城市生態應急供水中預制泵站的設計與應用

宋龍飛

摘 要：鄭州金水河東區段上游水系來水少，造成河道下游形成死水、黑臭水。為了改善水質，以水質較好的東風渠為水源，采用預制泵站和供水管路向金水河上游供水，使死水變活水，達到治理金水河黑臭水的目的。

關鍵詞：城市;供水;預制泵站;設計與應用

中圖分類號：TU991.35 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）26-0062-03

Design and Application of Prefabricated Pump Station in Urban

Ecological Emergency Water Supply

Song Longfei

（SinoHydro Bureau 11 Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： The water system in the upper reaches of the eastern section of the Jinshui River in Zhengzhou has less water， resulting in the formation of stagnant water and black stinky water downstream of the river. In order to improve the water quality， the Dongfeng canal with good water quality is used as the water source， the prefabricated pumping station and the water supply pipeline are used to supply water to the upper reaches of the Jinshui River， so that the stagnant water becomes active water to achieve the purpose of treating the black water of Jinshui River.

Keywords： city;water supply;prefabricated pumping station;design and application

鄭州市金水河的主要水源有兩處。一是鄭州市生態水系輸水工程（鄭西高鐵附近分水口），水源引自黃河水，分水量為0.7m3/s，二是五龍口污水處理廠（航海路附近），水源屬于再生水，出水流量為0.5m3/s，兩者合計最大流量為1.2 m3/s。目前，金水河在東區范圍內主要存在三方面問題。其一，來水少，水質差。其二，依靠上游來水重新蓄水耗時長，導致金水河中州大道至黃河路段河道干槽，影響河道生態及景觀效果。其三，金水河河道在雨天成為排澇通道，雨水將市政管網中沉積的污水污泥帶出一同流入河道，造成雨后河道水體感官變差、水質下降的現象，下游水成為黑臭水，影響周邊居民生活，附近居民對此意見很大。

1 預制泵站選用設計

一是預制泵站的總體布置要求和站址應根據地質條件、工程設計以及泵站運行等，經技術經濟比較確定。二是預制泵站底板高程應根據水泵安裝高程、進水流道布置和管道安裝要求等因素，結合預制泵站所處的地形、地質條件綜合確定。三是預制泵站所配水泵采用自耦式濕式安裝，水泵間和進水井集成在同一個井筒內，設計應確保其帶內部維修平臺和地面控制面板[1，2]。

四是預制泵站結構設計需要考慮結構抗浮，承載能力及土壤的化學屬性，建筑結構和入水管、出水管以及其他裝置之間可能的沉降差異。五是預制泵站的形式需根據選擇的地理位置、地形條件和地質情況等因素綜合選用。六是泵站設計需對泵站結構形式和材質、配套設備選型、泵站平面布置、泵站豎向布置、泵站配套儀表以及電氣和控制設備等分別進行設計。

七是泵站水泵選型應與設計供水流量要求匹配，采用統一的泵型。八是濕式安裝的潛水泵，水泵需配套電機冷卻系統，干式安裝的水泵，可采用IP54或以上水冷或風冷電機。九是對于采用重力管網的泵站宜采用液位自動控制，采用壓力管網的泵站宜采用壓力自動控制。所有泵站都應具備手動控制、自動控制和遠程控制功能，并應具備自由切換控制方式的功能[3-5]。

十是采用液位控制水泵自動開停時，泵池內最高液位和最低液位之間的有效容積應根據水泵每小時最大啟停次數確定，可采用式（1）計算得出。

[Veff=Qp4×Zmax]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[Veff]為泵站有效容積，m3;[Qp]為泵站最大一臺泵的泵送流量，m3/h;[Zmax]為水泵每小時最大啟停次數。

當利用集水池的進水流量和每臺水泵抽水之間的規律推算時，可采用式（2）計算有效容積，即

[Vmin=Tmin×Qp4]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，[Vmin]為集水池最小有效容積，m3;[Tmin]為水泵最小工作周期，s;[Q]為水泵流量，m3/s。

2 預制泵站的組成

泵站主體主要由GRP筒體井筒、裝配完整的潛水污水泵（包括泵殼、葉輪、電機、機械密封、泵軸等）、帶底座及彎管的自動耦合裝置、粉碎格柵、整套提升裝置（含導軌系統、支架和不銹鋼提升鏈等）、進出壓力管道系統、液位傳感器、閥門、就地控制柜和通風系統等部件組成。一般來說，廠家在工廠內預先裝配檢測好，并在現場提供安裝指導、調試和售后服務。

3 預制泵站施工應用

預制泵站施工前，要對設計圖紙進行認真熟悉，了解設計參數，保證廠家生產的產品參數完全滿足設計要求。

3.1 預制泵站泵坑開挖

3.1.1 對泵坑地下周圍管線復查。施工前需提前實測擬建泵房現狀地坪標高、相關擬建供水管道及泵井的位置和標高。放線后應先探明沿線地下管線、地面線桿和構建筑物。當泵坑與電力、通信、燃氣等地埋管線及地面構筑物較近時，施工人員需采取有效措施，防止對其造成破壞。

3.1.2 泵坑必須按設計圖紙開挖。施工人員要制定科學的開挖方案，使用合理的機械進行開挖。開挖期間要時時觀察基坑安全情況，如果出現地下水滲出或外水流入，需要采取有效措施，確保泵坑底部平整，不允許有積水。如果有積水，施工人員需采取處理措施，并報監理單位和設計單位批準處理方案，保證基礎承載力達到設計要求。如果設計沒有要求，壓實度一般不小于90%。

3.1.3 嚴格按照要求進行基礎檢驗。泵坑開挖結束后，基礎經檢測滿足設計要求，確認泵站基礎底面高程無誤，確保其與進出水管、連接管以及電纜等連接無誤，現場具備施工條件，再進行泵站混凝土基座施工。

3.2 預制泵站混凝土基座澆筑施工

泵站基坑按設計圖紙高程開挖到位并壓實合格后，進行泵站墊層混凝土及底座混凝土立模澆筑。澆筑時注意混凝土振搗密實，基面高程滿足設計高程要求，底座混凝土面要求平整。

3.3 預制泵站吊裝施工

一是用升降套索，把泵站井筒從水平位置起吊到垂直位置，在這個工作階段，殼體上的吊扣是不允許使用的。二是垂直起吊集裝式泵站井筒，垂直起吊時，要把重量均勻分配到4個吊扣上。起吊時可使用橫木來保證吊繩垂直，用起吊套索或吊繩來保護泵站和泵蓋，以免夾壞。

3.4 筒體安裝施工

泵站筒體吊裝就位后，一般在廠家指導下進行筒體安裝。具體安裝過程可參考如下。一是清掃混凝土基座面，確保安裝面和筒體底部之間沒有雜物。用起重吊鉤吊起筒體，安放在規定的位置，筒體吊裝運輸過程中不要碰到硬物，以免損傷筒體。二是筒體安裝吊放過程中注意確認筒體進出口方向的正確性，檢查泵站是否垂直安裝，固定支架和擰緊螺母。同時，要用測量儀器檢測進出水口方向與管路方向是否一致。如果有偏差，需要在吊裝安放過程中校正，否則，方向不一致可能會造成法蘭連接扭曲，影響施工質量，甚至出現滲漏水現象。

三是筒體安裝完成并固定好后，要根據設計要求或廠家要求，對筒底上灌漿孔進行二次澆筑，澆筑的混凝土需要添加非收縮劑或膨脹劑，以保證填充密實無空隙。四是二次灌注時，因筒體較輕，混凝土浮力較大，根據抗浮要求在泵筒內注水，以此獲得充足的平衡力，以防止筒體上浮。

錨固完成后，通過灌注孔對筒體底部三角區域進行細石混凝土灌注，灌注期間需要用振動棒對筒底進行振搗，保證混凝土能均勻地分布筒底，并填滿所有空隙，筒體底部空腔內要灌實，防止水泵長時間運行時發生震動而震裂筒體底部。在混凝土灌注過程中，細石混凝土灌注后需要進行24h的混凝土底板沉降觀測，如發現沉降現象，需要及時告知相關工作人員，采取補救措施進行處理。

3.5 水泵安裝施工

由于預制泵站較重，一般在筒體安裝完成后進行水泵安裝，安裝要求如下。

3.5.1 檢查。泵站內需要的水泵等設備一般隨筒體運輸到現場，筒體安裝時筒內設備不先預裝，等到筒體吊裝就位并固定好后，再進行筒內設備安裝。筒體內設備一般包括水泵、預制的排放接頭、管道、閥門、倒桿以及其他機械和電氣設備等。

筒內設備到現場后，現場需要對照隨車設備清單，檢查數量是否滿足圖紙清單要求，質量檢測報告、合格證等資料是否齊全。如果檢查無誤，可對閥門等開關試驗配件進行現場檢查，合格后才可進行現場安裝。

水泵等內部設備安裝前還需要檢查筒內自帶配件及螺栓是否緊固，運輸過程中有沒有松動等。

3.5.2 水泵安裝。檢測無誤后，可進行筒內設備配件安裝，安裝前用水平儀或鉛垂線檢測導管安裝是否豎起。電纜安裝中應無折彎或擠壓等，檢查合格后進行水泵安裝。由于不同型號水泵重量不同，現場安裝可采用機械吊裝，人工配合，以免出現意外。當泵到達底部位置時，它將自動連接至預裝配的出水連接。

3.5.3 水泵提升檢查。水泵安裝到底部后，然后將水泵沿著導桿提升檢查，無需拆開任何連接件，以保證水泵升降沒有問題。

3.5.4 拉緊提升鏈和電纜的固定。水泵安裝完成后，拉緊提升鏈固定在入口框架上的鉤子上，電纜一般有富裕長度，可將電纜固定在電纜支架上。

3.6 泵站筒體回填施工

泵站筒體施工完成后，按設計或技術規范及廠家要求進行回填，回填應分層施工，回填要求技術參數符合設計圖紙要求，回填材料、分層厚度、壓實度和對稱回填等技術要求必須符合規范和設計要求。

3.7 電氣控制柜施工

泵站筒體部分施工完成后，根據設計圖紙要求安裝電氣控制柜，一般電氣控制柜安裝在筒體周圍，具體安裝由廠家技術人員負責并調試運行，符合要求后再移交業主方。

4 預制泵站施工應用中的注意事項

一是嚴格控制泵站開挖高程，避免泵筒進出水口高程與進出水管路高程有誤差而難以處理。二是預制泵站應用越來越廣，深度也不斷增加，泵站基礎開挖中的地下水處理、開挖支護方法選擇及實施等安全性必須保證。三是注意泵筒吊裝過程中，泵筒進出水口方向與進出水供管路方向必須一致，否則容易導致管路與泵筒連接困難。

四是泵筒安裝在廠家指導下進行，如廠家要求與設計不一致，必須由三方進行溝通，確保安裝符合設計、規范、廠家技術要求。五是預制供水提升泵站是工廠制作的成套設備，合理設置吊耳將泵站豎直吊起，慢慢放到預埋件位置處。要避免不按要求吊裝，以免出現泵筒損壞，引發不必要的麻煩。六是供水管路與泵筒連接施工時要注意兩者高程、方向完全一致，否則將出現難以連接或者連接上卻容易發生漏水的情況。同時，連接的管件質量必須有合格證、檢測報告等資料，滿足設計及規范技術要求。

5 預制泵站的應用

預制泵站技術在鄭州市鄭東新區金水河應急供水工程進行了應用，改造范圍為金水河黃河東路至東風東路段。供水管線工程起點位于東風渠9+840橡膠壩上游63m右岸（DF9+790），設預制泵站，將管道布置于金水河左岸馬道下部，終點為金水河13+330橡膠壩上游20m左岸（JS13+300），供水線路總長約為1 585.8m，設計流量為0.34m3/s。主要分為提水工程、輸水工程、馬道工程3部分?，F場泵站控制柜設置于左岸管理房內，實行了自動控制，人工設置好相關參數，抽水停泵均可達到自動化程度。同時，通過通信模塊，人們還可以進行遠程操控，大大減少了人工管理成本。經過工程調水施工，金水河黃河東路至東風東路段原來的死臭水基本消除，達到改善水質的目的。

6 結語

實踐表明，預制泵站可以應用在城市河道應急供水工程中，取得了較好的效果，達到了自動化供水目的，改善了河道水質。預制泵站現場成套安裝，省工省事，造價低廉，不占用地表空間，不需要土地買賣審批，使用壽命長，無噪音，無污染，運行自動化控制程度高，管理效果好，可以為類似工程設計和施工提供參考。

參考文獻：

[1]陸立寅，陳衛平，陸體成.結合司徒集鎮排澇站工程 淺談傳統泵站與預制泵站[J].內蒙古水利，2019（1）：72-73.

[2]楊軍.淺議預制泵站[J].居舍，2018（35）：180.

[3]鄒秋華，余敏，韓玲.預制泵站在農田灌溉排水中的應用分析[J].南方農業，2018（26）：131-132

[4]項陽春，趙治強.市政預制泵站的設計優化分析[J].現代物業，2018（7）：174.

[5]王磊.預制泵站在嘉松中路下穿滬寧立交排水系統中的應用[J].中國市政工程，2018（4）：41-43.