石星星

(上海宏義建設實業(yè)發(fā)展有限公司，上海 200232)

近年來，隨著經濟發(fā)展和城市化面積不斷擴大，人們對河道水質改善的需求越來越高。城市水環(huán)境治理對現有的城市排澇泵站提出了新的需求，要求泵站同時具有排澇和引調水的雙重功能。

閔行區(qū)虹橋鎮(zhèn)地處上海中心城區(qū)西南部，為虹橋鄉(xiāng)政府所在地。離上海市區(qū)僅數公里，為高度集鎮(zhèn)區(qū)。高門涇為該片區(qū)二級支河，河道單側斷頭。高門涇泵站位于高門涇與外河蒲匯塘交匯外，為單向排澇泵站。高門涇河道綜合整治工程要求增加泵站引清調水功能，加快內外河水體的流動和交換，進一步改善河道水質。

1 工程現狀及難點分析

高門涇河道周邊為居民住宅、學校和商業(yè)密集區(qū)。河道水體整體呈綠色，有藻類爆發(fā)現象，現狀水質渾濁，局部有異味，水體富營養(yǎng)化現象明顯。現狀河道為斷頭浜，斷頭處建有規(guī)劃小區(qū)無打通條件。平時外河水位較高，閘站關閉期間整條河道水體流動性差。

高門涇泵站始建于1993年，為單向排澇泵站。匯水面積124hm2，規(guī)劃排澇流量為3.0m3/s，2臺立式軸流泵對稱布置，中間設寬1.2m閘門。2005年改建時拆除原上部管理房并加蓋3層建筑物作為虹橋鎮(zhèn)水務站綜合辦工中心。經現場踏勘，本工程存在的主要技術難點如下。

(1)施工場地狹小。現有高門涇泵站兼做虹橋鎮(zhèn)水務站辦工樓，整棟樓地面以下一層，為原泵站流道及水機層。地面以上共3層，一層為高門涇泵站電機層及控制管理房，二、三層為辦公區(qū)域，泵站結構如圖1所示。從建筑結構安全考慮要求高門涇泵站在主體結構不做大的變動情況下將單向泵站改成雙向泵站，且大型施工機械無法進場，施工難度較大。施工場地狹小為現有流道范圍。

圖1 高門涇泵站結構示意圖(單位：mm)

(2)設備進場困難。高門涇現有泵房分別位于一樓后廳偏左右泵房，前廳為虹橋鎮(zhèn)水務站前臺。樓面以下為原有流道，原樓面設計荷載僅2.5kN/m2，樓面板較薄。經復核，泵組、電機等大型設施進場不能直接通過一樓大廳樓板。設備進場及安裝難度較大。

(3)泵站運行環(huán)境要求較高?，F有泵站所在地兼做虹橋鎮(zhèn)水務站辦工樓，周邊緊鄰虹橋鎮(zhèn)社區(qū)事務受理中心、健康服務中心、虹橋國際商務中心等人口密集辦工區(qū)域。泵站地理位置的特殊性要求改建后的泵站運行噪聲在滿足國家相關規(guī)范要求的基礎上進一步減小噪聲輻射影響。

2 雙向泵站的泵型選擇

本工程泵站運行凈揚程基本在0.5和1.5m左右(屬特低揚程泵站)，適合的泵型為軸流泵。泵站要求同時具有排澇和引水雙向運行功能，可采用雙向運行的“S”型葉片轉輪或改變出水水流方向的“X”型流道。結合上海市水利行業(yè)的泵站建設經驗，本工程對下列泵型進行分析比選：雙向潛水貫流泵、立式軸流泵、立式潛水泵。

(1)雙向潛水貫流泵是水泵和潛水電機同軸直連水平置于流道內的一種泵型。整個泵組尺寸緊湊，流道平直、型線簡單，水流僅沿水泵和電機的軸線方向流動。采用雙向運行的“S”型葉片，通過電機切換開關，可以實現雙向運行。根據上海已建的楊樹浦港雙向泵站真機試驗和試運行情況，其水流流態(tài)平穩(wěn)，土建結構簡單、運行管理方便。缺點是，潛水貫流泵組采用潛水電機，對電機密封性能要求較高，一旦設備出現故障時，需要返廠檢修，設備檢修維護安裝周期較長。

(2)立式軸流泵是一種應用最廣，設計、制造、安裝、運行經驗最豐富的泵型。水泵和電機直接連接，垂直分層布置，電機布置在地面層，運行維護方便，安全可靠，但地面需要較高的泵房，與周邊景觀環(huán)境很難協(xié)調。為實現雙向運行，需配置立面的“X”型流道、4套進出水閘門進行水流切換。該型式水泵裝置水力損失大，閘門操作復雜，土建開挖深，土建工程量較大，其檢修、滲漏排水等輔助系統(tǒng)也較為復雜。對于小流量雙向泵站，出水管道上設閥門代替閘門，通過底層閘門和出水閥門配合，可實現雙向運行。

(3)立式潛水泵與潛水貫流泵不同之處在于，潛水電機與水泵同軸整體立式置于鋼制或混凝土井筒式流道內，可以不設地面泵房。井筒式立式潛水泵安裝檢修方便，泵組可整體從井筒內吊出，操作運行簡單，土建結構簡潔。立式潛水泵的井筒上設有2個出水口，連接鋼管上設置閥門控制水流流向，從而實現雙向運行，井筒式立式潛水泵適合小流雙向運行泵站。

通過以上3種泵型比選，雙向潛水貫流泵在泵站雙向改造具有較大優(yōu)越性，主要表現在以下3個方面：①對于建設年代較早，現有流道高度較低的泵站，從建筑結構安全考慮，采用雙向潛水貫流泵，將原流道改造成平直型流道更加方便簡單，對主體結構改動較小，土建結構簡潔，可較大程度減少結構改造的工程量和費用。②雙向潛水貫流泵通過電機切換開關，即可以實現雙向運行，操作更加方便，更加便于運行單位使用。③由于貫流泵的動力機安裝在水泵的燈泡體內，整體置于水中，泵房噪聲較其余泵型更小，更加適合城區(qū)泵站建設要求。根據上述分析，高門涇泵站設計采用雙向潛水貫流泵。

3 工程設計

改建后高門涇泵站排澇(引水)規(guī)模按原規(guī)劃規(guī)模設計為3.0m3/s，引水時間根據河道水質要求確定。泵站選用2臺800QGS1.5型雙向潛水貫流泵。潛水貫流泵進、出水流道的水力損失包括進水閘門槽到出水閘門槽之間整個流道的損失，在運行工況下，水泵裝置的水力損失約為0.6～1.0m。本工程設計揚程正向2.6m，反向1.6m。泵站運行工況為：汛期或瞬時暴雨致城區(qū)內澇無法外排時通過泵站進行強排內澇水至外河蒲匯塘。平時內河水質較差時通過泵站外入外河活水完成水體置換。

雙向潛水貫流泵進出水在一條中心線上，為有壓流道，通過“S”型葉片和電機轉向切換，實現排澇和引水運行工況。進、出水流道進口均設置檢修閘門，流道通過一段由矩形漸變成圓形的擴散段與泵組進出水鋼管銜接。內河側鋼管上裝設一只電動蝶閥，外河側鋼管上裝設一只液控蝶閥。當開停機時，通過電動蝶閥或液控蝶閥的配合，實現通流和斷流。為保證泵站平穩(wěn)運行，在內外河側分別增設一道攔污柵封閉。如圖2所示。

圖2 雙向貫流泵結構布置

針對上述工程難點，本工程進一步采取了以下工程措施。

(1)為進一步減小泵站運行噪聲特別是低頻噪聲對辦工人員的影響，工程設計采用了以下一系列噪聲控制措施包括：在機組基座上加裝防振橡膠及減震彈簧，機組外殼包覆阻尼隔音氈、水泵進出水口設置軟管連接等。成功將泵站運行噪聲降至環(huán)保部規(guī)定的Ⅰ類標準環(huán)境功能區(qū)噪聲限值以下。

(2)潛水貫流泵整體重約3.3t，現有泵站前廳樓面板較薄，且空間場地有限，大型吊裝設備進場施工，同時考慮電動蝶閥和液控蝶閥的安裝吊裝及運行期設備的正常保養(yǎng)與檢修。工程設計采用廠內橋式起重機起吊。泵站上部廠房各配備一臺5t電動單梁橋式起重機，跨度約8m，起升高度10m。為不影響原建筑主體結構，起重機框架采用鋼結構，立柱錨固于流道底板。設備進場時鋪設架空工字鋼軌道，到位后采用廠內橋式起重機起吊安裝。

(3)潛水貫流泵的電機與水泵整體置于水中運行，不需設置油、水等輔助系統(tǒng)；檢修時的流道排水以及泵房內的滲漏水等均排至站內低位集水井，由潛水排污泵抽排至河中。

4 結語

雙向泵站改造在解決城市河道防洪排澇功能的基礎上兼有河道沖污，置換水體，增加河道水動力，改善河道水質的功能。對城市水環(huán)境治理具有重要意義。高門涇泵站改建工程雙向潛水貫流泵的合理運用表明，雙向潛水貫流泵具有泵房結構簡單、進出水流道布置簡捷、工程施工及設備安裝簡便等優(yōu)點，利用雙向潛水貫流泵進行泵站改造可較大程度上減少泵站拆除重建的工程量與投資。實踐證明雙向潛水貫流泵可以在同類工程中廣泛應用。