天津市某雨水泵站工程設計

任艷琴 王舜和

(1.天津市潤標建筑設計咨詢有限公司，天津 300192; 2.天津市市政工程設計研究院，天津 300051)

1 泵站內容規模及建設必要性

本泵站工程服務區域為新建片區，為確保排水設施建設與城區的發展速度相協調，尤其提升地區排瀝和排污能力，應采取措施保證解決汛期降雨積水等問題，為當地工業企業、人民生活帶來便利。通過本工程建設的雨水泵站將瀝澇水排入規劃湖區，可有效解決城區的積水排泄問題，而且還可以有效地改善區域的生態環境，為湖區補水，同時帶動相關行業的發展，實現工程水利、資源水利、生態水利的有機結合，因此工程的建設是十分必要的。

本工程建設目的為排瀝，通過雨水泵將本區域瀝水排入規劃湖區，工程主要內容包括:

1)泵站主體工程:新建設計排瀝能力11 m3/s雨水泵站;地上附屬建筑1座，內設值班室及高低壓變配電室;轉彎井及蝶閥井各1座;圍墻及大門、庭院上下水、照明、道路、綠化等。

2)配套工程:新建2組雙排D2 200 mm預應力鋼筒混凝土出水管，壓力轉彎井及八字出水口等。

根據規劃，雨水泵站控制流域面積共4.2 km2，排瀝標準與排水模數分別為:設計重現期為一年，徑流系數0.55，計算雨水干管長度3 580 m，降雨歷時153 min，換算成排水模數為2.68 m3/(s·km2)。經計算設計排瀝流量為11.0 m3/s。

根據計算，本工程設計排瀝流量為11 m3/s，依據GB 50265-2010泵站設計規范，確定該工程為Ⅲ等中型工程，泵站主要建筑物如泵房、站前節制閘、前池、壓力出水池、壓力方函等建筑物級別為3級。

2 泵站基礎高程資料

本工程位于天津市，站區規劃地面高程為3.800 m，進出水水位設計資料如表1所示。

表1 泵站進出水水位設計資料 m

3 泵房及出水閘井方案選擇

3.1 雨水泵房設計方案

雨水泵房主要有兩個方案可供選擇:

1)潛水泵房方案;2)干式離心泵房方案。

兩種方案的優缺點比較見表2。

表2 泵房方案的優缺點比較表

根據潛水泵和干式泵運行的特點，結合本工程進水管道較深、維護保養、運行效果及產品適用性等多個因素，本設計采用“潛水泵房”作為雨水提升泵房設計方案。

3.2 出水檢修閥(閘)門布置形式的選擇

本工程最終排水出路為規劃湖區，在非汛期為防止水倒灌進入泵站，影響泵站管理保養，需要在出水管路設置閥門或者閘門。根據本工程特點，泵站選址距離最終排放口較遠，為運營管理方便應在泵站內出水池處和最終排放口處分別設置閥(閘)門。設計選擇以下幾種布置方案:

方案一:設高位出水池，使泵后排水重力流出，此時出水池處設手電兩用閘門，最終排放口處設疊梁閘。

方案二:設壓力出水池，排水為壓力流，出水池后設蝶閥，最終排放口設手電兩用閘門。

由于大口徑蝶閥的成本遠高于同口徑的手電兩用閘門，因此在出水管路不長，泵站揚程不大的情況下，多采用方案一的布置形式。但對于本工程而言，出水管路距離較遠，經過水力計算，在洪水位高程下，出水池壅水高程為8.66 m，即高位出水池液位高于地面約4.86 m，不適合采用方案一的布置方式。因此推薦采用方案二作為出水檢修閥(閘)門布置形式，當泵站內部維修時，可關閉出水蝶閥。出水閘門用于蝶閥損壞或者進行出水管路維修時，臨時截流使用。

4 泵站設計揚程核算及水泵選型

4.1 泵站設計揚程Hr的確定

其中，Hjr為泵站設計幾何揚程;hf為進出水系統的水頭損失;v2/2g為水泵出口動能損失。

管路損失揚程=沿程損失+局部損失。

1)當設計揚程時，泵站出水為設計流量，出水管道水頭損失為0.88 m。

2)當最大揚程時，泵站出水為水泵高效段最小流量，出水管道水頭損失0.68 m。

3)當最小揚程時，泵站出水為水泵高效段最大流量，出水管道水頭損失1.05 m。

因此本泵站工程設計揚程為5.0+0.88+1.5(安全水頭)=7.38 m。工作范圍為 3.66 m ～10.04 m。

4.2 水泵選型

根據泵站的建設規模和運行特點，本泵站的裝機臺數在5臺～8臺為宜。作為排澇為主的泵站，實際排澇流量變化較大，為使調度運用靈活，單機流量不宜過大。但流量太小，臺數太多時又會導致土建、機電投資增加。綜合考慮，初步選擇:

方案一:6臺，單臺流量1.83 m3/s(6 588 m3/h);

方案二:8臺，單臺流量1.375 m3/s(4 950 m3/h);

方案三:5臺，單臺流量2.2 m3/s(7 920 m3/h)。

設計揚程均為7.38 m。

各選型參數對比如表3所示。

表3 水泵選型參數對比表

本工程規模中等，出水管線較長，需進行多次轉向，局部水頭損失較高。從以上對比可以看出，相對于方案二，方案一和方案三投資費用較省，工程占地面積少，但開挖深度較大;方案二占地面積較大，但開挖深度較小。綜合比較，三種運行方案均可，投資差別不大。但從泵站結構穩定性角度，以偶數泵為宜，結合工程投資情況，選擇6臺水泵的布置方案。

5 泵站主體工藝設計

5.1 總平面布置

根據規劃部門提供的進出水管線路，本工程進水主干管來自泵站北側，而出水管線自南向北進入規劃湖區。為減少進出水管線長度，泵站內部布置采用泵站主體在北側，廠內運輸檢修道路在周邊，附屬建筑用房在南側的布置方式。主要構(建)筑類型包括:進水交匯井、進水方函、站前節制閘、粗格柵、前池、泵房、壓力出水池、蝶閥井、配電管理用房等組成。當泵房內雨水積蓄到工作液位時通過水泵提升至壓力出水池，經過蝶閥井后由雙排D2 200 mm出水管排放至湖區。當水泵啟動后，蝶閥井內蝶閥工作狀態為開啟，水泵停止后蝶閥應關閉。

5.2 泵站進水池

泵站進水部分包括站前節制閘、粗格柵、泵池、壓力出水池四個部分，均為地下整體式布置。雨水泵房進水匯合后通過站前節制閘，設4座W×H=1 800 mm×1 800 mm的手電兩用鑄鐵方閘門，用于泵池檢修時臨時截斷泵站來水，閘孔中心距離池頂6.7 m。隨后通過4條廊道分別通過粗格柵，去除水中直徑較大的雜物，以保護水泵的穩定運行。粗格柵采用4組(2套)移動式格柵除污機，柵槽寬2 500 mm，柵寬2 400 mm，柵條間隙40 mm，傾角70°，格柵最大淹沒深度3.6 m。

5.3 泵房主體

雨水泵房主體包括站前泵池、壓力出水池。進水采用正向進水方式，擴散角約為20°，泵房垂直水流方向呈一字形布置，采用濕式型泵房，鋼筋混凝土結構，水泵采用6臺潛水軸流泵，水泵間以隔墻隔開，泵房主體總長30.2 m，寬24.7 m。軸流泵采用鋼制井筒，井筒長度約6.9 m，頂部配有自動排氣閥和蝶閥。泵房底標高 -5.800 m，軸流泵開泵液位 -1.500 m，停泵液位 -3.800 m，水泵參數見表4。

表4 水泵參數表

5.4 泵房出水池

泵房采用壓力出水池，與站前節制閘、粗格柵、泵池均為地下整體式布置，總寬5 m，長19 m，呈矩形布置，為保證流態兩側泵位出口處設抹角。壓力出水池頂部設檢修用壓力蓋板，并配有放氣閥等必要設備。出水池內設6臺DN1 000 mm拍門，接軸流泵鋼制井筒。經過水力計算，在洪水位高程下，出水池壅水高程為8.66 m，即出水池頂部壓力約5 m。

5.5 出口轉彎井及蝶閥井

由于泵站需要調整出水方向，為此需建1座出口轉彎井，為節省占地和投資，設計將轉彎井和泵房主體合建。蝶閥井內安裝2臺D2 200 mm手電兩用蝶閥和2臺D2 200 mm伸縮接頭。蝶閥井內蝶閥工作狀態為常開，遇泵站閥前構筑物、機電設備檢修時關閉。蝶閥井后接2組雙排D2 200 mm預應力鋼筒混凝土管，接入規劃湖區。

5.6 配電管理用房

配電管理用房位于泵站南側，為單層鋼筋混凝土框架結構，長37 m，寬8.85 m，總建筑面積327.45 m2。房內設變配電間、污水泵房配電間、值班控制室和衛生間等。配電間共設主要出入口4個，均為乙級防火門，房間窗戶采用1.8 m×1.5 m乙級防火窗。外墻貼暗紅色墻磚，屋面采用坡屋頂，坡度為22.5°，掛淺灰色波紋瓦，自由排水。

6 結語

本工程目前正在施工，工程采用的泵站形式安全可靠、運行方便、便于管理，該工程的實施為解決天津市新建片區的雨水排澇問題提供了保證，是一項有利于民生的基礎設施工程項目。