青島市某下穿膠濟鐵路雨水泵站升級改造設計

尹曉靜，孟 濤，夏 涼

（1.青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266000；2.山東旭輝銀盛泰集團，山東 青島 266000）

1 概述

1.1 現狀雨水泵站概況

某下穿膠濟鐵路雨水泵站位于青島市某市政路與膠濟鐵路相交處北側、兩膠濟鐵路線之間?，F狀雨水泵站主要通過某市政路下穿膠濟鐵路段北側排水溝收集地面雨水，經雨水泵站提升后通過1.5 m×0.8 m現狀排水渠道排入泵站北側現狀河道，現狀泵站為半地下式，占地約為94 m2，采用“沉砂池—集水池—提升泵—出水”工藝，泵站內共有3臺立式排水泵，單臺泵流量147.6 m3/h，總排水規模為0.12 m3/s。

1.2 現狀雨水泵站存在的問題

該泵站在建成初期，泵站運行情況較好，為服務范圍內的防洪排澇、保證下穿通道的正常通行等方面做出了重要貢獻，滿足了當時城市發展需要。但隨著周邊地塊開發，雨水徑流量加大，下穿道路低點雨水匯集量增加，現狀雨水泵站無法滿足雨季排水需求，雨季時下穿通道積水嚴重，已影響下穿通道的通行能力，多次中斷交通，給周邊群眾的出行造成了較大影響，急需進行改造。通過現場勘察現狀雨水泵站運行情況、周邊現有排水管渠及現狀地形、周邊道路等發現，該泵站主要存在以下幾個問題：

（1）隨著周邊地塊開發，雨水徑流量加大。

（2）現狀集水池容積較小，排水泵排水能力不足。

（3）周邊高水未采取有效截流措施，大量高位雨水匯集到下穿通道處，加重了下穿通道積水情況。

（4）下穿通道低點處敷設的進水口收水能力不足。

（5）泵站出水渠淤積、損壞嚴重，排水不暢。

（6）現狀雨水泵站采用單路供電，用電安全性無法保證。

2 某下穿膠濟鐵路雨水泵站升級改造方案

由于現狀雨水泵站存在以上問題，且根據該泵站所在區的排水規劃，該雨水泵站屬于該區雨水泵站改造范圍，故該工程擬對現狀雨水泵站在原址進行升級改造。

2.1 雨水泵站設計標準

（1）設計暴雨重現期（a）。根據《室外排水設計規范（2016年版）》（GB 50014—2006）[1]第 4.10.2條規定，立體交叉道路排水系統設計重現期不應小于10 a。結合泵站現狀、投資造價、占地規模等方面考慮，將泵站設計暴雨重現期取為10 a一遇。

（2）此次設計泵站防洪建筑物等級為5級，其防洪重現期取10 a。

（3）該工程結構安全等級為二級，設計使用年限為50 a。

（4）抗震設防烈度7度（0.10g），抗震設防類別為丙類，框架抗震等級為三級，場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第二組。

2.2 雨水泵站規模計算

2.2.1 青島市暴雨強度

利用青島市發布的暴雨強度經驗公式計算：

式中：q 為暴雨強度，L/s·hm2；p 為設計暴雨重現期，a，此次取 10 a一遇；t為集水時間，t=t1+t2；t1為地面集水時間，根據《公路排水設計規范》（JTG/T D 33—2012）[2]中公式 9.1.4，計算得 t1＝5.1 min；t2為管內水流時間。

2.2.2 雨水量計算

式中：Q為設計雨水量，L/s；ψ為綜合徑流系數，取為 0.55；F 為匯水面積，hm2。

根據項目周邊現狀地形、地勢，此次雨水泵站的匯水區域需結合泵站南側某市政路排水系統設計來確定，結合某市政路拓寬改造工程，東部分20hm2范圍內的高部雨水通過3 m×1.8 m雨水暗渠截留后重力排入北側河道，該雨水泵站服務區域不考慮此段道路的排水量，僅包含泵站周邊、南側鐵路路基兩側雨水匯水區域，共計9 hm2。匯水面積如圖1所示。

圖1 雨水泵站匯水面積圖

經計算，此次雨水泵站匯水量為Q=2.06 m3/s?？紤]地下水3%入滲量，此次改造雨水泵站規模取為2.1 m3/s。

2.3 工藝設計

此次泵站的工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后雨水泵站工藝流程圖

2.3.1 收水口

在某市政路北側、泵站進水渠南側最低點處東西兩側設0.8 m×1.0 m雨水溝，雨水溝上設重型防盜型球墨鑄鐵雨水箅子，用以收集道路路面匯流雨水，雨水溝縱坡同道路坡，收集的雨水就近排入最低點處的沉砂池。

2.3.2 沉砂池

沉砂池主要用于沉降匯流雨水中的大顆粒物，減小泥砂對后續設備的影響。此次設計沉砂池尺寸為2.0 m×2.0 m×2.7 m，池底有0.6 m用于沉砂。

2.3.3 進水渠

設1.5 m×1.5 m進水渠，將沉砂后的雨水接入雨水泵站格柵間。

2.3.4 格柵

格柵主要用于攔截水中漂浮物及雜質，起到凈化水質、保護水泵的作用。該工程格柵前采用雨水箅子收水，沉砂池沉砂，水中雜質較少，故該工程選用一臺人工格柵，格柵柵條間隙40 mm，安裝角度60°，設計流速1.0 m/s。

2.3.5 潛水泵

此次改造雨水泵站規模為2.1 m3/s，集水池內采用3臺自耦式潛水泵，其中一臺變頻，可用于非雨季工況，每臺流量Q=0.8 m3/s，設計揚程H=10 m，單臺功率N=110 kW。

受泵站用地限制，集水池內不設備用泵，在泵房地上生產用房內備用一臺非變頻同型號潛水泵。

2.3.6 集水池

計算水泵啟動水位為2.70 m，停泵水位為0.3 m。集水池平面尺寸為7.5 m×8.0 m。為了延長水泵的使用壽命，要求水泵每小時開動水泵不得超過6次。

2.3.7 起吊設備

泵房內安裝起重設備，便于設備的安裝、維修和維護。根據該工程潛水泵等設備的相關參數，該工程起吊設備選用5T電動單梁起重機，跨度為7.5 m。根據《給水排水設計手冊》[3]進行泵房的吊裝高度計算，得泵房凈高為5.3 m。

2.3.8 出水管

根據北側河道50 a一遇水位線及水力計算結果，此次泵站出水管設計管徑為DN1000，管中心標高為7.9 m，就近排入北側現狀河道。

2.4 平面及剖面布置圖

該工程主要為提升現狀泵站排水規模，在現狀泵站用地范圍內進行，不新增占地，改造后泵站仍為半地下式，占地仍約為94 m2（見圖3、圖4）。

3 其他專業設計

3.1 建筑

泵站地上部分為單層框架結構，條形基礎，現澆平屋面，建筑外形尺寸為8.8 m×8.3 m，建筑面積73.04 m2，建筑高度5.3 m。建筑定位于簡潔大方這一風格，外墻采用淺黃色涂料，門窗為深色鋁合金材質，力求做到與自然真正融合，與周邊風格相協調。

圖3 改造后雨水泵站總平面圖

圖4 改造后雨水泵站剖面圖（單位：mm）

3.2 結構

該工程建（構）筑物采用現澆鋼筋混凝土結構，泵房池體平面尺寸為16.5 m×8.9 m，埋置深度8.6 m，池壁厚度為700 mm，底板厚度為1 000 mm，頂板厚度為300 mm。泵房地上為一層生產用房，平面尺寸為8.8 m×8.3 m，主體采用鋼筋混凝土框架結構，基礎坐落于泵房上?；舆吰抡w采用灌注樁+預應力錨桿支護形式。池內壁防水采用水泥基類無機高效防水涂料，黏結強度不小于1.5 MPa，基礎及池壁與土接觸表面（含池壁地面以上0.5 m范圍內）做法采用自粘型卷材防水。

3.3 電氣

為保證泵站電氣系統的連續、可靠運行，該工程電氣設備的負荷等級定為二級負荷，按雙電源供電進行設計，以確保泵房供電系統的安全性。一路10 kV電源引自膠濟線與某市政路交匯處東10 m的10 kV架空線，另一路電源采用柴油發電機。

3.4 自控

該工程采用PLC控制系統，對泵站的工藝過程進行控制和管理。泵站在雨水期到來前需配備人員24 h值守，以滿足設備的現場控制。該泵站按工藝設計要求根據液位高度對水泵實現自動控制。泵站設備各項運行狀態送至PLC，進行集中監控。

3.5 通風

此泵站為雨水泵站，面積小，故選擇機械送風加機械排風的形式進行通風。該工程在地上泵房間南側墻上設置2臺5 000 m3/h/300 Pa軸流送風機，在泵站北側墻上設置2臺5 000 m3/h/200 Pa軸流排風機。

4 結語

該雨水泵站改造工程于2018年初建成并投入使用，2018年雨季該下穿膠濟鐵路橋段路面雨水能夠及時排除，下穿通道能夠正常通行，減小了雨季降水對某市政路交通的影響。