一體化預(yù)制泵站在雨水泵站中的應(yīng)用

任 亮

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

0 引言

一體化預(yù)制泵站在歐洲有近50 a的使用歷史，占泵站總數(shù)的比重達(dá)70%以上。中國于2010年引進(jìn)一體化預(yù)制泵站，由于其具有占地面積小，施工速度快，操作維修簡便，對(duì)周邊環(huán)境影響小等特點(diǎn)，在國內(nèi)應(yīng)用較多，在國內(nèi)南方有較多的項(xiàng)目實(shí)例，并且運(yùn)行良好。目前在大連、濟(jì)南、銀川、唐山等北方城市也開始應(yīng)用。

1 一體化預(yù)制泵站簡介

一體化預(yù)制泵站的筒體采用先進(jìn)的強(qiáng)化玻璃鋼（GRP）鑄造而成。泵站主體由GRP井筒、水泵、管道、閥門、傳感器、控制系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)等部件組成（見圖1）。進(jìn)水管可根據(jù)要求設(shè)置粉碎性格柵。

圖1 一體化預(yù)制泵站組成示意圖

預(yù)制泵站的優(yōu)勢：

（1）預(yù)制泵站占地面積小。

（2）筒體材質(zhì)為強(qiáng)化玻璃鋼，防腐蝕能力很強(qiáng)。

（3）施工速度快。考慮基坑開挖、支護(hù)、工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝調(diào)試，總工期約一個(gè)半月左右。

（4）預(yù)制泵站外觀美觀，筒體無泄漏，綠色清潔。

（5）針對(duì)泵站底部雜質(zhì)淤積和臭氣問題，采用自清潔底部設(shè)計(jì)，泵站無需人工清淤。

（6）內(nèi)置控制和通訊裝置，具有遠(yuǎn)傳功能，可實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)省管理費(fèi)。

目前一體化預(yù)制泵站單個(gè)泵井直徑最大為4 m，由于交通等條件的限制，筒體內(nèi)空間有限，僅能安裝流量小于1.0 m3/s的潛水泵，因此基本應(yīng)用于流量較小的污水提升泵站，對(duì)于流量較大的污水和雨水泵站限制較大。目前常用的一體化預(yù)制泵站規(guī)模為1.0 m3/s以下，表1為國內(nèi)部分正在施工的一體化預(yù)制泵站。

表1 國內(nèi)部分正在施工的一體化預(yù)制泵站一覽表

2 雨水泵站案例

某雨水泵站近期規(guī)模2.0 m3/s，遠(yuǎn)期規(guī)模3.0 m3/s，位于渤海灣區(qū)域，臨近海域，屬于軟土地基，泵站周邊為生態(tài)公園。根據(jù)使用要求此泵站需在三個(gè)月內(nèi)建設(shè)完成，因此該工程選擇了占地面積小，施工速度快的一體化預(yù)制泵站。

2.1 庭院布置（見圖2）

圖2 一體化預(yù)制泵站庭院圖

一體化預(yù)制泵站庭院占地535 m2，箱式變電站及值班室面積50 m2，泵房位于庭院中部，箱變分別位于庭院東西部，中間設(shè)置檢修道路。箱式變電站設(shè)置雙電源雙設(shè)備。其主要組成部分為1個(gè)格柵井和3個(gè)預(yù)制泵井。

2.2 工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)雨水泵站進(jìn)水管網(wǎng)及排水出路資料，泵站工藝數(shù)據(jù)如下：

（1）DN2 000 mm雨水泵站進(jìn)水管，管內(nèi)底高程：-0.800 m.T.D；

（2）雨水泵站排水出路為渤海，雨季平均高潮位3.194 m.T.D，100 a一遇極高潮位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）預(yù)制泵井內(nèi)最低水位：-1.800 m.T.D；

預(yù)制泵井內(nèi)最高水位：-0.300 m.T.D；

泵站室外設(shè)計(jì)地面高程：5.500 m.T.D；

圖3為一體化預(yù)制泵站工藝流程圖。

圖3 一體化預(yù)制泵站工藝流程圖

雨水泵站進(jìn)水來自規(guī)劃單排d2000 mm雨水管道，進(jìn)水接入格柵井粉碎污物，然后通過配水堰均勻配水給3個(gè)預(yù)制泵井，通過潛污泵提升后通過3根DN1 200 mm管道匯集為1根DN1 800 mm管道，在DN1 800 mm管道上設(shè)置蝶閥，以作檢修用，在排入渤海灣前設(shè)置防潮井，安裝鴨嘴閥防止海水倒灌。

2.3 泵井組合設(shè)計(jì)

目前一體化預(yù)制泵站單個(gè)泵井直徑最大為4 m，單筒流量為1.0 m3/s，為滿足泵站3.0 m3/s的設(shè)計(jì)規(guī)模，需要設(shè)置3個(gè)預(yù)制泵井，為攔截污物，保證泵井內(nèi)水泵運(yùn)行安全，在3個(gè)預(yù)制泵井的前部設(shè)置1個(gè)格柵井，同時(shí)通過格柵井向3個(gè)泵井進(jìn)行均勻配水（見圖4）。

圖4 一體化預(yù)制泵站組合示意圖

格柵井內(nèi)安裝粉碎性格柵1臺(tái)，3個(gè)預(yù)制泵井內(nèi)分別安裝3臺(tái)潛污泵（單泵流量0.33 m3/s，揚(yáng)程11.7 m，功率73 kW），雨水通過粉碎性格柵后配水排入3個(gè)預(yù)制泵井。按照建設(shè)方要求進(jìn)行分期建設(shè)，近期實(shí)施格柵井和2個(gè)預(yù)制泵井（泵井1和泵井2），規(guī)模達(dá)到2 m3/s，遠(yuǎn)期實(shí)施1個(gè)預(yù)制泵井（泵井1），規(guī)模達(dá)到3 m3/s。

格柵井內(nèi)安裝粉碎性格柵，將來流的大顆粒粉碎為6～12 mm的小顆粒，格柵由多個(gè)旋轉(zhuǎn)的軸構(gòu)成，每個(gè)軸上都裝有碟片，墊片相互嚙合形成過濾面。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)碟片旋轉(zhuǎn)，從而使固體雜物被傳送到粉碎機(jī)上，而水則從碟片之間的間隙通過。為滿足3個(gè)預(yù)制泵井配水均勻以及消能要求，采用在格柵井粉碎格柵后增加堰的設(shè)計(jì)，堰設(shè)在格柵井3根DN1 200 mm出水管前端,水流主要通過頂部溢流而流向3個(gè)泵井，堰不僅可以耗散進(jìn)水管中能量，而且底部開口可以起到清淤以及均衡水量的作用。

預(yù)制泵井內(nèi)分別安裝3臺(tái)潛污泵，水泵采用自耦立式濕式安裝，出水管路安裝閘閥和止回閥，為滿足多個(gè)泵坑配水均勻，以及消能，在泵坑入水口之前增加溢流堰等設(shè)計(jì)。泵井最低水位標(biāo)高-1.800 m，最高水位標(biāo)高-0.300 m，滿足單臺(tái)水泵50 s的流量，一體化預(yù)制泵站通過利用泵井的豎向空間代替常規(guī)泵站集水池平面面積要求，最終達(dá)到減小占地面的目標(biāo)。通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）分析應(yīng)用兩相流動(dòng)模型,對(duì)該泵站的流態(tài)進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬，通過模擬得到了水泵吸入口流態(tài)和泵坑底部的流動(dòng)分布情況，水泵吸入口流線相對(duì)比較均勻，沒有發(fā)現(xiàn)大的渦流，大部分底部速度均超過0.3 m/s，可以大大減小底部淤積情況（見圖5）。

圖5 一體化預(yù)制泵站內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雨水泵站所在地點(diǎn)臨近渤海灣，屬于軟土地基，因此一體化預(yù)制泵站基坑采用混凝土灌注樁進(jìn)行支護(hù)。

由于工程分兩期施工，故需設(shè)置兩個(gè)基坑來滿足泵房安裝需要（見圖6）。一期工程包含1個(gè)格柵井和2個(gè)泵井，基坑尺寸為直徑11.8 m，槽深8.0 m，明開2 m后采用灌注樁支護(hù)，灌注樁樁徑800 mm，樁長22 m；二期工程包含1個(gè)泵井，為防止二期施工時(shí)打樁機(jī)械進(jìn)場破壞站內(nèi)路面，一期工程施工時(shí)，同時(shí)施工二期的支護(hù)樁，但不對(duì)二期工程基坑進(jìn)行開挖。二期基坑尺寸為直徑6.4 m，槽深8.0 m，樁徑800 mm，樁長22 m，施工時(shí)，僅將支護(hù)樁樁頂做到設(shè)計(jì)地面下1 m，待二期施工時(shí)明開此1 m段。

圖6 分期開挖基坑示意圖

為滿足泵房抗浮要求，一、二期基坑底均滿鋪鋼筋混凝土底板，板厚600 mm，并與預(yù)制泵井、格柵井可靠拉結(jié)。

由于泵房分兩期施工，二期施工時(shí)，基坑降水可能會(huì)造成鄰近地面下沉，為避免一期箱變發(fā)生傾斜，一期箱變直接采用混凝土灌注樁，二期箱變采用混凝土整體基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

通過該水泵站設(shè)計(jì)，一體化預(yù)制泵站充分利用預(yù)制泵井下部豎向空間滿足集水池單泵30 s流量的有效容積要求，避免頻繁啟動(dòng)水泵，與常規(guī)泵站相比有效減小了占地面積，并且通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）分析泵站流態(tài)，設(shè)置溢流堰的措施保護(hù)水泵運(yùn)行安全。結(jié)合該工程施工周期要求緊，占地面積要求盡量小，環(huán)境要求高，分期建設(shè)的特點(diǎn)，一體化預(yù)制泵站具有明顯優(yōu)勢，但其規(guī)模受單個(gè)泵井尺寸的限制，并且在地質(zhì)條件較差區(qū)域的基坑支護(hù)方案費(fèi)用較多。因此在應(yīng)用一體化預(yù)制泵站時(shí)應(yīng)具體結(jié)合建設(shè)要求和場地限制條件，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。