東江一期泵站工程現(xiàn)狀調(diào)查及安全檢測分析

鄭會(huì)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(gè)建筑結(jié)構(gòu)，長期使用之后，站房的各個(gè)結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)出現(xiàn)破損和老舊現(xiàn)象，破損和老舊一定程度上威脅了水工建筑物的運(yùn)行安全，另一方面也會(huì)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(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備等進(jìn)行系統(tǒng)性的檢測及結(jié)果分析，對于泵站的安全穩(wěn)定持久有效運(yùn)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(shè)計(jì)總裝機(jī)4臺(tái)，采用立式中開雙吸離心泵，單機(jī)功率1150kW，單機(jī)流量3.75m3/s，按三用一備方式運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(shè)有兩個(gè)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(jìn)水池上游與閥井銜接，平面上為梯形開敞式布置，進(jìn)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(shè)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(tái)立式蝸殼泵組呈“一”字型布置。主廠房上層為電機(jī)層，地坪高程12.10m，與水泵層相對應(yīng)，分別布置4 臺(tái)電機(jī)，電機(jī)下游側(cè)布置機(jī)旁盤等設(shè)施。在主廠房上部設(shè)有一臺(tái)300KN 橋式起重機(jī)，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(tǒng)，閥室上部設(shè)有單梁橋式起重機(jī)，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(biāo)段相接。

在主廠房南側(cè)布置110kv變電站一座，自三棟變電站接入。

廠內(nèi)建有一座綜合樓，建筑面積2700m2。為六層混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用人工挖孔混凝土灌注樁基礎(chǔ)。

1.3 金屬結(jié)構(gòu)

東江取水口布置1條隧洞，隧洞進(jìn)水口設(shè)檢修閘門1扇，孔口尺寸為5.4m×5.4m，閘門設(shè)計(jì)水頭17.8m，底檻高程3.0m，檢修平臺(tái)高程22.5m，啟閉機(jī)平臺(tái)高程30.5m。閘門為平面滑動(dòng)鋼閘門，閘門門葉重15.46t，正常檢修時(shí)閘門靜水啟閉，特殊工況下，閘門也可在2.6m水頭差下動(dòng)水關(guān)閉。啟閉機(jī)為2×160KN固定式卷揚(yáng)機(jī)，揚(yáng)程8.0m。

1.4 機(jī)電設(shè)備

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

2 工程現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 建筑物

箱涵漸變段混凝土外觀質(zhì)量整體較好，未見破損、銹脹露筋等不良現(xiàn)象；閥室側(cè)墻局部存在鹽析現(xiàn)象，面積共0.63m2；進(jìn)水池側(cè)墻及隔墩局部存在骨料外露現(xiàn)象，進(jìn)水池下游側(cè)墻瓷磚局部存在開裂，運(yùn)行時(shí)水流流態(tài)正常；主、副廠房各構(gòu)件基本完好，未發(fā)現(xiàn)明顯缺損、滲漏、基礎(chǔ)變形及不均勻沉降，廠房分縫處出現(xiàn)明顯裂縫。壓力鋼管檢修間外觀質(zhì)量整體較好，未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫、缺損及滲漏等缺陷。

2.2 金屬結(jié)構(gòu)

閥室管道內(nèi)壁、蝶閥局部銹蝕，水泵喇叭口、進(jìn)水管內(nèi)壁、出水管內(nèi)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(jī)電設(shè)備

東江一期泵站4臺(tái)水泵自2001年運(yùn)行以來基本運(yùn)行正常，軸承溫度、振動(dòng)、噪音等參數(shù)也基本正常，現(xiàn)場檢查水泵泵體和泵蓋組合面連接螺栓銹蝕。2臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行基本正常，現(xiàn)場檢查電動(dòng)機(jī)主軸下端存在銹蝕的情況。東江一期泵站空氣閥設(shè)置在戶外，至今已運(yùn)行20a，空氣閥內(nèi)部銹蝕。電動(dòng)檢修蝶閥閥體存在銹蝕，閥瓣密封圈存在老化現(xiàn)象；滲漏排水泵電機(jī)底板和基礎(chǔ)板存在銹蝕情況；插入式流量計(jì)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(tǒng)部分表計(jì)未按照運(yùn)行管理的要求及時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。

3 安全檢測

3.1 建筑物復(fù)核計(jì)算

3.1.1 水力學(xué)條件復(fù)核

東江泵站位于惠陽市水口鎮(zhèn)蓬陵村廉福地，布置有4臺(tái)立式中開雙吸離心泵，單機(jī)功率1150kW，單機(jī)流量3.75m3/s。

表1 進(jìn)水流道過流能力計(jì)算成果表

3.1.2 進(jìn)水池水下容積復(fù)核

根據(jù)過流量15m3/s所確定的最小容積為450m3，本次計(jì)算按泵站最低運(yùn)行水位10.30m高度進(jìn)行復(fù)核，進(jìn)水池容積計(jì)算結(jié)果為7427.78 m3。進(jìn)水池容積滿足要求。

3.1.3 抗?jié)B穩(wěn)定性復(fù)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(zhèn)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(huì)發(fā)生滲透破壞。

3.1.4 抗滑、抗浮穩(wěn)定性、基底應(yīng)力復(fù)核

東江泵站下部結(jié)構(gòu)寬29.32m，上部結(jié)構(gòu)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(fēng)化硬塑土，承載力標(biāo)準(zhǔn)值取320kPa。

表2 泵房穩(wěn)定計(jì)算工況及荷載組合表

泵房在各種運(yùn)行工況下的穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果見表3。

表3 東江泵房穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果表

從計(jì)算結(jié)果中顯示，各項(xiàng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性均滿足要求。

3.1.5 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)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(jìn)水側(cè)邊墻厚1.8m，墻頂高程為19.4m；副廠房出水管一側(cè)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(jìn)行復(fù)核計(jì)算，計(jì)算軟件采用《理正結(jié)構(gòu)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(jì)算配筋見表4。

表4 泵站廠房框架計(jì)算成果表

3.2 機(jī)電設(shè)備復(fù)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(gè)工況與設(shè)計(jì)工況較為接近時(shí)，此時(shí)運(yùn)行水泵為1#、2#、4#1共3臺(tái)，總流量為5.08m3/s，其中2#、4#水泵平均單機(jī)流量為3.45m3/s.對應(yīng)電功率為914kW，這兩臺(tái)水泵流量值基本接近設(shè)計(jì)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(jì)的差異，從臺(tái)班3臺(tái)水泵8h總輸水量290000m3/s反算，1#水泵流量實(shí)際應(yīng)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(jì)引起，而水泵的實(shí)際出力是基本滿足要求。從復(fù)核計(jì)算結(jié)果及運(yùn)行記錄表明，水泵流量基本滿足流量要求。

3.2.2 電動(dòng)機(jī)功率

水泵軸功率按N軸=1000 H總×Q/102η計(jì)算，其中最大軸功率出現(xiàn)在流量為3.44m3/s，揚(yáng)程為23.7m的工況點(diǎn)，軸功率為882kW，配套系數(shù)按1.05～1.20。

計(jì)算結(jié)果為 N=1136kW，此結(jié)果與現(xiàn)狀配套的電機(jī)功率1150kW較為接近。故現(xiàn)狀電機(jī)配套功率基本滿足運(yùn)行要求。

3.2.3 水泵安裝高程

根據(jù)汽蝕余量確定安裝高程，不發(fā)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(jìn)水池最低工作水位為10.30m，相應(yīng)裝置的汽蝕余量為11.0m，水泵運(yùn)行范圍內(nèi)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(yùn)行要求。

3.3 金屬結(jié)構(gòu)復(fù)核

3.3.1 閘門

閘門的設(shè)計(jì)復(fù)核是參照圖紙尺寸，并考慮腐蝕后按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行復(fù)核。

荷載考慮設(shè)計(jì)水頭下的靜水壓力，主框架乘動(dòng)載系數(shù)1.1。閘門結(jié)構(gòu)主要材料為Q235A，材料容許應(yīng)力乘調(diào)整系數(shù)，調(diào)整系數(shù)取0.90，對于閘門承重構(gòu)件和連接件，應(yīng)校核正應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ，校核公式為：

σ≤[σ]τ≤[τ]

(1)

式中：[σ]、[τ]為均為調(diào)整后的容許應(yīng)力。

表5 主梁應(yīng)力及撓度計(jì)算結(jié)果

3.3.2 啟閉機(jī)

采用一臺(tái)2x160KN固定式卷揚(yáng)機(jī),靜水啟閉，靜水啟閉水壓力：

(1)

啟門力計(jì)算結(jié)果為266kN，現(xiàn)在運(yùn)行的啟閉機(jī)容量2×160kN大于計(jì)算啟門力，可滿足啟門要求。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查和檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對相關(guān)部分進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，泵站建筑物的、機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)安全評價(jià)結(jié)果如下：

1)東江一期泵站建筑物的綜合評價(jià)安全類別為一類。

2)東江一期泵站機(jī)電設(shè)備的綜合評價(jià)安全類別評價(jià)為一類。

3) 東江一期泵站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的綜合評價(jià)安全類別評價(jià)為一類。

東江一期泵站整體安全類別評價(jià)為一類。

4.2 建議

1)針對現(xiàn)狀存在的若干問題，應(yīng)優(yōu)先加強(qiáng)工程設(shè)施的維護(hù)、保養(yǎng)、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(jī)電設(shè)備相關(guān)部分加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)或整改。

3)在相關(guān)問題、工程缺陷完善處理完成之前，采取控制運(yùn)行管理方式。

4)在運(yùn)行中加強(qiáng)工程觀測，落實(shí)各種突發(fā)情況的應(yīng)急處理預(yù)案。