排澇泵站改為雙向引水泵站的措施分析

楊 亮，李 悅，楊 毅

（鹽城市水利勘測設計研究院有限公司,江蘇 鹽城 224002）

根據2021 年上半年國家、省重點考核斷面水質監測情況,鹽城市第Ⅲ防洪區內串場河水環境質量水質類別為Ⅴ類,未達到Ⅲ類水質要求。串場河是流經第Ⅲ防洪區的重要河道,通過對串場河河道水環境進行綜合整治,可提升城市核心區環境容量、消除黑臭、改善水質、提高水安全等級。據此2021 年年初對串場河進行整治,工程涉及串場河河道疏浚13.5 km,大新河河道疏浚3.6 km,對大新河閘站、東伏河閘站進行雙向改造,各增加引水流量5 m3/s。本文對其中東伏河閘站工程新增引水功能的改造措施進行簡單的分析和介紹。

1 工程重難點

東伏河閘站位于鹽城市區第Ⅲ防洪區沿線防洪圈上,是區域的主要防洪、排澇建筑物之一。閘站設計排澇流量為20 m3/s,站內安裝1600 QG型潛水貫流泵3 臺套,閘站設自排孔1 孔,孔口凈寬6 m。當防洪區內水位抬高時,關閉自排孔閘門開機抽排。無需排澇時開啟自排孔閘門,通過自排孔自引外河水稀釋內河污水,改善內河河道水質。但根據水質監測報告結果,防洪區內河道靠防洪圈防洪泵站自排孔自引外河水稀釋內河水已經不能滿足水環境的要求,迫切需要對沿線建筑物進行改造,新增引水功能。

改造工程相對于新建工程,限制因素較多,設計局限大,施工工藝要求高。本工程重難點分析如下：

1）設計尺寸、高程等受現狀結構限制

泵站為排澇建筑物,設計水位較高,但引水工況下,設計水位低。若將現有單向潛水貫流泵改為雙向泵,水泵葉輪的淹沒深度不能滿足最低水位的運行條件。故只能利用現狀自排孔進行雙向改造,在自排孔內布置引水泵。在此條件下,泵站的底板高程、泵室寬度等均受現狀結構限制,不能改變,設計條件限制較多。

2）截流抽水后對建筑物安全影響較大

施工時站身上下游打壩抽水后,河道內水位降低,但站身兩側及翼墻墻后水位較高,墻前、墻后水頭差較大,經過計算施工期翼墻穩定不能滿足規范要求,無法保證建筑物安全。

3）改造后不能影響建筑物的外觀協調性

為景觀需求,東伏河閘站設計時泵室上方未布置廠房,改造后的工程不宜有高出現狀墩頂的部分,影響泵站外觀整體的協調性。

4）施工難度大

由于改造在現狀自排孔內進行,施工范圍受限,施工機械及工藝要求提高。新增水泵還會涉及新增水泵梁、胸墻、工作閘門及門槽等部件,新增鋼筋混凝土結構一般需要采用植筋工藝,施工精度要求高、難度大。

2 工程改造措施

原工程站身為閘站結合形式,設自排孔1 孔,抽排孔3 孔,自排孔凈寬6 m。站身采用塊基整體結構,站內設3 臺1600 QG7.3-1.6 潛水貫流泵,水泵葉輪中心安裝高程-0.75 m,底板面高程-2.00 m,底板厚1.2 m,閘站頂高程4.50 m[1]。

2.1 引水方案選擇

本工程改造的目的是增設引水功能,在正常干旱年份城市內部水位較低時,通過泵站補充城市內部水量,維持生態水位,確保水生態、水環境安全。根據工程實際布置,選擇對現狀自排孔進行改造,使其實現引水功能。閘站現狀自排孔結構見圖1。

圖1 現狀站身自排孔結構圖

（1）方案一（雙層流道方案）

原閘站自排孔無通航要求,擬將自排孔改造成兩層,底層保留自排功能,上層增設引水泵引水,控制水泵流量5 m3/s。底層兩端各設鋼閘門一道,用于防洪、引水、自排和保水。此方案應用較多,較為成熟。考慮到引水工況時,進水池水位較低,可采用立式軸流泵方案。工程擬設計采用2 臺900ZDB-125型潛水軸流泵,單機設計流量2.82 m3/s,水泵出口配側翻式節能型拍門斷流。

現狀自排孔底板面高程-2.00 m,水泵喇叭口中心至底板面控制距離0.75 m左右,則水泵喇叭口安裝高程-1.25 m,根據樣本,葉輪中心線安裝高程約-0.74 m,葉輪淹沒深度不小于90 cm,同時考慮20 cm攔污柵及其他損失,進水側水位在0.36 m以上可開機運行。

（2）方案二（閘門泵方案）

將原通航孔改造成閘門泵,即水泵（單向泵）與自排孔閘門結合,控制水泵流量5 m3/s。反向保水可利用拍門,原一字門擋洪。

表1 方案優缺點對比表

引水工況時,進水側水位為0.50 m,方案二不能滿足要求,選擇方案一雙層流道方案。

此方案需在自排孔兩側墩墻打孔植筋后澆筑胸墻及水泵梁等鋼筋砼結構,同時需在外河側增設防洪閘門,內河側增設保水閘門,在外河側原檢修門槽內布置攔污柵一道。

2.2 閘門、啟閉機布置

根據工程實際情況,本工程采用平面直升式鋼閘門,卷揚式或液壓啟閉機啟閉。本工程原設計閘站上部無建筑物,因此本次改造盡量保持原建筑風格不變。根據改造需要適合本工程的啟閉設備主要為卷揚式啟閉機和液壓啟閉機。

根據工程運行調度方案,工程在防洪排澇時,布置在外河側的閘門應提升至最高運行水位以上,卷揚式啟閉機和倒掛式液壓啟閉機上部需增設較高排架和工作橋或啟閉機梁,整體效果差,不建議使用。

頂升式液壓啟閉機在非汛期,門頂最高高程與現有建筑物同高,汛期短時間高程高出約2.0 m。推薦使用頂升式液壓啟閉機。

2.3 電氣改造

閘站改造新增2 臺900ZDB-125 型潛水軸流泵,故工程電氣項目需進行相應改造。新增2 臺潛水軸流泵配套130 kW電機,兩臺電機單獨運行,不與原電機同時運行,故變壓器容量無需增加。在原主接線母線上增加GCS型電機控制柜1臺,布置在原低壓室內,供水泵控制運行使用；現場新增現場控制箱（含急停功能）2 只,供水泵現場控制使用。新增液壓啟閉機用電由動力配電柜備用出線回路引來,控制箱均由設備廠家配套提供?，F場根據需要通過主副廠房內的電纜溝及部分管路局部鑿除,預埋電工保護管引接至用電點。

2.4 改造總布置

根據上述方案,工程主要改造項目有：①原自排孔改為抽引孔,增加引水流量5 m3/s,抽引孔布置900 ZDB-125 型潛水軸流泵2 臺；②抽引孔原檢修門槽內布置攔污柵1道；③抽引孔水泵進、出水口各增設閘門1 道,配頂升式液壓啟閉機啟閉；④布置水泵,抽引孔內新建胸墻、流道及啟閉機梁等鋼筋砼結構,鋼筋砼采用植筋法與原墩墻相接；⑤在保水工況下,外河水位低,抽排孔現有水泵流道外側拍門漏水嚴重,在外河側設工作閘門1道,頂升式液壓啟閉機啟閉；⑥墩頂臨空、臨水側布置安全欄桿；⑦相應電氣接線、控制柜改造。改造后自排孔結構見圖2。

圖2 自排孔改造后結構圖

3 施工重難點

3.1 多孔同時施工站身穩定及抗浮不能滿足要求

工程設計時只能單孔進行檢修,工程施工也應單孔進行。工程4 孔都有新增閘門,需要新增門槽,但由于工程工期緊,4孔逐一施工混凝土形成設計強度需要的時間較長,不能滿足工期要求,故需要4 孔同時進行施工。4 孔同時施工時,泵站內抽水后泵站的抗浮、穩定等不能滿足設計要求。為使施工期泵站的抗浮、穩定能滿足規范要求,施工時使用水袋充水,置于泵站頂部,增加向下的重力,抵消浮力的影響[2]。

3.2 上、下游連接段穩定結構穩定不滿足要求

工程施工圍堰若施打在工程防護段外側,會致使翼墻墻前、墻后水頭差過大,翼墻穩定不能滿足規范要求。為降低施工過程中對周邊建筑物的影響,施工時使用異形鋼圍堰,緊貼于站身和清污機橋墩墻外側布置,鋼圍堰布置于抽排孔,寬約14 m,總凈重約31.4 t。自排孔利用檢修門槽臨時布置鋼閘門擋水。鋼圍堰的運輸、吊裝需要編制專項方案,鋼圍堰通過平板車經公路運輸至改造現場再配合200 t汽車吊進行安裝。

4 改造結果評價

閘站改造后已組織多次運行,運行過程中主機泵啟停平穩,設備運轉穩定；主電機功率、電流等數值正常；運行過程中機組振幅、噪音均在允許范圍內；泵體完好,閘門啟閉正常,工程總體滿足功能要求。通過2 座排澇泵站的改造,區域引水流量增加10 m3/s,提高了區域引水、活水能力,促進了水環境的提升,工程已發揮應有效益[3]。

本次改造工程工期緊、建設任務重、施工環境復雜多變。工程建設期間,上級領導高度重視、各級政府部門大力支持,各參與單位提前規劃、科學設計、精心組織,協同實施各項工作,使工程各項建設目標圓滿完成。工程建成后應加強管理,確保工程持續穩定發揮社會經濟效益。