魯北地區(qū)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(guī)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(tǒng)泵站占地面積小，施工速度快，操作維修簡便，對周邊環(huán)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(nèi)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(nèi)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(qū)蓮湖片區(qū)，本項目為道路改造工程，規(guī)劃為城市次干路，紅線寬度40 m。改造范圍為興華路北側(cè)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(cè)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(xiàn)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(zhì)

勘區(qū)位于第四系水文地質(zhì)單元區(qū)，含水層主要為粉土、粉砂土，雖有粉質(zhì)黏土地層，但未形成大區(qū)域的不透水層，勘區(qū)地下水為同一水文地質(zhì)單元區(qū)。勘區(qū)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(qū)域?qū)崪y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(xiàn)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(fā)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(shù)；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(xiàn)期，a；t—降雨歷時，min。

徑流系數(shù)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(jù)匯水范圍內(nèi)的用地性質(zhì)，經(jīng)加權平均確定徑流系數(shù)為0.25～0.9。

下穿段雨水設計重現(xiàn)期采用50 a，根據(jù)匯水范圍內(nèi)的用地性質(zhì)以收集道路路面雨水為主，路段區(qū)域內(nèi)經(jīng)加權平均確定徑流系數(shù)取為1.0，流量為772 L/s。

4 工程設計

設計秉持“安全、經(jīng)濟、綠色”的原則，下穿段排水只考慮排出匯水區(qū)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(tǒng)，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(tǒng)；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(qū)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(cè)至河護坡處，共1.06 ha，無轉(zhuǎn)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(jù)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(jù)《一體化預制泵站選用與安裝（一）》（20CS03-1）規(guī)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(jù)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(nèi)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(guī)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(shù)據(jù)交換采用標準HTTP 或MQTT 協(xié)議，設置能耗監(jiān)測及防盜報警功能。設置自動控制、現(xiàn)場手動控制功能；具有手機APP、網(wǎng)頁、智慧云遠程監(jiān)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(tǒng)對泵站進行日常管理，并應定期巡視。

5 結(jié)語

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