大砂溝電灌工程泵站改造方案及泵房設計探究

張偉英

（蘭州市水電勘測設計院，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

水是十分重要的自然資源，水利工程是對水資源進行綜合利用、推動國民經濟持續發展的重要手段，對于經濟建設的不斷推進以及實現人民生命財產安全的保障有著重要作用。近些年來，國家對于水利工程的建設力度不斷加大，大砂溝電灌工程泵站改造項目也在持續推進，切實采取有效措施盡可能地消除工程中存在的安全問題，在很大程度上改善了相關工作人員的人身安全及生活條件。

2 工程概況

大砂溝灌區位于蘭州市以北，皋蘭縣的西南部；灌區受益區有蘭州市皋蘭縣的中心、忠和、水阜及永登縣的樹屏四鄉十八個行政村85 社，有3.5 萬人口，土地面積58 666 公頃，耕地面積7 046.7 公頃。大砂溝提灌工程始建于1966 年，之后經過多次續建和改擴建，使該灌區灌溉面積達到6 333.3 公頃，屬三等中型工程，主要由泵站、總干渠、干支渠和渠系建筑物組成。共有泵站31 座，總裝機109 臺套，總容量26 601 kW。工程的建成，促使灌區的工農業生產以及人們的生活條件得到了很大程度上的改善，對于蘭州北大門和中川機場綠色通道的生態環境進行了一定的改變，對于灌區經濟社會的發展起到了極大的推動作用。

3 大砂溝電灌工程泵站更新改造的必要性

泵站更新改造后將改變灌區作物種植單一、品種差、結構不合理的現象；大力推廣節水灌溉，調整糧經比例、糧菜比例、夏秋比例，提高糧食品質和產量，提高經濟效益，促進傳統農業向現代農業轉變，由數量型增長向質量型增長轉變，有效增加農民收入，促進農民收入的快速增長，實現農業的現代化。同時通過泵站更新改造和泵站監控技術的運用，將進一步提高灌溉保證率，完善量水設施和管理設施，為灌區的管理提供有力保障，促進灌區水價體制、用水機制、人事管理的改革和灌區經濟的發展，確保農業的可持續發展。另外，主體泵站工程能否正常運行，是保持和發展蘭州市南北兩山綠化成果的先決條件，是蘭州市生態環境能否進一步改善的基礎條件。

4 電灌工程泵站更新改造方案及泵房設計措施

4.1 工程改造方案

4.1.1 泵站改造方案

文中主要將大砂溝電灌工程總干七泵站為例，對其更新改造及泵房的設計進行探討。本次實施方案設計總干七泵站在原址拆除重建，由于原站址場地位于大砂溝主溝東側高速公路邊，場地鄰山并在深挖方地段，場區面積小而且廠區內排水困難，洪水淹沒泵站的情況時有發生，因此本次設計將泵房場院地坪整體抬高，使場區外地坪與泵房西側道路高程基本一致。總干七泵站4 臺水泵出水管在室內匯總為一條壓力主管道后穿出泵房爬坡布設至七泵出水池，總干七泵站共需敷設壓力管道166 m。

4.1.2 基礎處理方案

總干七泵房為原址拆除重建，根據地勘報告，總干七泵房基礎覆蓋層為第四系沖洪積含礫中細砂層，厚度5.0~7.4 m，持力層以第白堊系紅色砂巖為主，泵房基礎條件較差。因此本次設計總干七泵站泵房以鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎為設計方案。

4.2 工程總體布置

原初步設計新建總干七泵站站址位于現總干七泵站西側約600 m 的總干六級渠側，壓力管道沿大砂溝洪道西側向北布置至七泵出水池。由于該位置的上水壓力管道管線需要占大砂溝排洪溝道或者耕地，征地難度大，項目實施困難；其次初步設計總干七泵站站址緊鄰大砂溝排洪道，對泵站防護要求高。考慮以上因素，本次實施方案將總干七泵選擇在原址拆除重建。初步設計批復主副廠房為地面式泵房，基坑深2.3 m，進深9.9 m，建筑面積為426.9 m2，其中主廠房建筑面積257.3 m2，副廠房建筑面積169.7 m2。由于總干七泵站原址位于深挖方地段，由于現七泵站站址位于深基坑內，需要將場院地坪抬高5.6 m，因此基坑深度需加深至8.3 m，4 臺水泵出水匯總管需放置在室內匯總，因此本次實施方案主廠房進深改為13 m；由于現有場地面積限制，根據現場實際布置情況，副廠房由初步設計一層改為三層，其中增加一層電纜層。本次實施方案設計泵房采用“一”字型布置方式，分為主廠房和副廠房兩部分，總建筑面積729 m2，其中主廠房建筑面積340.87 m2，副廠房建筑面積388.13 m2，副廠房在主廠房右側布置。總干七泵站4 臺水泵出水管在室內匯總為一條壓力主管道后穿出泵房之后爬坡布設至七泵出水池，總干七泵站共需敷設壓力管道166 m。進水前池與泵房主廠房平行布置，為1 座橢圓形鋼筋砼水池，水池容積400 m3。在場院東南側位置新建管理房1 座，為二層框架結構，總建筑面積335.8 m2。將泵房場院地坪分層夯填至高程1 803.60 m，場院地坪進行砼硬化處理，面積3 700 m2。場院北側和東側兩周均需修建M10 水泥砂漿砌塊石擋土墻，高1.5~5 m，總長度150 m。修建圍墻160 m，鐵藝大門1 座。

4.3 主要建筑物設計

4.3.1 泵房

在總干七泵站泵房主要采用“一”字型布置方式，分為主廠房和副廠房兩部分，泵站副廠房為于主廠房右側布置。

主廠房為半地下負壓進水形式，泵站機組布置采用品字型雙列布置，機組間距按規范要求確定。機組前后均設工作平臺，寬度1.5 m。出水管室內匯總后穿泵房后墻后爬坡布設至出水池，壓力管道匯總管上安裝電磁流量計1 個，布置電磁流量計控制井（室）1 座。副廠房由高、低壓配電室、中控制室和電纜層組成，設備安裝尺寸滿足規范要求。

泵房主廠房上部結構體系為框架結構，下部為現澆鋼筋砼結構，副廠房為框架結構。泵站主廠房采用輕型鋼屋架，泵站副廠房采用現澆鋼筋混凝土屋面。總干七泵站為原址拆除重建，泵房主廠房基礎采用鋼筋砼筏板基礎，基礎下設10%水泥土墊層100 cm 厚，再原土翻夯100 cm，要求壓實度大于0.95。副廠房基礎采用混凝土鉆孔灌注樁基礎，樁徑0.8 m，樁長10 m。

4.3.2 引水渠道

根據泵站總體布置和地形地質條件，總干七泵站從現有涵洞至泵站前池需修建引水渠，長度為10 m。引水渠采用C25 現澆鋼筋砼矩型箱涵結構，設計流量1.03 m3/s，比降1/1000；側墻厚0.3 m，頂板厚0.3 m，地板厚0.3 m。基礎為10%水泥土墊層50 cm，其下原土翻夯150 cm，要求壓實度大于0.95。

4.3.3 進、出水池

4.3.3.1 進水池

總干七泵站設1 座進水池。進水前池單座容積400 m3，長17 m，寬6 m，池凈深4.7 m。頂板以上覆土厚5 m，頂板采用C25 鋼筋砼梁板結構，板厚0.3 m，梁高0.5 m，梁寬0.3 m。進水前池底板和側墻為現澆C25 鋼筋砼結構，側墻厚0.3~0.5 m，底板厚0.4 m，底板下鋪設厚10 cm 的C15 砼墊層，基礎為10% 水泥土墊層50 cm 厚，再原土翻夯100 cm，要求壓實度大于0.95。

4.3.3.2 出水池

總干七泵站共布設出水池1 座，為現澆C25 鋼筋砼矩形出水池。矩形出水池平面尺寸10×3.6 m，池深2.0 m，側墻為直墻式結構，厚0.25 m，底板厚0.3 m。底板下鋪設厚10 cm 的C15 砼墊層，基礎為10%水泥土墊層50 cm 厚，再原土翻夯150 cm，要求壓實度大于0.95。

4.3.4 壓力管道

壓力管道廠房后墻平段采用埋設，爬坡段采用明設的方式。明設壓力管道管床采用30 cm 厚C20 砼護砌，兩側設現澆C15 砼排水邊溝及檢修踏步。明設鋼管外防腐底漆為環氧富鋅，涂刷一道，厚度約50 μm，中漆為環氧云鐵，涂刷兩道，厚度約80 μm，面漆為脂肪族聚氨酯面漆，涂刷兩道，厚度約60 μm。埋設鋼管外防腐采用兩布三油，兩布采用玻璃纖維布，三油底漆為環氧富鋅，涂刷一道，厚度約50 μm，中漆為環氧云鐵，涂刷兩道，厚度約80μm，面漆為環氧防腐面漆，涂刷兩道，厚度約70 μm。室內管道除銹后刷底漆一道，面漆二道。明設上水壓力鋼管設伸縮節，以消除管路熱脹冷縮影響。由于水泵進水管埋深將近8m 深，為延長吸水管使用壽命，降低維修幾率，因此進水管內壁也進行防腐處理。內防腐采用環氧樹脂（無毒），內壁防腐級別為普通級，采用二底二面，漆膜干膜厚80~100 μm。

4.4 機電設備及金屬結構

4.4.1 水力機械

根據泵站設計流量、揚程的實際情況進行機組選型。水泵選型根據水泵輸送的黃河水濁度高、泥砂含量大，對水泵葉輪、主要過流部件具有較高的抗汽蝕、耐泥沙磨損能力的特點，設計優先選用S 系列中開式雙吸泵，該系列泵在原有水泵結構基礎上，壓水室采用了梯形斷面，進一步提高殼體的剛性；在密封環外表面增加兩道O 型密封圈，杜絕高低壓腔的串水現象，提高易損件壽命，穩定水泵的容積效率；采用結構對稱的雙蝸室壓水室，能基本平衡徑向力，消除因軸產生撓度而引起的問題，擴大泵的運行范圍，提高容積效率；在進口倒灌情況下，填料處取消水封環裝置，避免因雜質堵塞水封環而發生填料干磨。在提高水泵汽蝕性能方面，適當增加葉輪進口直徑和葉片包角，降低進口流速、避免進口產生渦流，減少進口水力損失。在增加水泵使用壽命方面，水泵殼體材質采用高強度球墨鑄鐵，泵殼噴涂耐磨德福康涂料，葉輪材質采用鋼板焊接Q235，軸采用40Cr，軸套采用0Cr18Ni9。

4.4.2 電氣設計

4.4.2.1 電氣設計方案

總干七泵站安裝水泵機組為4 臺：2×630 kW+1×355 kW+1×280 kW=1 895 kW， 機 組 最大運行負荷：1 265 kW，備用1 臺機組額定功率為：630 kW，額定電壓均為10 kV。根據泵站的總裝機容量和機組的單機功率以及額定電壓，確定總干七泵站為高壓機組泵站。

4.4.2.2 電氣主接線

（1）10kV 電氣主接線方案。總干七泵站的10 kV 電氣主接線采用單母線接線方式，由5 臺KYN28A-12 型 高 壓 開 關 柜 和4 臺RYZQ-12 型 高壓干式一體化軟起動柜、1 臺WSTBB10 型高壓無功自動補償柜及1 臺站用變壓器柜組成。分為：電源進線柜、電能計量柜、電壓互感器柜、過電壓保護柜、1#～4#高壓電動機軟起動柜、電容器控制柜、高壓無功自動補償柜、站用變壓器柜。

（2）廠用電接線。泵站廠用電負荷主要有：排污泵、啟閉機、LCU 屏、電動閘閥、軸流風機、起吊設備、照明、操作、檢修及管理房用電等。

廠用變電容量，按最大廠用電負荷計入功率因數及線路損失后確定，泵站選配1 臺SC13 型50 kVA干式變壓器，為了便于操作及維護泵站廠用變壓器裝在開關柜內，10 kV 電源接在泵站系統線路進線側。泵站廠用電接線采用單母線不分段接線方式，電壓等級為：10/0.4 kV。

4.4.2.3 自動控制保護

泵站采用計算機綜合自動化二次控制保護設備，保護選用微機型裝置。直流電源選用高頻開關組合電源、免維護鉛蓄電池組。

4.4.2.4 電氣設備布置

泵站副廠房分為高壓配電室、電纜層、低壓配電室及中控室，高壓開關柜、高壓無功補償柜布置在同一室內，采用單列布置形式，柜前、后操作及維護走廊距離均滿足“規程規范”要求。低壓配電屏、LCU 屏、通信屏、視頻柜等均采用單列布置形式，屏前、后操作及維護走廊距離均滿足“規程規范”要求。

4.5 金屬結構

通過管材比選水泵室內外進出、水管選用直縫鋼管，上水壓力管道選用螺旋鋼管。為防止水錘對機組及壓力管路造成破壞，設計在水泵出水管設置多功能控制閥及檢修電動閘閥，泵進、出水管路均設置伸縮節。為清污、攔污方便，泵站前池進口均增設鋼制攔污柵。本工程共布設電動閘閥8 個，緩閉式止回閥4 個，電磁流量計1 個，壓力波動預止閥1 個。鋪設上水壓力管道1 條，總長166 m，總重34.86 t，管材為鋼管。安裝鋼制攔污柵1 面，重約0.4 t。

4.6 節能設計及其措施

4.6.1 節電措施

第一，各類建筑照明應與相關規章制度中的照明功率密度值相符合；第二，對高效電光源和燈具進行選擇；第三，將電容器安裝在混凝土攪拌機等用電設備前，進行無功補償，促使變壓器利用率及其無功損耗得以切實提升；第四，對節能高效型的電器設備與產品等進行選擇；第五，對用電管理規章制度進行建立健全，并對節能獎勵及相應的能源浪費處罰制度進行制定。

4.6.2 節水措施

第一，對節水閥門進行應用，在水循環系統、消防給水中，對具有節水性能的供水設備進行應用。同時，對用水泵的型號進行科學選擇，對于水泵運行期間的壓力、揚程等指標，應盡可能地選擇在接近額定值的范圍內；第二，對優質的供水、排水管道進行采用，避免發生跑冒滴漏的問題；第三，對雨水收集系統進行建立。

5 結語

大砂溝電灌工程泵站由于長時間運行存在一系列的問題，所以對其進行更新改造，做好相關的設計工作十分必要。同時，在實際工作開展期間，采取有效措施，針對泵房設計工作進行，促使大砂溝電灌工程得以更加穩定地運行。