東江一期泵站工程現狀調查及安全檢測分析

鄭會耀

(深圳市東江水源工程管理處，廣東 深圳 518000)

0 引 言

泵站是供水建筑物中最主要的一個建筑結構，長期使用之后，站房的各個結構不可避免地會出現破損和老舊現象，破損和老舊一定程度上威脅了水工建筑物的運行安全，另一方面也會降低泵站的使用功能[1]。安全檢測分析是針對泵站的主要水工建筑物、金屬結構和機電設備等進行系統性的檢測及結果分析，對于泵站的安全穩定持久有效運行具有十分重要的意義。

1 工程概況

1.1 概況

東江泵站一期工程設計總裝機4臺，采用立式中開雙吸離心泵，單機功率1150kW，單機流量3.75m3/s，按三用一備方式運行。工程于1999年開工，2001年正式投入使用，為深圳市供水。

1.2 主要建筑物

東江泵站主要的建筑物包括箱涵漸變段、閥井、進水前池、主廠房、副廠房、壓力管道、變電站和綜合樓等。

箱涵漸變段長12.0m，平面布置上呈“梯形”，進口接隧洞左岔洞，圓形斷面，直徑4.0m，出口為矩形，斷面寬10.5m，高4.0m，為便于檢修，在箱涵頂部設有兩個800mm×800mm檢查井。

閥井長7.4m，寬17.2m，高23m，為半埋式兩層建筑物，上層為工作間，下層為閥室。閥井底部地坪高程1.92m，鋼管中心高程3.92m。

泵站進水池上游與閥井銜接，平面上為梯形開敞式布置，進口寬17.56m，出口寬32.4m，總長39.7m，池頂高程19.40m。中間沿縱向設有帶通水孔的1.0m厚隔墩。

泵站主廠房為半埋式兩層建筑物，長45.5m，寬16.3m，高28.5m，建筑面積1650m。下層為水泵層，地坪高程4.60m，4臺立式蝸殼泵組呈“一”字型布置。主廠房上層為電機層，地坪高程12.10m，與水泵層相對應，分別布置4 臺電機，電機下游側布置機旁盤等設施。在主廠房上部設有一臺300KN 橋式起重機，跨度13m。

副廠房為半埋式三層建筑物，長45.5m，寬13.0m，高19.8m，建筑面積1700m2。底層為蝶閥室，地坪高程4.60m，分別布置蝶閥、壓力水箱和排水系統，閥室上部設有單梁橋式起重機，跨度5.5m；副廠房上層地坪高程與主廠房安裝間相同，為17.50m。

壓力鋼管每箱布置一根，直徑2600mm，管壁厚度16～28mm，單根管長110m，兩根管均埋于地下，在量水間出口位置與相鄰標段相接。

在主廠房南側布置110kv變電站一座，自三棟變電站接入。

廠內建有一座綜合樓，建筑面積2700m2。為六層混凝土框架結構，采用人工挖孔混凝土灌注樁基礎。

1.3 金屬結構

東江取水口布置1條隧洞，隧洞進水口設檢修閘門1扇，孔口尺寸為5.4m×5.4m，閘門設計水頭17.8m，底檻高程3.0m，檢修平臺高程22.5m，啟閉機平臺高程30.5m。閘門為平面滑動鋼閘門，閘門門葉重15.46t，正常檢修時閘門靜水啟閉，特殊工況下，閘門也可在2.6m水頭差下動水關閉。啟閉機為2×160KN固定式卷揚機，揚程8.0m。

1.4 機電設備

水泵4臺，型號為VENUV1-1200·1000C；電機4臺，包括異步電動機1RQ1715-5JE84-Z型號2臺，變頻調速電動機1RQ2712-5JT94-Z 2臺；電動雙梁橋式起重機1臺；變壓器2臺，1TM SZ8-6300/110kV 型號1臺，2TM SZ8-8000/110kV型號1臺。

2 工程現狀及存在的問題

2.1 建筑物

箱涵漸變段混凝土外觀質量整體較好，未見破損、銹脹露筋等不良現象；閥室側墻局部存在鹽析現象，面積共0.63m2；進水池側墻及隔墩局部存在骨料外露現象，進水池下游側墻瓷磚局部存在開裂，運行時水流流態正常；主、副廠房各構件基本完好，未發現明顯缺損、滲漏、基礎變形及不均勻沉降，廠房分縫處出現明顯裂縫。壓力鋼管檢修間外觀質量整體較好，未發現明顯裂縫、缺損及滲漏等缺陷。

2.2 金屬結構

閥室管道內壁、蝶閥局部銹蝕，水泵喇叭口、進水管內壁、出水管內壁、檢修蝶閥、液控蝶閥、壓力水箱及壓力管道等局部銹蝕。

2.3 機電設備

東江一期泵站4臺水泵自2001年運行以來基本運行正常，軸承溫度、振動、噪音等參數也基本正常，現場檢查水泵泵體和泵蓋組合面連接螺栓銹蝕。2臺電動機運行基本正常，現場檢查電動機主軸下端存在銹蝕的情況。東江一期泵站空氣閥設置在戶外，至今已運行20a，空氣閥內部銹蝕。電動檢修蝶閥閥體存在銹蝕，閥瓣密封圈存在老化現象；滲漏排水泵電機底板和基礎板存在銹蝕情況；插入式流量計測頭存在滲漏和銹蝕；水泵層電纜埋管與廠房墻壁線槽連接處存在冷凝和滲漏水的情況；壓力水箱排水系統部分表計未按照運行管理的要求及時進行校準。

3 安全檢測

3.1 建筑物復核計算

3.1.1 水力學條件復核

東江泵站位于惠陽市水口鎮蓬陵村廉福地，布置有4臺立式中開雙吸離心泵，單機功率1150kW，單機流量3.75m3/s。

表1 進水流道過流能力計算成果表

3.1.2 進水池水下容積復核

根據過流量15m3/s所確定的最小容積為450m3，本次計算按泵站最低運行水位10.30m高度進行復核，進水池容積計算結果為7427.78 m3。進水池容積滿足要求。

3.1.3 抗滲穩定性復核

東江泵站為深圳市東部供水水源工程中的引水加壓泵站，泵站位于惠陽水口鎮上游約6km的廉福地，泵站主廠房為半埋式兩層建筑物，泵站上、下游無水位差，不會發生滲透破壞。

3.1.4 抗滑、抗浮穩定性、基底應力復核

東江泵站下部結構寬29.32m，上部結構寬15.5m，總長45.5m。主廠房屋頂高程為29.0m，安裝間高程為17.5m，建基面高程為2.6m，底板厚2.0m。泵站持力層為全風化硬塑土，承載力標準值取320kPa。

表2 泵房穩定計算工況及荷載組合表

泵房在各種運行工況下的穩定及基底應力計算成果見表3。

表3 東江泵房穩定及基底應力計算成果表

從計算結果中顯示，各項結構的穩定性均滿足要求。

3.1.5 結構強度復核

東江泵站廠房為半埋式建筑物，埋于土中下層兩邊墻與底板整體澆筑，沿水流方向底板長29.32m，底板厚2.0m，底板底高程為4.60m；主廠房進水側邊墻厚1.8m，墻頂高程為19.4m；副廠房出水管一側邊墻厚2.0m，墻頂高程為17.5m。C20混凝土。

對泵站廠房底板框架進行復核計算，計算軟件采用《理正結構工具箱7.0PB5》中“平面鋼桁架”版塊，其中邊界條件按鉸支承。泵站廠房框架的彎矩、剪力及計算配筋見表4。

表4 泵站廠房框架計算成果表

3.2 機電設備復核

3.2.1 水泵流量

在前池水位10.26m，西河潭口水位為27.02m水庫水位65.97m這個工況與設計工況較為接近時，此時運行水泵為1#、2#、4#1共3臺，總流量為5.08m3/s，其中2#、4#水泵平均單機流量為3.45m3/s.對應電功率為914kW，這兩臺水泵流量值基本接近設計流量，而1#水泵平均流量為2.78m3/s，低于另外兩天水泵流量，不排除1#水泵出力下降或者其流量計的差異，從臺班3臺水泵8h總輸水量290000m3/s反算，1#水泵流量實際應為3.3 m3/s。由此可佐證水泵流量差異很可能是由于流量計引起，而水泵的實際出力是基本滿足要求。從復核計算結果及運行記錄表明，水泵流量基本滿足流量要求。

3.2.2 電動機功率

水泵軸功率按N軸=1000 H總×Q/102η計算，其中最大軸功率出現在流量為3.44m3/s，揚程為23.7m的工況點，軸功率為882kW，配套系數按1.05～1.20。

計算結果為 N=1136kW，此結果與現狀配套的電機功率1150kW較為接近。故現狀電機配套功率基本滿足運行要求。

3.2.3 水泵安裝高程

根據汽蝕余量確定安裝高程，不發生汽蝕條件是:(NPSH)≥NPSH，東江泵站一期水泵中心線高程為6.1m，進水池最低工作水位為10.30m，相應裝置的汽蝕余量為11.0m，水泵運行范圍內必須汽蝕余量NPSH為4.4～8.7m，均小于11.0m，故東江一期泵站水泵安裝高程滿足運行要求。

3.3 金屬結構復核

3.3.1 閘門

閘門的設計復核是參照圖紙尺寸，并考慮腐蝕后按照現行規范進行復核。

荷載考慮設計水頭下的靜水壓力，主框架乘動載系數1.1。閘門結構主要材料為Q235A，材料容許應力乘調整系數，調整系數取0.90，對于閘門承重構件和連接件，應校核正應力σ和剪應力τ，校核公式為：

σ≤[σ]τ≤[τ]

(1)

式中：[σ]、[τ]為均為調整后的容許應力。

表5 主梁應力及撓度計算結果

3.3.2 啟閉機

采用一臺2x160KN固定式卷揚機,靜水啟閉，靜水啟閉水壓力：

(1)

啟門力計算結果為266kN，現在運行的啟閉機容量2×160kN大于計算啟門力，可滿足啟門要求。

4 結論與建議

4.1 結論

經過現場調查和檢測，并根據檢測結果對相關部分進行復核計算，泵站建筑物的、機電及金屬結構安全評價結果如下：

1)東江一期泵站建筑物的綜合評價安全類別為一類。

2)東江一期泵站機電設備的綜合評價安全類別評價為一類。

3) 東江一期泵站金屬結構設備的綜合評價安全類別評價為一類。

東江一期泵站整體安全類別評價為一類。

4.2 建議

1)針對現狀存在的若干問題，應優先加強工程設施的維護、保養、加固處理工程缺陷，以消除安全不利因素或隱患。

2)盡快對部分老化機電設備相關部分加強維護保養或整改。

3)在相關問題、工程缺陷完善處理完成之前，采取控制運行管理方式。

4)在運行中加強工程觀測，落實各種突發情況的應急處理預案。