格栅井和3个预制泵井。

2.2 工艺设计

根据雨水泵站进水管网及排水出路资料，泵站工艺数据如下：

（1）DN2 000 mm雨水泵站进水管，管内底高程：-0.800 m.T.D；

（2）雨水泵站排水出路为渤海，雨季平均高潮位3.194 m.T.D，100 a一遇极高潮位4.973 m.T.D；

（3）DN1 800 mm雨水泵站出水管，管底高程：0.700 m.T.D；

（4）预制泵井内最低水位：-1.800 m.T.D；

预制泵井内最高水位：-0.300 m.T.D；

泵站室外设计地面高程：5.500 m.T.D；

图3为一体化预制泵站工艺流程图。

图3 一体化预制泵站工艺流程图

雨水泵站进水来自规划单排d2000 mm雨水管道，进水接入格栅井粉碎污物，然后通过配水堰均匀配水给3个预制泵井，通过潜污泵提升后通过3根DN1 200 mm管道汇集为1根DN1 800 mm管道，在DN1 800 mm管道上设置蝶阀，以作检修用，在排入渤海湾前设置防潮井，安装鸭嘴阀防止海水倒灌。

2.3 泵井组合设计

目前一体化预制泵站单个泵井直径最大为4 m，单筒流量为1.0 m3/s，为满足泵站3.0 m3/s的设计规模，需要设置3个预制泵井，为拦截污物，保证泵井内水泵运行安全，在3个预制泵井的前部设置1个格栅井，同时通过格栅井向3个泵井进行均匀配水（见图4）。

图4 一体化预制泵站组合示意图

格栅井内安装粉碎性格栅1台，3个预制泵井内分别安装3台潜污泵（单泵流量0.33 m3/s，扬程11.7 m，功率73 kW），雨水通过粉碎性格栅后配水排入3个预制泵井。按照建设方要求进行分期建设，近期实施格栅井和2个预制泵井（泵井1和泵井2），规模达到2 m3/s，远期实施1个预制泵井（泵井1），规模达到3 m3/s。

格栅井内安装粉碎性格栅，将来流的大颗粒粉碎为6～12 mm的小颗粒，格栅由多个旋转的轴构成，每个轴上都装有碟片，垫片相互啮合形成过滤面。当轴旋转时，带动碟片旋转，从而使固体杂物被传送到粉碎机上，而水则从碟片之间的间隙通过。为满足3个预制泵井配水均匀以及消能要求，采用在格栅井粉碎格栅后增加堰的设计，堰设在格栅井3根DN1 200 mm出水管前端,水流主要通过顶部溢流而流向3个泵井，堰不仅可以耗散进水管中能量，而且底部开口可以起到清淤以及均衡水量的作用。

预制泵井内分别安装3台潜污泵，水泵采用自耦立式湿式安装，出水管路安装闸阀和止回阀，为满足多个泵坑配水均匀，以及消能，在泵坑入水口之前增加溢流堰等设计。泵井最低水位标高-1.800 m，最高水位标高-0.300 m，满足单台水泵50 s的流量，一体化预制泵站通过利用泵井的竖向空间代替常规泵站集水池平面面积要求，最终达到减小占地面的目标。通过计算流体动力学（CFD）分析应用两相流动模型,对该泵站的流态进行了非定常数值模拟，通过模拟得到了水泵吸入口流态和泵坑底部的流动分布情况，水泵吸入口流线相对比较均匀，没有发现大的涡流，大部分底部速度均超过0.3 m/s，可以大大减小底部淤积情况（见图5）。

图5 一体化预制泵站内部结构示意图

2.4 结构设计

雨水泵站所在地点临近渤海湾，属于软土地基，因此一体化预制泵站基坑采用混凝土灌注桩进行支护。

由于工程分两期施工，故需设置两个基坑来满足泵房安装需要（见图6）。一期工程包含1个格栅井和2个泵井，基坑尺寸为直径11.8 m，槽深8.0 m，明开2 m后采用灌注桩支护，灌注桩桩径800 mm，桩长22 m；二期工程包含1个泵井，为防止二期施工时打桩机械进场破坏站内路面，一期工程施工时，同时施工二期的支护桩，但不对二期工程基坑进行开挖。二期基坑尺寸为直径6.4 m，槽深8.0 m，桩径800 mm，桩长22 m，施工时，仅将支护桩桩顶做到设计地面下1 m，待二期施工时明开此1 m段。

图6 分期开挖基坑示意图

为满足泵房抗浮要求，一、二期基坑底均满铺钢筋混凝土底板，板厚600 mm，并与预制泵井、格栅井可靠拉结。

由于泵房分两期施工，二期施工时，基坑降水可能会造成邻近地面下沉，为避免一期箱变发生倾斜，一期箱变直接采用混凝土灌注桩，二期箱变采用混凝土整体基础。

3 结语

通过该水泵站设计，一体化预制泵站充分利用预制泵井下部竖向空间满足集水池单泵30 s流量的有效容积要求，避免频繁启动水泵，与常规泵站相比有效减小了占地面积，并且通过计算流体动力学（CFD）分析泵站流态，设置溢流堰的措施保护水泵运行安全。结合该工程施工周期要求紧，占地面积要求尽量小，环境要求高，分期建设的特点，一体化预制泵站具有明显优势，但其规模受单个泵井尺寸的限制，并且在地质条件较差区域的基坑支护方案费用较多。因此在应用一体化预制泵站时应具体结合建设要求和场地限制条件，充分发挥其优势。