鳳翔區東風灌區一級泵站改造施工圍堰方案探討

鐘海強，嚴 莉

（鳳翔區東風水庫灌溉管理處,陜西 寶雞 721400）

1 東風水庫灌區一級泵站改造工程概況

鳳翔區東風水庫是一座以灌溉為主的中型水庫,1969年興建,1972 年受益。樞紐工程由東風水庫和東風抽水站組成,東風水庫灌區一級泵站位于鳳翔縣彪角鎮三岔村西北方向,于70 年代建成投入使用,以東風水庫為灌溉水源的臨庫式泵站,設計供水灌溉面積3.32 萬畝,本級灌溉面積1.37 萬畝,水泵機組三臺,生產日期1969 年,總裝機660 kw,揚程25.7 m,設計總流量1.91 m3/s,其中一臺小泵流量為0.3 m3/s,型號為14 SH-19 A,配套電機為JO2 -93 A,另外兩臺型號為24 SH-19 A,單泵流量為0.805 m3/s,配套電機為Y400-43-6。

主水泵及主電動機運行時間長達四十年多年,長年處于陰暗潮濕的環境中,外殼油漆部分脫落,軸承及填料壓蓋處銹蝕嚴重、漏油嚴重,過流部件汽蝕嚴重,水力損失、機械損失增大,導致出流偏小；電動機繞組絕緣老化嚴重,安全性能差,電氣性能檢測部分參數不符合規程要求,電動機整體技術狀態差,部分配件經多次更換,運行中仍存在振動、噪聲大,軸溫偏高,水泵機組整體技術狀態差,存在嚴重的安全隱患,不能滿足泵站安全運行要求。

為此,鳳翔區東風水庫灌溉管理處、陜西省泵（電）站檢測調試中心、陜西省水利電力勘測設計研究院對東風水庫灌區泵站進行了現狀調查分析、現場安全檢測、工程復核計算分析,2017 年3 月,寶雞市水利局主持召開了安全鑒定評審會,結論為：泵站建筑物評定為四類、泵站機電設備評定為四類、泵站金屬結構評定為四類,泵站綜合評定為四類；建議盡早納入中型泵站更新改造項目。2019 年,東風水庫灌區列入中型灌區節水配套改造項目,根據灌區改造項目總體安排、資金計劃、泵站的重要性、安全狀況等情況,本年度投資計劃對東風水庫一級泵站進行更新改造,主要原因為：（1）一級站是本灌區最重要的泵站,控制整個灌區,只有一級站正常運行,渠系及其它泵站才能正常供水,（2）一級站為臨庫式泵站,地下廠房建筑物滲漏嚴重,對機電設備銹蝕嚴重,（3）一級站規模大,多年來投資少,一直沒有進行徹底改造,一直帶病運行,（4）由于投資有限,不能對所有泵站進行更新改造,且一級站安全鑒定的工程也未完全更新改造,僅能對重要部位、卡脖子工程進行更新改造。本文僅對東風灌區一級泵站更新改造工程施工圍堰方案進行探討

2 工程總體布局及建設內容

東風水庫灌區一級泵站現狀運行基本正常,建筑物布置基本合理,因此維持現狀東風一級站建筑物基本布置格局不變。

泵站廠房臨庫布置不變,根據水泵間距要求擴建泵房,維持北側、西側邊墻不動,向東側、南側擴建,拆除現狀東側、南側邊墻,利用東側站內空地和南側現狀空地。對泵站水泵、電動機、進出水管道閘門進行更新。

對原進水涵洞廢棄不用,根據重新布置的水泵進水管位置,新設進水管通至庫區,出水管維持現狀管線布置,對管道拆除新建；對出水池拆除新建；維持輸電線路不變,對站內變壓器更換,對配電設備進行更新。新增自動化控制、監控設備。

工程主要建設內容：（1）拆除新建泵站主廠房,新建主廠房建筑面積237 m2,更新水泵機組3 臺,總裝機容量600 kw,設計總流量為1.98 m3/s,設計揚程19.2 m,更新相應的進出水管道及閥件；（2）拆除進水管道2 條,新建DN700 進水鋼管3 條,長3 m×12 m；拆除新建出水管道3 條,出水管道為DN600 鋼管,長3 m×66 m；（3）拆除新建出水池1座,鋼筋混凝土矩形結構,長×寬×深=6 m×5.5 m×3.5 m；（4）拆除新建站內配電站1 座,新建副廠房建筑面積109.2 m2,更換變壓器及配電設備等；（5）新建自動化控制、監控設備。

3 修建施工圍堰的必要性

東風一級泵站為臨庫淹沒式泵站,據調查了解,庫水位一般深7 m~9 m,泵站基坑機組常年在正常水位以下,水泵進水管位于水位以下,泵站改造工程需要拆除原三臺泵的進水管,重新安裝新建3 臺泵的進水管,無法在水下正常施工,為了保證泵站基坑內機組安裝的施工安全,必須修建圍堰或水庫降低水位才能保證安全施工。而要降低東風水庫的庫水位,將造成水資源的極大浪費,嚴重影響水庫的效益發揮,因此,修建施工圍堰是十分必要的。

4 施工圍堰方案比較

根據東風灌區一級泵站更新改造工程的施工需要,初擬3種施工圍堰方案進行比較,具體如下：

方案一：水庫降低水位施工方案,將水庫水放空或將至淤積面以上2 m水位,在泵站喇叭口前修建土袋圍堰,通過灌溉期供水給灌區以及通過放水塔放水至下游河道,放空庫容約600 萬m3,放空時間約7 天。該方案的優點是：施工安全,施工面較為寬闊,3 個進水口可同時施工。該方案的缺點是：水資源浪費,沒有發揮效益,按灌溉水價計算損失約110 萬元,蓄水至正常蓄水位約半年時間,影響灌溉供水,造成灌區糧食減產。

方案二：泵房前進水溝槽采用橫向全段圍堰施工方案,在泵房前5 m處修建橫向圍堰,圍堰長23 m,左右兩段與現狀岸坎連接閉合,將庫水位與泵房分隔。圍堰采用雙排矩形鋼管結構擋水,總寬0.6 m,搭接縫交錯布置,防止大量漏水。在現狀擋墻頂部和庫水位以上0.5 m處分別安裝橫向矩形鋼管支撐固定骨架,共2 層,架設于立柱外側,用于支撐固定立柱,確保立柱垂直穩定。立柱及橫梁鋼管截面尺寸為長300 mm×寬200 mm×厚7 mm,立柱鋼管采用12 m長矩形鋼管,入淤泥深度為2 m。圍堰修建完成后,采用潛水泵將圍堰內水抽排,對圍堰滲漏處再進行封堵措施,確保圍堰內施工安全。該方案投資約129 萬元。該方案的優點是：圍堰形成的施工面較為寬闊,3 個進水口可同時施工,缺點是：圍堰投資大,圍堰長,風險大。

方案三：單根進水管獨立圍堰施工方案,每個進水管前設置半圓形圍堰,圍堰由弧形擋水面板、矩形鋼管立柱、橫向矩形鋼管支撐骨架、楔形鋼骨架共4 部分組成,每個進水管一處圍堰,共3 處,圍堰鋼結構重復利用。圍堰采用半徑2 m的預制弧形鋼結構擋水,矩形鋼管立柱采用12 m長矩形鋼管,鋼管截面尺寸為長300 mm×寬200 mm×厚7 mm,入淤泥深度為2 m。橫向矩形鋼管支撐骨架結構與立柱相同。在現狀擋墻頂部和庫水位以上0.5 m處分別安裝橫向矩形鋼管支撐骨架,共2 層。擋墻斜坡與鋼管立柱之間的三角區采用預制楔形鋼結構擋水。擋水面板為8 mm厚鋼板,背水側為型鋼骨架結構。單塊高度1 m,沿卡槽滑入水中。圍堰修建完成后,采用潛水泵將圍堰內水抽排,對圍堰滲漏處再進行封堵措施,確保圍堰內施工安全。該方案的優點是：節省投資,施工安全,缺點是：施工面較小,需要分別設置3 個圍堰,工期長。

根據本工程實際情況,經以上綜合分析比較,推薦采用方案三：單根進水管獨立圍堰施工方案。

5 單根進水管獨立圍堰結構及施工方案

圍堰由弧形擋水面板、矩形鋼管立柱、橫向矩形鋼管支撐骨架、楔形鋼骨架共4 部分組成,每個進水管一處圍堰,共3處,圍堰鋼結構重復利用。

圍堰采用半徑2 m的預制弧形鋼結構擋水,面板為8 mm厚鋼板,背水側為型鋼骨架結構。擋水面板單塊高度1 m,沿立柱鋼管卡槽滑入水下,入淤泥深度為2 m。每塊面板設置吊裝繩,便于使用完成后吊出重復利用。

矩形鋼管立柱采用12 m長矩形鋼管,鋼管截面尺寸為長300 mm×寬200 mm×厚7 mm,入淤泥深度為2 m。將型號為L30×4 mm的等邊角鋼焊接在鋼管上,形成卡槽。

橫向矩形鋼管支撐骨架結構與立柱相同。在現狀擋墻頂部和庫水位以上0.5 m處分別安裝橫向矩形鋼管支撐骨架,共2 層。

擋墻斜坡與鋼管立柱之間的三角區采用預制楔形鋼結構擋水,面板為8 mm厚鋼板,背水側為型鋼骨架結構。單塊高度1 m,沿卡槽滑入水中,每塊面板設置吊裝繩,便于使用完成后吊出重復利用。鋼板圍堰結構斷面見圖1。

圖1 鋼板圍堰結構斷面圖

圍堰施工前先測量水深、淤泥面高程、擋墻坡比、擋墻坡腳位置等,根據現場測量數值復核優化設計圍堰結構尺寸。圍堰施工采用伸縮臂履帶起重機結合人工施工。在現狀擋墻頂部和庫水位以上0.5 m處分別安裝橫向矩形鋼管支撐骨架,共2 層。沿現狀擋墻坡腳位置吊裝、打入立柱,并將立柱橫梁連接固定,確保立柱垂直、穩定。將預制弧形鋼結構擋水面板、楔形鋼結構擋水面板沿立柱卡槽逐個吊裝滑入水下。圍堰修建完成后,采用潛水泵將圍堰內水抽排,對圍堰滲漏處再進行封堵措施,確保圍堰內施工安全。每處進水口施工并驗收合格后,拆除圍堰至下一進水管施工,圍堰重復利用。

6 結語

東風水庫灌區一級泵站存在嚴重的安全隱患,不能滿足泵站安全運行要求,泵站建筑物、泵站機電設備、泵站金屬結構評定為四類,泵站綜合評定為四類,急需對東風水庫灌區一級泵站進行更新改造。為了保證泵站基坑內機組安裝的施工安全,必須修建施工圍堰,通過對施工圍堰3個方案進行分析比較,推薦單根進水管獨立圍堰施工方案,既節省投資,又保證施工安全。