全地下式雨污合建泵站改造工程設計

蔡軍華

（富陽市水務有限公司，浙江富陽 311400）

0 引言

我國正處在城鎮化發展的快車道，城鎮人口不斷增加，城鎮面積也不斷加大。與之伴隨的是城鎮排水系統的不斷完善和排水設計標準的提高。為了提高城市汛期排水能力，對部分排水能力不足的泵站進行改造勢在必行。本文以富陽市龍山路泵站改造為例，結合筆者的設計經驗，對泵站改造設計過程中的要點進行歸納總結，供其他泵站改造項目借鑒。

1 泵站現狀及地區排水系統規劃

1.1 龍山路泵站現狀

富陽市龍山路雨污水泵站位于富陽市中心，花塢路和龍山路路口，為全地下結構，上部為居民住宅。泵站為雨污水合建，其中雨水泵站設計規模為1.0 m3/s，污水泵站設計規模為5萬m3/d。由于北渠河道水位較低（常水位保持在3～4 m），雨季時平時不開泵，雨水經岔道管自流排入河道，只有當河道水位較高，自流無法排除時才開啟雨水泵，雨水經水泵提升后排入河道。

1.2 區域排水系統規劃

龍山路雨污水泵站服務范圍為北堤路、鑊子山、迎賓路、富春路和鸛山圍合的區域，服務面積約為0.92 km2。區域內地勢呈西北、西南高，東部相對較低的走勢，其中鑊子山、鸛山為區域的地勢高點，龍山路、桂花路和花塢路為區域較低的路段。圖1為已建雨水管道位置圖。

經計算，暴雨重現期P=1 a時，服務范圍內雨水量Q=5.83 m3/s。P=0.5 a時，在現狀管道條件下，服務范圍內雨水量Q=3.88 m3/s。

圖1 已建雨水管道位置圖

2 泵站運行情況及存在問題

龍山路雨污水泵站自建成至今，泵站總體運行正常（見圖2）。但由于北渠抬水工程正處在實施階段，實施后北渠水位抬高，地區雨水將無法自排入渠，泵站排水能力無法滿足區域內雨水的排放要求。

圖2 現狀雨污合建泵房平面示意圖

2011年在較大暴雨且河道水位較高時，地面積水現象比較嚴重，積水退水時間較長，除了泵房規模偏小無法及時排放的原因以外，河水通過岔道管倒灌也是導致長時間積水的主要原因。在北渠抬水，河道水位標高不再滿足區域雨水自排要求的前提下，岔道管已失去其主要功能，需對其進行改造，防止河水倒灌的情況再次發生。

經現場踏勘、與泵站運營管理單位了解情況、資料收集和基礎數據分析核算，龍山路雨污水泵站存在的主要問題如下：

（1）雨水泵房配泵能力偏低，暴雨重現期P=1 a時，服務范圍內雨水量Q=5.83 m3/s，現狀泵排能力嚴重不足，需對泵站進行擴容改造。

（2）已建泵站水泵起吊設備為3 t，起吊凈空較小，泵站擴容后需對起吊設備和工字鋼進行改造，而水泵規格提升后水泵的安裝和檢修也將是該工程實施的限制因素。

（3）北渠水位抬升后，岔道管將失去其功能，需進行相應改造。

（4）進水閘門井閘門設備老化，關閉速度較慢，此次改造需更換。

（5）格柵井頂部漏水嚴重，需進行修補。泵房地下一層照明不足，需改造照明設施。

（6）泵房內通風設施破舊失靈，臭味重，工作環境差，需增加泵站除臭設施。

3 泵站改造方案的論證

3.1 改造原則

（1）在保持現有土建整體不變的前提下，充分利用現有設施，最大程度地增加排水能力，并減少建設過程中對現有運行的影響；

（2）積極穩妥地采用“四新”技術，全面提高工程效益；（3）保護環境，減小泵站對周邊環境的影響；（4）切實做好泵站改造切換工作，減少污水臨時排放時間。

3.2 主要機械設備選型

龍山路雨污水泵站總占地面積約445.76 m2，其中污水泵房內凈尺寸為10.8 m×19.9 m，雨水泵房內凈尺寸為8.4 m×19.9 m；泵房底層、中層、上層標高分別為1.00 m、5.00 m和9.50 m。泵房與居民樓合建，位于居民樓底層，土建整體無擴建可行性；雨水泵房、污水泵房集水池容積均略有余量，存在通過更換水泵來擴容的可行性，但集水池尺寸和容積、泵房層高、工字鋼等起吊能力是制約泵站擴容的瓶頸。

中層平面標高5.00 m，梁頂標高8.75 m，起吊空間僅3.75 m（含工字鋼高度及起吊葫蘆高度），需選擇特殊設備方能滿足該工程設備安裝及檢修空間的需要。

3.2.1 雨污水泵的選型

該工程為改造工程，原工程使用潛污泵，干式泵及潛水軸流泵的形式均無法滿足該工程土建要求。潛污泵土建尺寸小，安裝方便，噪音小，與該工程適應性強，故該工程仍選用潛水泵。

因該工程土建尺寸受限，需對水泵的具體尺寸進行限制，雨水潛水泵泵體高度不能超過2.7 m，污水泵泵體不能超高2.0 m。該工程選用運行效率高、泵體尺寸小的進口產品。

3.2.2 起吊設備的選型

該工程受泵站內空間限制，選用普通電動葫蘆難以滿足安裝要求，需選用超低凈空電動葫蘆（見圖3）。

圖3 超低凈空電動葫蘆示意圖

普通起吊重量CD13-6D電動葫蘆設備凈高度為930 mm，超低凈空電動葫蘆設備凈高度≯270 mm，為了滿足起吊高度，同時減少土建改造工程量，該工程選用超低凈空電動葫蘆，用于泵站雨污水泵的起吊。

3.2.3 進水閘門的選型

“我們的海洋，我們的遺產”是今年“我們的海洋”會議的主題，它反映了我們為維持海洋資源的可持續性和維護海洋健康而作出的選擇和行動。作為為我們的子孫后代提供的遺產，我們可以選擇留下哪種遺產，而這種選擇取決于我們今天采取的行動。

該工程為全地下式雨污合建泵站，當進水超過泵房排水能力或斷電事故時，需快速關閉進水閘門，避免泵站被淹，該工程選用可快速關閉電動閘門，可以在斷電后10～20 s內關閉閘門，防止泵站被淹沒。同時要求閘門有調節功能，在供電情況下可正常調節閘門開啟量。

3.2.4 除臭設備的選型

目前工程中比較成熟的除臭工藝主要是離子除臭和生物除臭工藝。通過與生物濾池除臭工藝對比，可以得出離子除臭系統具有下列優點。

3.2.4.1 處理效率高

離子氧除臭設備能有效去除硫化氫（H2S）、氨（NH3）、硫醇等特定的污染物，以及各種異（臭）味，效果可達85%～95%左右。在任何季節、任何氣候條件下都能滿足除臭設備處理效果要求。

3.2.4.2 技術領先、投資小、能耗低

離子氧發生管及分置調控器的風阻小，壽命長、電耗極小。

3.2.4.3 設備運行穩定且經濟

可在確保排放達標的前提下，采用經濟運行模式，以降低運行成本。

3.2.4.4 自動控制、操作簡便

設備運行完全自動，無須人工操作，可采用遠程或就地兩種控制，并有手動和自動二種控制模式。

設備停止運行、檢修或更換易損件及材料等，可在短時間內恢復并投入正常使用。

3.2.4.5 除臭設備結構體積小、自重輕

除臭設備與泵站總體布局相適應，能滿足設計要求。占地面積小，能保證日常的運行、檢修空間。

因此，該工程選用離子除臭系統，用于改善泵房內部及泵站周邊區域的空氣環境質量。

3.3 改造內容

該項龍山路雨污合建泵站改造工程主要分為兩部分內容。

3.3.1 雨污合建泵房內改造部分

（1）雨水泵房改造：將原2臺雨水泵拆除更換為3臺新泵，改造后每臺雨水泵流量Q=1.0 m3/s。

（2）污水泵房改造：將原5臺污水泵拆除更換為5臺新泵，改造后每臺污水泵流量Q=0.375 m3/s。

（3）進水閘門改為電動可快速開關閘門，進水閘門前壓力蓋板更換。

（4）改造泵房內工字鋼位置和型號，拆除部分電動葫蘆改造為超低凈空電動葫蘆。

（5）改造泵站除臭設備，改造照明及監控系統。

3.3.2 雨污合建泵房外改造部分

（1）雨水管改造內容為：原DN1000泵站雨水出水管改換為DN1400雨水管,改造雨水排放口，過花塢路部分管道采用頂管施工，管道路徑從原DN1500混凝土管穿過。

（2）污水管改造內容為：新建DN700污水出水管與現狀DN1000雨水出水管連接，排放入北渠，用于暴雨時排放合流雨水；采用頂管施工，管道路徑從原DN1500混凝土管穿過。

（3）除臭設計改造內容為：在泵房外空地上設置混凝土地坪新建除臭設備，除臭風管沿花塢路埋設至花塢橋東、館驛路北側設置排放口無害排放。

4 工程方案設計

4.1 平面布置及管線改造

4.1.1 雨水管改造

現狀雨水泵房出水管分岔道管、水泵提升出水管兩路（見圖4）。岔道管管徑為DN1500；水泵提升出水管管徑為DN1000，北渠出水口管徑為2×DN800，管內底標高3.04m。當雨水較小時，北渠水位低時，打開岔道管閥門，雨水自流進入北渠；當雨水較大，北渠水位高時，開啟雨水泵，通過DN1000～2×DN800排放雨水。

圖4 改造前雨水出水管現狀圖

由于雨水泵配泵能力增加，經對原雨水出水管 （DN1000～2×DN800）復核，過水能力偏小，無法滿足雨水外排要求，故需對出水管道進行改造。北渠蓄水以后，將無法重力自流外排，原岔道管將失去其功效。擬將泵站出水管連接至已建DN1500雨水岔道管，利用已建岔道管排放雨水，在已建DN1500岔道管內內襯DN1400鋼管，使其能承受壓力，作為出水壓力管用。同時將原有出水口改造為八字式出水口，與現有防洪堤相結合（見圖5）。

圖5 改造后雨水出水管位置圖

4.1.2 污水管改造

更換污水泵后污水泵房規模增加到1.875 m3/s，所增加部分泵排能力是用于雨季時排放合流雨水之用，用以提高地區排放標準。因此，污水管仍利用原兩路DN700出水管，并在泵站出水管上另設1路DN700管道，設閥門切換，接入原DN1000～2×DN800出水管（見圖6）。旱季利用原兩路DN700出水管排放污水，當雨水流量超過雨水泵輸送能力時，開啟全部污水泵分流一部分合流雨水，合流雨水經已建雨水出水管道排入河道。原有2座DN800出水口，其中1座為直立式擋墻，在該工程中改造為八字式出水口，與現有防洪堤相結合。

圖6 改造后污水出水管位置圖

4.2 泵站工藝設計

4.2.1 雨水泵房改造

現狀雨污合建泵房并無土建擴容的可能，受土建尺寸的限制，經反復進行設備選型、計算和土建尺寸復核，擬將原泵房內2臺規格為0.5 m3/s雨水泵更換為1.0 m3/s，同時新增1臺1.0 m3/s雨水泵，使雨水泵房的提升能力由原1.0 m3/s增加到3.0 m3/s。表1為雨水泵設計揚程計算表。

經計算，該工程雨水泵設計揚程確定為H=9.00 m，校核范圍為4.50～10.70 m。

4.2.2 污水泵房改造

由于雨水泵調換后仍達不到服務范圍內的雨水排放能力，同時考慮到服務范圍內管道為合流制，存在雨污混接現象，因此考慮利用污水泵的輸送能力，在雨量較大時，盡能力輸送合流雨水，部分分擔雨水泵的排澇壓力，因此考慮同時更換污水泵。

表1 雨水泵設計揚程計算表 （單位：m）

經對污水泵房土建尺寸進行復核，將原泵房內5臺0.18～0.22 m3/s的污水泵更換為0.375 m3/s的污水泵，使污水泵站的提升能力提高至1.875 m3/s。雨季時污水泵可同時開啟，用于輸送合流雨水，增加區域排水能力。

結合原污水泵設計參數，該工程污水泵設計揚程確定為H=12.0 m，校核范圍為6.00～14.00 m。

5 結論與建議

5.1 結論

（1）該工程實施后，將大大降低服務范圍內地面積水現象的發生，防止由于地塊積水造成的環境污染。

（2）充分利用泵房外部現狀管道設施，通過計算和管線切改，理順了泵房雨污水出路，改善了區域排水狀況。

（3）通過“四新”技術的運用，解決了泵房改造的除臭、設備起吊、泵站安全保護等問題，改善泵房內工作環境和區域生態環境，實現改造后總的泵排能力為Q=4.875 m3/s（考慮雨水泵、污水泵同時開啟）。扣除5萬 m3/d原污水輸送能力，能滿足P=0.5 a一遇的雨水排放3.88 m3/s要求。

5.2 建議

（1）泵站管道及雨污水泵站改造時，需斷水施工，建議在非汛期施工。施工時需得到泵站運行管理單位配合，做好施工期間臨時排水，并應合理安排施工順序，盡量縮短斷水時間。

（2）建議對服務范圍內的管道系統進行梳理和摸排，杜絕雨污水管道直排河道的現象出現，防止一旦河道水位較高時，河水倒灌而加重雨污水泵房的負擔。

（3）為最大限度地提高雨水排除能力，暴雨期間泵站將利用污水泵輸送合流污水，排入北渠，需征得當地環保等相關部門同意。雨水口的設置需與水利部門進一步結合。