魯北地區下沉式通道一體化泵站排水設計

李國旗，孫海波，孟 露，胡明剛

（山東省交通規劃設計院集團有限公司，山東 濟南 250031）

引言

近年來，一體化排水泵站的使用越來越廣泛，相較于傳統泵站占地面積小，施工速度快，操作維修簡便，對周邊環境影響小，無人值守等特點，目前一體化預制泵站單個泵井直徑最大為4 m，由于交通等條件的限制，筒體內空間有限，僅能安裝流量小于1.0 m3/s 的潛水泵，因此，基本應用于流量較小的污水提升泵站，對于流量較大的污水和雨水泵站限制較大[1-3]。目前在國內南方應用較多，北方城市在逐漸推廣，市場前景廣闊[2-5]。

1 工程概況

下沉式通道位于聊城市中心片區蓮湖片區，本項目為道路改造工程，規劃為城市次干路，紅線寬度40 m。改造范圍為興華路北側公交站臺至興華路與濱河東路、光岳北路交叉口，新建興華路與濱河西路南北側連接道路，濱河西路下穿興華路，下穿段長度為530 m，寬度為22 m，徒駭河現水位絕對高程為30.7 m 左右，正常水位年變化幅度在2.0 m左右，徒駭河歷史最高水位絕對高程為32.7 m 左右，百年洪水位絕對高程為33.32 m，下穿段低點設計高程為29.635 m，本項目下穿通道排水設計方案為壓力排水。

2 水文地質

勘區位于第四系水文地質單元區，含水層主要為粉土、粉砂土，雖有粉質黏土地層，但未形成大區域的不透水層，勘區地下水為同一水文地質單元區。勘區地下水屬第四系孔隙潛水，勘察期間興華路道路和箱涵工程區域實測地下水靜止水位埋深在自然地坪下2.97～5.2 m 左右，絕對高程為29.6 m左右，地下水年均變化幅度在2.0 m 左右；徒駭河現水位絕對高程為30.7 m 左右，正常水位年變化幅度在2.0 m 左右，徒駭河歷史最高水位絕對高程為32.7 m 左右。場地含水層的主要補給方式為徒駭河地表水系的補給，主要排泄方式為大氣蒸發及城市用水。

3 設計標準

雨水設計流量：

式中：Q—雨水設計流量，L/s；q—設計暴雨強度，L/s·ha；ψ—徑流系數；F—匯水面積，ha。

暴雨強度公式采用聊城市暴雨強度：

式中：q—暴雨強度，L/s·ha；P—設計重現期，a；t—降雨歷時，min。

徑流系數的值因匯水面積的地面覆蓋情況、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面鋪砌等情況不同而異。根據匯水范圍內的用地性質，經加權平均確定徑流系數為0.25～0.9。

下穿段雨水設計重現期采用50 a，根據匯水范圍內的用地性質以收集道路路面雨水為主，路段區域內經加權平均確定徑流系數取為1.0，流量為772 L/s。

4 工程設計

設計秉持“安全、經濟、綠色”的原則，下穿段排水只考慮排出匯水區域的地面徑流水，由于下穿段采用箱涵+U 型槽方案，排水不考慮地下水的影響；下穿段排水設立獨立的排水系統，出水口可靠；設計中控制下穿段匯水面積，下穿段兩段及周圍設置多箅雨水口、雨水溝截水，且設置道路“額頭坡”，采用高水高排、低水低排且不連通的系統；泵站頂及配電設備的基礎高程均大于34.7 m。

4.1 工藝設計

4.1.1 匯水區域的劃分及匯水范圍

濱河西路下挖路段長度為530 m，最低點位于樁號K0+290 處，高程為29.635 m。匯水范圍考慮此下穿段的路面雨水及道路東側至河護坡處，共1.06 ha，無轉輸雨水。

4.1.2 泵站水量

表1 中，泵站匯水流量為772 L/s，擬選用三臺泵，每臺泵的流量Q ≥920 m3/h，取泵的額定流量960 m3/h。

表1 雨水水力計算

4.1.3 泵站揚程

百年一遇洪水位33.32 m，泵前平均水位27.975 m，設計揚程H=6.545 m。根據水泵流量和揚程，選擇潛水泵960 m3/h，H=10 m，N=45 kW，取一體化預制泵站筒體直徑3 800 mm。

4.1.4 集水池容積

根據《一體化預制泵站選用與安裝（一）》（20CS03-1）規定，當泵站應用于地下通道排水時，集水池有效容積不應小于最大一臺水泵60 s 的出水量。本項目有效容積V=16 m3。集水池有效水深為1.41 m，取h=1.45 m。

4.1.5 泵站高度

根據選型，水泵停泵水深為1.35 m；第一臺泵起泵水深為2.8 m；水深每上升0.5 m，多開啟一臺水泵；第三臺泵起泵水深為3.8 m，第三臺泵起泵液位以進水管管內頂平計為27.903 m；筒底標高為24.103 m，取24 m；地面標高為34.70 m；泵站筒體高度為10.7 m，取11 m；取出水管管底標高為31.65 m；取出水管流速2.0 m/s；出水管截面積為0.4 m2；出水管徑為800 mm。

4.2 抗浮設計

一體化泵回填見圖1，底板設置1.5 m 襟邊，利用上部土壓力作用于底板，防止筒體上浮。地下水位以上重度標準值按18 kN/m3，地下水位以下重度標準值按10 kN/m3計算，水位按百年洪水位計算。泵站總浮力F=3 223.8 kN，泵站總重力W=4 225.68 kN＞3 385 kN，滿足《泵站設計規范》（GB/T50265—2017）要求。

圖1 一體化泵回填/m

4.3 電氣智能設計

泵站用電負荷等級為二級；供電電壓為380 V，泵站電源設置相序、電涌等保護措施，電力設計詳見照明工程。泵站設置自動定期排空功能，自動巡檢功能。

水泵啟動方式采用變頻啟動，水泵運行采用液位自動控制方式，液位信號采用靜壓式液位傳感器、浮球開關雙重采集方式，信號互為備用。水泵運行具有自動輪換、故障切換功能。

控制柜采用人機交互界面操作，云平臺采用開放式接口，數據交換采用標準HTTP 或MQTT 協議，設置能耗監測及防盜報警功能。設置自動控制、現場手動控制功能；具有手機APP、網頁、智慧云遠程監控功能。泵站的日常運行應采用自動控制方式，當靜壓式液位傳器故障時應能切換到浮球開關應急使用。應采用云平臺運維系統對泵站進行日常管理，并應定期巡視。

5 結語

工程設計秉持“安全、經濟、綠色”的原則，最大限度地減小對河道及周邊環境的影響，降低工程投資，縮短施工周期，實現下穿段排水安全，良好的環境、經濟和社會效益。