全地下式雨污合建泵站改造工程設(shè)計(jì)

蔡軍華

（富陽市水務(wù)有限公司，浙江富陽 311400）

0 引言

我國正處在城鎮(zhèn)化發(fā)展的快車道，城鎮(zhèn)人口不斷增加，城鎮(zhèn)面積也不斷加大。與之伴隨的是城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的不斷完善和排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行改造勢在必行。本文以富陽市龍山路泵站改造為例，結(jié)合筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對泵站改造設(shè)計(jì)過程中的要點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，供其他泵站改造項(xiàng)目借鑒。

1 泵站現(xiàn)狀及地區(qū)排水系統(tǒng)規(guī)劃

1.1 龍山路泵站現(xiàn)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(jié)構(gòu)，上部為居民住宅。泵站為雨污水合建，其中雨水泵站設(shè)計(jì)規(guī)模為1.0 m3/s，污水泵站設(shè)計(jì)規(guī)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(shí)平時(shí)不開泵，雨水經(jīng)岔道管自流排入河道，只有當(dāng)河道水位較高，自流無法排除時(shí)才開啟雨水泵，雨水經(jīng)水泵提升后排入河道。

1.2 區(qū)域排水系統(tǒng)規(guī)劃

龍山路雨污水泵站服務(wù)范圍為北堤路、鑊子山、迎賓路、富春路和鸛山圍合的區(qū)域，服務(wù)面積約為0.92 km2。區(qū)域內(nèi)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(qū)域的地勢高點(diǎn)，龍山路、桂花路和花塢路為區(qū)域較低的路段。圖1為已建雨水管道位置圖。

經(jīng)計(jì)算，暴雨重現(xiàn)期P=1 a時(shí)，服務(wù)范圍內(nèi)雨水量Q=5.83 m3/s。P=0.5 a時(shí)，在現(xiàn)狀管道條件下，服務(wù)范圍內(nèi)雨水量Q=3.88 m3/s。

圖1 已建雨水管道位置圖

2 泵站運(yùn)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(yùn)行正常（見圖2）。但由于北渠抬水工程正處在實(shí)施階段，實(shí)施后北渠水位抬高，地區(qū)雨水將無法自排入渠，泵站排水能力無法滿足區(qū)域內(nèi)雨水的排放要求。

圖2 現(xiàn)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(shí)，地面積水現(xiàn)象比較嚴(yán)重，積水退水時(shí)間較長，除了泵房規(guī)模偏小無法及時(shí)排放的原因以外，河水通過岔道管倒灌也是導(dǎo)致長時(shí)間積水的主要原因。在北渠抬水，河道水位標(biāo)高不再滿足區(qū)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(jìn)行改造，防止河水倒灌的情況再次發(fā)生。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘、與泵站運(yùn)營管理單位了解情況、資料收集和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(xiàn)期P=1 a時(shí)，服務(wù)范圍內(nèi)雨水量Q=5.83 m3/s，現(xiàn)狀泵排能力嚴(yán)重不足，需對泵站進(jìn)行擴(kuò)容改造。

（2）已建泵站水泵起吊設(shè)備為3 t，起吊凈空較小，泵站擴(kuò)容后需對起吊設(shè)備和工字鋼進(jìn)行改造，而水泵規(guī)格提升后水泵的安裝和檢修也將是該工程實(shí)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(jìn)行相應(yīng)改造。

（4）進(jìn)水閘門井閘門設(shè)備老化，關(guān)閉速度較慢，此次改造需更換。

（5）格柵井頂部漏水嚴(yán)重，需進(jìn)行修補(bǔ)。泵房地下一層照明不足，需改造照明設(shè)施。

（6）泵房內(nèi)通風(fēng)設(shè)施破舊失靈，臭味重，工作環(huán)境差，需增加泵站除臭設(shè)施。

3 泵站改造方案的論證

3.1 改造原則

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

（2）積極穩(wěn)妥地采用“四新”技術(shù)，全面提高工程效益；（3）保護(hù)環(huán)境，減小泵站對周邊環(huán)境的影響；（4）切實(shí)做好泵站改造切換工作，減少污水臨時(shí)排放時(shí)間。

3.2 主要機(jī)械設(shè)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(nèi)凈尺寸為10.8 m×19.9 m，雨水泵房內(nèi)凈尺寸為8.4 m×19.9 m；泵房底層、中層、上層標(biāo)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(kuò)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(kuò)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(kuò)容的瓶頸。

中層平面標(biāo)高5.00 m，梁頂標(biāo)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(shè)備方能滿足該工程設(shè)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(yīng)性強(qiáng)，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(jìn)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(yùn)行效率高、泵體尺寸小的進(jìn)口產(chǎn)品。

3.2.2 起吊設(shè)備的選型

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

圖3 超低凈空電動(dòng)葫蘆示意圖

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

3.2.3 進(jìn)水閘門的選型

“我們的海洋，我們的遺產(chǎn)”是今年“我們的海洋”會(huì)議的主題，它反映了我們?yōu)榫S持海洋資源的可持續(xù)性和維護(hù)海洋健康而作出的選擇和行動(dòng)。作為為我們的子孫后代提供的遺產(chǎn)，我們可以選擇留下哪種遺產(chǎn)，而這種選擇取決于我們今天采取的行動(dòng)。

該工程為全地下式雨污合建泵站，當(dāng)進(jìn)水超過泵房排水能力或斷電事故時(shí)，需快速關(guān)閉進(jìn)水閘門，避免泵站被淹，該工程選用可快速關(guān)閉電動(dòng)閘門，可以在斷電后10～20 s內(nèi)關(guān)閉閘門，防止泵站被淹沒。同時(shí)要求閘門有調(diào)節(jié)功能，在供電情況下可正常調(diào)節(jié)閘門開啟量。

3.2.4 除臭設(shè)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(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)。

3.2.4.1 處理效率高

離子氧除臭設(shè)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(dá)85%～95%左右。在任何季節(jié)、任何氣候條件下都能滿足除臭設(shè)備處理效果要求。

3.2.4.2 技術(shù)領(lǐng)先、投資小、能耗低

離子氧發(fā)生管及分置調(diào)控器的風(fēng)阻小，壽命長、電耗極小。

3.2.4.3 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)

可在確保排放達(dá)標(biāo)的前提下，采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，以降低運(yùn)行成本。

3.2.4.4 自動(dòng)控制、操作簡便

設(shè)備運(yùn)行完全自動(dòng)，無須人工操作，可采用遠(yuǎn)程或就地兩種控制，并有手動(dòng)和自動(dòng)二種控制模式。

設(shè)備停止運(yùn)行、檢修或更換易損件及材料等，可在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)并投入正常使用。

3.2.4.5 除臭設(shè)備結(jié)構(gòu)體積小、自重輕

除臭設(shè)備與泵站總體布局相適應(yīng)，能滿足設(shè)計(jì)要求。占地面積小，能保證日常的運(yùn)行、檢修空間。

因此，該工程選用離子除臭系統(tǒng)，用于改善泵房內(nèi)部及泵站周邊區(qū)域的空氣環(huán)境質(zhì)量。

3.3 改造內(nèi)容

該項(xiàng)龍山路雨污合建泵站改造工程主要分為兩部分內(nèi)容。

3.3.1 雨污合建泵房內(nèi)改造部分

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

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

（3）進(jìn)水閘門改為電動(dòng)可快速開關(guān)閘門，進(jìn)水閘門前壓力蓋板更換。

（4）改造泵房內(nèi)工字鋼位置和型號，拆除部分電動(dòng)葫蘆改造為超低凈空電動(dòng)葫蘆。

（5）改造泵站除臭設(shè)備，改造照明及監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3.2 雨污合建泵房外改造部分

（1）雨水管改造內(nèi)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(nèi)容為：新建DN700污水出水管與現(xiàn)狀DN1000雨水出水管連接，排放入北渠，用于暴雨時(shí)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(shè)計(jì)改造內(nèi)容為：在泵房外空地上設(shè)置混凝土地坪新建除臭設(shè)備，除臭風(fēng)管沿花塢路埋設(shè)至花塢橋東、館驛路北側(cè)設(shè)置排放口無害排放。

4 工程方案設(shè)計(jì)

4.1 平面布置及管線改造

4.1.1 雨水管改造

現(xiàn)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(nèi)底標(biāo)高3.04m。當(dāng)雨水較小時(shí)，北渠水位低時(shí)，打開岔道管閥門，雨水自流進(jìn)入北渠；當(dāng)雨水較大，北渠水位高時(shí)，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(xiàn)狀圖

由于雨水泵配泵能力增加，經(jīng)對原雨水出水管 （DN1000～2×DN800）復(fù)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(jìn)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(nèi)內(nèi)襯DN1400鋼管，使其能承受壓力，作為出水壓力管用。同時(shí)將原有出水口改造為八字式出水口，與現(xiàn)有防洪堤相結(jié)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(guī)模增加到1.875 m3/s，所增加部分泵排能力是用于雨季時(shí)排放合流雨水之用，用以提高地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)。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(shè)1路DN700管道，設(shè)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(dāng)雨水流量超過雨水泵輸送能力時(shí)，開啟全部污水泵分流一部分合流雨水，合流雨水經(jīng)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(xiàn)有防洪堤相結(jié)合。

圖6 改造后污水出水管位置圖

4.2 泵站工藝設(shè)計(jì)

4.2.1 雨水泵房改造

現(xiàn)狀雨污合建泵房并無土建擴(kuò)容的可能，受土建尺寸的限制，經(jīng)反復(fù)進(jìn)行設(shè)備選型、計(jì)算和土建尺寸復(fù)核，擬將原泵房內(nèi)2臺(tái)規(guī)格為0.5 m3/s雨水泵更換為1.0 m3/s，同時(shí)新增1臺(tái)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(shè)計(jì)揚(yáng)程計(jì)算表。

經(jīng)計(jì)算，該工程雨水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)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(diào)換后仍達(dá)不到服務(wù)范圍內(nèi)的雨水排放能力，同時(shí)考慮到服務(wù)范圍內(nèi)管道為合流制，存在雨污混接現(xiàn)象，因此考慮利用污水泵的輸送能力，在雨量較大時(shí)，盡能力輸送合流雨水，部分分擔(dān)雨水泵的排澇壓力，因此考慮同時(shí)更換污水泵。

表1 雨水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程計(jì)算表 （單位：m）

經(jīng)對污水泵房土建尺寸進(jìn)行復(fù)核，將原泵房內(nèi)5臺(tái)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(shí)污水泵可同時(shí)開啟，用于輸送合流雨水，增加區(qū)域排水能力。

結(jié)合原污水泵設(shè)計(jì)參數(shù)，該工程污水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程確定為H=12.0 m，校核范圍為6.00～14.00 m。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）該工程實(shí)施后，將大大降低服務(wù)范圍內(nèi)地面積水現(xiàn)象的發(fā)生，防止由于地塊積水造成的環(huán)境污染。

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

（3）通過“四新”技術(shù)的運(yùn)用，解決了泵房改造的除臭、設(shè)備起吊、泵站安全保護(hù)等問題，改善泵房內(nèi)工作環(huán)境和區(qū)域生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)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(shí)開啟）?？鄢?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(shí)，需斷水施工，建議在非汛期施工。施工時(shí)需得到泵站運(yùn)行管理單位配合，做好施工期間臨時(shí)排水，并應(yīng)合理安排施工順序，盡量縮短斷水時(shí)間。

（2）建議對服務(wù)范圍內(nèi)的管道系統(tǒng)進(jìn)行梳理和摸排，杜絕雨污水管道直排河道的現(xiàn)象出現(xiàn)，防止一旦河道水位較高時(shí)，河水倒灌而加重雨污水泵房的負(fù)擔(dān)。

（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(dāng)?shù)丨h(huán)保等相關(guān)部門同意。雨水口的設(shè)置需與水利部門進(jìn)一步結(jié)合。