天津市某雨水泵站工程设计

2014-11-26任艳琴王舜和

山西建筑 2014年29期

任艳琴王舜和

(1.天津市润标建筑设计咨询有限公司，天津 300192; 2.天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

1 泵站内容规模及建设必要性

本泵站工程服务区域为新建片区，为确保排水设施建设与城区的发展速度相协调，尤其提升地区排沥和排污能力，应采取措施保证解决汛期降雨积水等问题，为当地工业企业、人民生活带来便利。通过本工程建设的雨水泵站将沥涝水排入规划湖区，可有效解决城区的积水排泄问题，而且还可以有效地改善区域的生态环境，为湖区补水，同时带动相关行业的发展，实现工程水利、资源水利、生态水利的有机结合，因此工程的建设是十分必要的。

本工程建设目的为排沥，通过雨水泵将本区域沥水排入规划湖区，工程主要内容包括:

1)泵站主体工程:新建设计排沥能力11 m3/s雨水泵站;地上附属建筑1座，内设值班室及高低压变配电室;转弯井及蝶阀井各1座;围墙及大门、庭院上下水、照明、道路、绿化等。

2)配套工程:新建2组双排D2 200 mm预应力钢筒混凝土出水管，压力转弯井及八字出水口等。

根据规划，雨水泵站控制流域面积共4.2 km2，排沥标准与排水模数分别为:设计重现期为一年，径流系数0.55，计算雨水干管长度3 580 m，降雨历时153 min，换算成排水模数为2.68 m3/(s·km2)。经计算设计排沥流量为11.0 m3/s。

根据计算，本工程设计排沥流量为11 m3/s，依据GB 50265-2010泵站设计规范，确定该工程为Ⅲ等中型工程，泵站主要建筑物如泵房、站前节制闸、前池、压力出水池、压力方函等建筑物级别为3级。

2 泵站基础高程资料

本工程位于天津市，站区规划地面高程为3.800 m，进出水水位设计资料如表1所示。

表1 泵站进出水水位设计资料 m

3 泵房及出水闸井方案选择

3.1 雨水泵房设计方案

雨水泵房主要有两个方案可供选择:

1)潜水泵房方案;2)干式离心泵房方案。

两种方案的优缺点比较见表2。

表2 泵房方案的优缺点比较表

根据潜水泵和干式泵运行的特点，结合本工程进水管道较深、维护保养、运行效果及产品适用性等多个因素，本设计采用“潜水泵房”作为雨水提升泵房设计方案。

3.2 出水检修阀(闸)门布置形式的选择

本工程最终排水出路为规划湖区，在非汛期为防止水倒灌进入泵站，影响泵站管理保养，需要在出水管路设置阀门或者闸门。根据本工程特点，泵站选址距离最终排放口较远，为运营管理方便应在泵站内出水池处和最终排放口处分别设置阀(闸)门。设计选择以下几种布置方案:

方案一:设高位出水池，使泵后排水重力流出，此时出水池处设手电两用闸门，最终排放口处设叠梁闸。

方案二:设压力出水池，排水为压力流，出水池后设蝶阀，最终排放口设手电两用闸门。

由于大口径蝶阀的成本远高于同口径的手电两用闸门，因此在出水管路不长，泵站扬程不大的情况下，多采用方案一的布置形式。但对于本工程而言，出水管路距离较远，经过水力计算，在洪水位高程下，出水池壅水高程为8.66 m，即高位出水池液位高于地面约4.86 m，不适合采用方案一的布置方式。因此推荐采用方案二作为出水检修阀(闸)门布置形式，当泵站内部维修时，可关闭出水蝶阀。出水闸门用于蝶阀损坏或者进行出水管路维修时，临时截流使用。

4 泵站设计扬程核算及水泵选型

4.1 泵站设计扬程Hr的确定

其中，Hjr为泵站设计几何扬程;hf为进出水系统的水头损失;v2/2g为水泵出口动能损失。

管路损失扬程=沿程损失+局部损失。

1)当设计扬程时，泵站出水为设计流量，出水管道水头损失为0.88 m。

2)当最大扬程时，泵站出水为水泵高效段最小流量，出水管道水头损失0.68 m。

3)当最小扬程时，泵站出水为水泵高效段最大流量，出水管道水头损失1.05 m。

因此本泵站工程设计扬程为5.0+0.88+1.5(安全水头)=7.38 m。工作范围为 3.66 m ～10.04 m。

4.2 水泵选型

根据泵站的建设规模和运行特点，本泵站的装机台数在5台～8台为宜。作为排涝为主的泵站，实际排涝流量变化较大，为使调度运用灵活，单机流量不宜过大。但流量太小，台数太多时又会导致土建、机电投资增加。综合考虑，初步选择:

方案一:6台，单台流量1.83 m3/s(6 588 m3/h);

方案二:8台，单台流量1.375 m3/s(4 950 m3/h);

方案三:5台，单台流量2.2 m3/s(7 920 m3/h)。

设计扬程均为7.38 m。

各选型参数对比如表3所示。

表3 水泵选型参数对比表

本工程规模中等，出水管线较长，需进行多次转向，局部水头损失较高。从以上对比可以看出，相对于方案二，方案一和方案三投资费用较省，工程占地面积少，但开挖深度较大;方案二占地面积较大，但开挖深度较小。综合比较，三种运行方案均可，投资差别不大。但从泵站结构稳定性角度，以偶数泵为宜，结合工程投资情况，选择6台水泵的布置方案。

5 泵站主体工艺设计

5.1 总平面布置

根据规划部门提供的进出水管线路，本工程进水主干管来自泵站北侧，而出水管线自南向北进入规划湖区。为减少进出水管线长度，泵站内部布置采用泵站主体在北侧，厂内运输检修道路在周边，附属建筑用房在南侧的布置方式。主要构(建)筑类型包括:进水交汇井、进水方函、站前节制闸、粗格栅、前池、泵房、压力出水池、蝶阀井、配电管理用房等组成。当泵房内雨水积蓄到工作液位时通过水泵提升至压力出水池，经过蝶阀井后由双排D2 200 mm出水管排放至湖区。当水泵启动后，蝶阀井内蝶阀工作状态为开启，水泵停止后蝶阀应关闭。

5.2 泵站进水池

泵站进水部分包括站前节制闸、粗格栅、泵池、压力出水池四个部分，均为地下整体式布置。雨水泵房进水汇合后通过站前节制闸，设4座W×H=1 800 mm×1 800 mm的手电两用铸铁方闸门，用于泵池检修时临时截断泵站来水，闸孔中心距离池顶6.7 m。随后通过4条廊道分别通过粗格栅，去除水中直径较大的杂物，以保护水泵的稳定运行。粗格栅采用4组(2套)移动式格栅除污机，栅槽宽2 500 mm，栅宽2 400 mm，栅条间隙40 mm，倾角70°，格栅最大淹没深度3.6 m。

5.3 泵房主体

雨水泵房主体包括站前泵池、压力出水池。进水采用正向进水方式，扩散角约为20°，泵房垂直水流方向呈一字形布置，采用湿式型泵房，钢筋混凝土结构，水泵采用6台潜水轴流泵，水泵间以隔墙隔开，泵房主体总长30.2 m，宽24.7 m。轴流泵采用钢制井筒，井筒长度约6.9 m，顶部配有自动排气阀和蝶阀。泵房底标高 -5.800 m，轴流泵开泵液位 -1.500 m，停泵液位 -3.800 m，水泵参数见表4。

表4 水泵参数表

5.4 泵房出水池

泵房采用压力出水池，与站前节制闸、粗格栅、泵池均为地下整体式布置，总宽5 m，长19 m，呈矩形布置，为保证流态两侧泵位出口处设抹角。压力出水池顶部设检修用压力盖板，并配有放气阀等必要设备。出水池内设6台DN1 000 mm拍门，接轴流泵钢制井筒。经过水力计算，在洪水位高程下，出水池壅水高程为8.66 m，即出水池顶部压力约5 m。

5.5 出口转弯井及蝶阀井

由于泵站需要调整出水方向，为此需建1座出口转弯井，为节省占地和投资，设计将转弯井和泵房主体合建。蝶阀井内安装2台D2 200 mm手电两用蝶阀和2台D2 200 mm伸缩接头。蝶阀井内蝶阀工作状态为常开，遇泵站阀前构筑物、机电设备检修时关闭。蝶阀井后接2组双排D2 200 mm预应力钢筒混凝土管，接入规划湖区。

5.6 配电管理用房

配电管理用房位于泵站南侧，为单层钢筋混凝土框架结构，长37 m，宽8.85 m，总建筑面积327.45 m2。房内设变配电间、污水泵房配电间、值班控制室和卫生间等。配电间共设主要出入口4个，均为乙级防火门，房间窗户采用1.8 m×1.5 m乙级防火窗。外墙贴暗红色墙砖，屋面采用坡屋顶，坡度为22.5°，挂浅灰色波纹瓦，自由排水。