排涝泵站改为双向引水泵站的措施分析

杨 亮，李 悦，杨 毅

（盐城市水利勘测设计研究院有限公司,江苏 盐城 224002）

根据2021 年上半年国家、省重点考核断面水质监测情况,盐城市第Ⅲ防洪区内串场河水环境质量水质类别为Ⅴ类,未达到Ⅲ类水质要求。串场河是流经第Ⅲ防洪区的重要河道,通过对串场河河道水环境进行综合整治,可提升城市核心区环境容量、消除黑臭、改善水质、提高水安全等级。据此2021 年年初对串场河进行整治,工程涉及串场河河道疏浚13.5 km,大新河河道疏浚3.6 km,对大新河闸站、东伏河闸站进行双向改造,各增加引水流量5 m3/s。本文对其中东伏河闸站工程新增引水功能的改造措施进行简单的分析和介绍。

1 工程重难点

东伏河闸站位于盐城市区第Ⅲ防洪区沿线防洪圈上,是区域的主要防洪、排涝建筑物之一。闸站设计排涝流量为20 m3/s,站内安装1600 QG型潜水贯流泵3 台套,闸站设自排孔1 孔,孔口净宽6 m。当防洪区内水位抬高时,关闭自排孔闸门开机抽排。无需排涝时开启自排孔闸门,通过自排孔自引外河水稀释内河污水,改善内河河道水质。但根据水质监测报告结果,防洪区内河道靠防洪圈防洪泵站自排孔自引外河水稀释内河水已经不能满足水环境的要求,迫切需要对沿线建筑物进行改造,新增引水功能。

改造工程相对于新建工程,限制因素较多,设计局限大,施工工艺要求高。本工程重难点分析如下：

1）设计尺寸、高程等受现状结构限制

泵站为排涝建筑物,设计水位较高,但引水工况下,设计水位低。若将现有单向潜水贯流泵改为双向泵,水泵叶轮的淹没深度不能满足最低水位的运行条件。故只能利用现状自排孔进行双向改造,在自排孔内布置引水泵。在此条件下,泵站的底板高程、泵室宽度等均受现状结构限制,不能改变,设计条件限制较多。

2）截流抽水后对建筑物安全影响较大

施工时站身上下游打坝抽水后,河道内水位降低,但站身两侧及翼墙墙后水位较高,墙前、墙后水头差较大,经过计算施工期翼墙稳定不能满足规范要求,无法保证建筑物安全。

3）改造后不能影响建筑物的外观协调性

为景观需求,东伏河闸站设计时泵室上方未布置厂房,改造后的工程不宜有高出现状墩顶的部分,影响泵站外观整体的协调性。

4）施工难度大

由于改造在现状自排孔内进行,施工范围受限,施工机械及工艺要求提高。新增水泵还会涉及新增水泵梁、胸墙、工作闸门及门槽等部件,新增钢筋混凝土结构一般需要采用植筋工艺,施工精度要求高、难度大。

2 工程改造措施

原工程站身为闸站结合形式,设自排孔1 孔,抽排孔3 孔,自排孔净宽6 m。站身采用块基整体结构,站内设3 台1600 QG7.3-1.6 潜水贯流泵,水泵叶轮中心安装高程-0.75 m,底板面高程-2.00 m,底板厚1.2 m,闸站顶高程4.50 m[1]。

2.1 引水方案选择

本工程改造的目的是增设引水功能,在正常干旱年份城市内部水位较低时,通过泵站补充城市内部水量,维持生态水位,确保水生态、水环境安全。根据工程实际布置,选择对现状自排孔进行改造,使其实现引水功能。闸站现状自排孔结构见图1。

图1 现状站身自排孔结构图

（1）方案一（双层流道方案）

原闸站自排孔无通航要求,拟将自排孔改造成两层,底层保留自排功能,上层增设引水泵引水,控制水泵流量5 m3/s。底层两端各设钢闸门一道,用于防洪、引水、自排和保水。此方案应用较多,较为成熟。考虑到引水工况时,进水池水位较低,可采用立式轴流泵方案。工程拟设计采用2 台900ZDB-125型潜水轴流泵,单机设计流量2.82 m3/s,水泵出口配侧翻式节能型拍门断流。

现状自排孔底板面高程-2.00 m,水泵喇叭口中心至底板面控制距离0.75 m左右,则水泵喇叭口安装高程-1.25 m,根据样本,叶轮中心线安装高程约-0.74 m,叶轮淹没深度不小于90 cm,同时考虑20 cm拦污栅及其他损失,进水侧水位在0.36 m以上可开机运行。

（2）方案二（闸门泵方案）

将原通航孔改造成闸门泵,即水泵（单向泵）与自排孔闸门结合,控制水泵流量5 m3/s。反向保水可利用拍门,原一字门挡洪。

表1 方案优缺点对比表

引水工况时,进水侧水位为0.50 m,方案二不能满足要求,选择方案一双层流道方案。

此方案需在自排孔两侧墩墙打孔植筋后浇筑胸墙及水泵梁等钢筋砼结构,同时需在外河侧增设防洪闸门,内河侧增设保水闸门,在外河侧原检修门槽内布置拦污栅一道。

2.2 闸门、启闭机布置

根据工程实际情况,本工程采用平面直升式钢闸门,卷扬式或液压启闭机启闭。本工程原设计闸站上部无建筑物,因此本次改造尽量保持原建筑风格不变。根据改造需要适合本工程的启闭设备主要为卷扬式启闭机和液压启闭机。

根据工程运行调度方案,工程在防洪排涝时,布置在外河侧的闸门应提升至最高运行水位以上,卷扬式启闭机和倒挂式液压启闭机上部需增设较高排架和工作桥或启闭机梁,整体效果差,不建议使用。

顶升式液压启闭机在非汛期,门顶最高高程与现有建筑物同高,汛期短时间高程高出约2.0 m。推荐使用顶升式液压启闭机。

2.3 电气改造

闸站改造新增2 台900ZDB-125 型潜水轴流泵,故工程电气项目需进行相应改造。新增2 台潜水轴流泵配套130 kW电机,两台电机单独运行,不与原电机同时运行,故变压器容量无需增加。在原主接线母线上增加GCS型电机控制柜1台,布置在原低压室内,供水泵控制运行使用；现场新增现场控制箱（含急停功能）2 只,供水泵现场控制使用。新增液压启闭机用电由动力配电柜备用出线回路引来,控制箱均由设备厂家配套提供。现场根据需要通过主副厂房内的电缆沟及部分管路局部凿除,预埋电工保护管引接至用电点。

2.4 改造总布置

根据上述方案,工程主要改造项目有：①原自排孔改为抽引孔,增加引水流量5 m3/s,抽引孔布置900 ZDB-125 型潜水轴流泵2 台；②抽引孔原检修门槽内布置拦污栅1道；③抽引孔水泵进、出水口各增设闸门1 道,配顶升式液压启闭机启闭；④布置水泵,抽引孔内新建胸墙、流道及启闭机梁等钢筋砼结构,钢筋砼采用植筋法与原墩墙相接；⑤在保水工况下,外河水位低,抽排孔现有水泵流道外侧拍门漏水严重,在外河侧设工作闸门1道,顶升式液压启闭机启闭；⑥墩顶临空、临水侧布置安全栏杆；⑦相应电气接线、控制柜改造。改造后自排孔结构见图2。

图2 自排孔改造后结构图

3 施工重难点

3.1 多孔同时施工站身稳定及抗浮不能满足要求

工程设计时只能单孔进行检修,工程施工也应单孔进行。工程4 孔都有新增闸门,需要新增门槽,但由于工程工期紧,4孔逐一施工混凝土形成设计强度需要的时间较长,不能满足工期要求,故需要4 孔同时进行施工。4 孔同时施工时,泵站内抽水后泵站的抗浮、稳定等不能满足设计要求。为使施工期泵站的抗浮、稳定能满足规范要求,施工时使用水袋充水,置于泵站顶部,增加向下的重力,抵消浮力的影响[2]。

3.2 上、下游连接段稳定结构稳定不满足要求

工程施工围堰若施打在工程防护段外侧,会致使翼墙墙前、墙后水头差过大,翼墙稳定不能满足规范要求。为降低施工过程中对周边建筑物的影响,施工时使用异形钢围堰,紧贴于站身和清污机桥墩墙外侧布置,钢围堰布置于抽排孔,宽约14 m,总净重约31.4 t。自排孔利用检修门槽临时布置钢闸门挡水。钢围堰的运输、吊装需要编制专项方案,钢围堰通过平板车经公路运输至改造现场再配合200 t汽车吊进行安装。

4 改造结果评价

闸站改造后已组织多次运行,运行过程中主机泵启停平稳,设备运转稳定；主电机功率、电流等数值正常；运行过程中机组振幅、噪音均在允许范围内；泵体完好,闸门启闭正常,工程总体满足功能要求。通过2 座排涝泵站的改造,区域引水流量增加10 m3/s,提高了区域引水、活水能力,促进了水环境的提升,工程已发挥应有效益[3]。

本次改造工程工期紧、建设任务重、施工环境复杂多变。工程建设期间,上级领导高度重视、各级政府部门大力支持,各参与单位提前规划、科学设计、精心组织,协同实施各项工作,使工程各项建设目标圆满完成。工程建成后应加强管理,确保工程持续稳定发挥社会经济效益。