全地下式雨污合建泵站改造工程设计

蔡军华

（富阳市水务有限公司，浙江富阳 311400）

0 引言

我国正处在城镇化发展的快车道，城镇人口不断增加，城镇面积也不断加大。与之伴随的是城镇排水系统的不断完善和排水设计标准的提高。为了提高城市汛期排水能力，对部分排水能力不足的泵站进行改造势在必行。本文以富阳市龙山路泵站改造为例，结合笔者的设计经验，对泵站改造设计过程中的要点进行归纳总结，供其他泵站改造项目借鉴。

1 泵站现状及地区排水系统规划

1.1 龙山路泵站现状

富阳市龙山路雨污水泵站位于富阳市中心，花坞路和龙山路路口，为全地下结构，上部为居民住宅。泵站为雨污水合建，其中雨水泵站设计规模为1.0 m3/s，污水泵站设计规模为5万m3/d。由于北渠河道水位较低（常水位保持在3～4 m），雨季时平时不开泵，雨水经岔道管自流排入河道，只有当河道水位较高，自流无法排除时才开启雨水泵，雨水经水泵提升后排入河道。

1.2 区域排水系统规划

龙山路雨污水泵站服务范围为北堤路、鑊子山、迎宾路、富春路和鹳山围合的区域，服务面积约为0.92 km2。区域内地势呈西北、西南高，东部相对较低的走势，其中鑊子山、鹳山为区域的地势高点，龙山路、桂花路和花坞路为区域较低的路段。图1为已建雨水管道位置图。

经计算，暴雨重现期P=1 a时，服务范围内雨水量Q=5.83 m3/s。P=0.5 a时，在现状管道条件下，服务范围内雨水量Q=3.88 m3/s。

图1 已建雨水管道位置图

2 泵站运行情况及存在问题

龙山路雨污水泵站自建成至今，泵站总体运行正常（见图2）。但由于北渠抬水工程正处在实施阶段，实施后北渠水位抬高，地区雨水将无法自排入渠，泵站排水能力无法满足区域内雨水的排放要求。

图2 现状雨污合建泵房平面示意图

2011年在较大暴雨且河道水位较高时，地面积水现象比较严重，积水退水时间较长，除了泵房规模偏小无法及时排放的原因以外，河水通过岔道管倒灌也是导致长时间积水的主要原因。在北渠抬水，河道水位标高不再满足区域雨水自排要求的前提下，岔道管已失去其主要功能，需对其进行改造，防止河水倒灌的情况再次发生。

经现场踏勘、与泵站运营管理单位了解情况、资料收集和基础数据分析核算，龙山路雨污水泵站存在的主要问题如下：

（1）雨水泵房配泵能力偏低，暴雨重现期P=1 a时，服务范围内雨水量Q=5.83 m3/s，现状泵排能力严重不足，需对泵站进行扩容改造。

（2）已建泵站水泵起吊设备为3 t，起吊净空较小，泵站扩容后需对起吊设备和工字钢进行改造，而水泵规格提升后水泵的安装和检修也将是该工程实施的限制因素。

（3）北渠水位抬升后，岔道管将失去其功能，需进行相应改造。

（4）进水闸门井闸门设备老化，关闭速度较慢，此次改造需更换。

（5）格栅井顶部漏水严重，需进行修补。泵房地下一层照明不足，需改造照明设施。

（6）泵房内通风设施破旧失灵，臭味重，工作环境差，需增加泵站除臭设施。

3 泵站改造方案的论证

3.1 改造原则

（1）在保持现有土建整体不变的前提下，充分利用现有设施，最大程度地增加排水能力，并减少建设过程中对现有运行的影响；

（2）积极稳妥地采用“四新”技术，全面提高工程效益；（3）保护环境，减小泵站对周边环境的影响；（4）切实做好泵站改造切换工作，减少污水临时排放时间。

3.2 主要机械设备选型

龙山路雨污水泵站总占地面积约445.76 m2，其中污水泵房内净尺寸为10.8 m×19.9 m，雨水泵房内净尺寸为8.4 m×19.9 m；泵房底层、中层、上层标高分别为1.00 m、5.00 m和9.50 m。泵房与居民楼合建，位于居民楼底层，土建整体无扩建可行性；雨水泵房、污水泵房集水池容积均略有余量，存在通过更换水泵来扩容的可行性，但集水池尺寸和容积、泵房层高、工字钢等起吊能力是制约泵站扩容的瓶颈。

中层平面标高5.00 m，梁顶标高8.75 m，起吊空间仅3.75 m（含工字钢高度及起吊葫芦高度），需选择特殊设备方能满足该工程设备安装及检修空间的需要。

3.2.1 雨污水泵的选型

该工程为改造工程，原工程使用潜污泵，干式泵及潜水轴流泵的形式均无法满足该工程土建要求。潜污泵土建尺寸小，安装方便，噪音小，与该工程适应性强，故该工程仍选用潜水泵。

因该工程土建尺寸受限，需对水泵的具体尺寸进行限制，雨水潜水泵泵体高度不能超过2.7 m，污水泵泵体不能超高2.0 m。该工程选用运行效率高、泵体尺寸小的进口产品。

3.2.2 起吊设备的选型

该工程受泵站内空间限制，选用普通电动葫芦难以满足安装要求，需选用超低净空电动葫芦（见图3）。

图3 超低净空电动葫芦示意图

普通起吊重量CD13-6D电动葫芦设备净高度为930 mm，超低净空电动葫芦设备净高度≯270 mm，为了满足起吊高度，同时减少土建改造工程量，该工程选用超低净空电动葫芦，用于泵站雨污水泵的起吊。

3.2.3 进水闸门的选型

“我们的海洋，我们的遗产”是今年“我们的海洋”会议的主题，它反映了我们为维持海洋资源的可持续性和维护海洋健康而作出的选择和行动。作为为我们的子孙后代提供的遗产，我们可以选择留下哪种遗产，而这种选择取决于我们今天采取的行动。

该工程为全地下式雨污合建泵站，当进水超过泵房排水能力或断电事故时，需快速关闭进水闸门，避免泵站被淹，该工程选用可快速关闭电动闸门，可以在断电后10～20 s内关闭闸门，防止泵站被淹没。同时要求闸门有调节功能，在供电情况下可正常调节闸门开启量。

3.2.4 除臭设备的选型

目前工程中比较成熟的除臭工艺主要是离子除臭和生物除臭工艺。通过与生物滤池除臭工艺对比，可以得出离子除臭系统具有下列优点。

3.2.4.1 处理效率高

离子氧除臭设备能有效去除硫化氢（H2S）、氨（NH3）、硫醇等特定的污染物，以及各种异（臭）味，效果可达85%～95%左右。在任何季节、任何气候条件下都能满足除臭设备处理效果要求。

3.2.4.2 技术领先、投资小、能耗低

离子氧发生管及分置调控器的风阻小，寿命长、电耗极小。

3.2.4.3 设备运行稳定且经济

可在确保排放达标的前提下，采用经济运行模式，以降低运行成本。

3.2.4.4 自动控制、操作简便

设备运行完全自动，无须人工操作，可采用远程或就地两种控制，并有手动和自动二种控制模式。

设备停止运行、检修或更换易损件及材料等，可在短时间内恢复并投入正常使用。

3.2.4.5 除臭设备结构体积小、自重轻

除臭设备与泵站总体布局相适应，能满足设计要求。占地面积小，能保证日常的运行、检修空间。

因此，该工程选用离子除臭系统，用于改善泵房内部及泵站周边区域的空气环境质量。

3.3 改造内容

该项龙山路雨污合建泵站改造工程主要分为两部分内容。

3.3.1 雨污合建泵房内改造部分

（1）雨水泵房改造：将原2台雨水泵拆除更换为3台新泵，改造后每台雨水泵流量Q=1.0 m3/s。

（2）污水泵房改造：将原5台污水泵拆除更换为5台新泵，改造后每台污水泵流量Q=0.375 m3/s。

（3）进水闸门改为电动可快速开关闸门，进水闸门前压力盖板更换。

（4）改造泵房内工字钢位置和型号，拆除部分电动葫芦改造为超低净空电动葫芦。

（5）改造泵站除臭设备，改造照明及监控系统。

3.3.2 雨污合建泵房外改造部分

（1）雨水管改造内容为：原DN1000泵站雨水出水管改换为DN1400雨水管,改造雨水排放口，过花坞路部分管道采用顶管施工，管道路径从原DN1500混凝土管穿过。

（2）污水管改造内容为：新建DN700污水出水管与现状DN1000雨水出水管连接，排放入北渠，用于暴雨时排放合流雨水；采用顶管施工，管道路径从原DN1500混凝土管穿过。

（3）除臭设计改造内容为：在泵房外空地上设置混凝土地坪新建除臭设备，除臭风管沿花坞路埋设至花坞桥东、馆驿路北侧设置排放口无害排放。

4 工程方案设计

4.1 平面布置及管线改造

4.1.1 雨水管改造

现状雨水泵房出水管分岔道管、水泵提升出水管两路（见图4）。岔道管管径为DN1500；水泵提升出水管管径为DN1000，北渠出水口管径为2×DN800，管内底标高3.04m。当雨水较小时，北渠水位低时，打开岔道管阀门，雨水自流进入北渠；当雨水较大，北渠水位高时，开启雨水泵，通过DN1000～2×DN800排放雨水。

图4 改造前雨水出水管现状图

由于雨水泵配泵能力增加，经对原雨水出水管 （DN1000～2×DN800）复核，过水能力偏小，无法满足雨水外排要求，故需对出水管道进行改造。北渠蓄水以后，将无法重力自流外排，原岔道管将失去其功效。拟将泵站出水管连接至已建DN1500雨水岔道管，利用已建岔道管排放雨水，在已建DN1500岔道管内内衬DN1400钢管，使其能承受压力，作为出水压力管用。同时将原有出水口改造为八字式出水口，与现有防洪堤相结合（见图5）。

图5 改造后雨水出水管位置图

4.1.2 污水管改造

更换污水泵后污水泵房规模增加到1.875 m3/s，所增加部分泵排能力是用于雨季时排放合流雨水之用，用以提高地区排放标准。因此，污水管仍利用原两路DN700出水管，并在泵站出水管上另设1路DN700管道，设阀门切换，接入原DN1000～2×DN800出水管（见图6）。旱季利用原两路DN700出水管排放污水，当雨水流量超过雨水泵输送能力时，开启全部污水泵分流一部分合流雨水，合流雨水经已建雨水出水管道排入河道。原有2座DN800出水口，其中1座为直立式挡墙，在该工程中改造为八字式出水口，与现有防洪堤相结合。

图6 改造后污水出水管位置图

4.2 泵站工艺设计

4.2.1 雨水泵房改造

现状雨污合建泵房并无土建扩容的可能，受土建尺寸的限制，经反复进行设备选型、计算和土建尺寸复核，拟将原泵房内2台规格为0.5 m3/s雨水泵更换为1.0 m3/s，同时新增1台1.0 m3/s雨水泵，使雨水泵房的提升能力由原1.0 m3/s增加到3.0 m3/s。表1为雨水泵设计扬程计算表。

经计算，该工程雨水泵设计扬程确定为H=9.00 m，校核范围为4.50～10.70 m。

4.2.2 污水泵房改造

由于雨水泵调换后仍达不到服务范围内的雨水排放能力，同时考虑到服务范围内管道为合流制，存在雨污混接现象，因此考虑利用污水泵的输送能力，在雨量较大时，尽能力输送合流雨水，部分分担雨水泵的排涝压力，因此考虑同时更换污水泵。

表1 雨水泵设计扬程计算表 （单位：m）

经对污水泵房土建尺寸进行复核，将原泵房内5台0.18～0.22 m3/s的污水泵更换为0.375 m3/s的污水泵，使污水泵站的提升能力提高至1.875 m3/s。雨季时污水泵可同时开启，用于输送合流雨水，增加区域排水能力。

结合原污水泵设计参数，该工程污水泵设计扬程确定为H=12.0 m，校核范围为6.00～14.00 m。

5 结论与建议

5.1 结论

（1）该工程实施后，将大大降低服务范围内地面积水现象的发生，防止由于地块积水造成的环境污染。

（2）充分利用泵房外部现状管道设施，通过计算和管线切改，理顺了泵房雨污水出路，改善了区域排水状况。

（3）通过“四新”技术的运用，解决了泵房改造的除臭、设备起吊、泵站安全保护等问题，改善泵房内工作环境和区域生态环境，实现改造后总的泵排能力为Q=4.875 m3/s（考虑雨水泵、污水泵同时开启）。扣除5万 m3/d原污水输送能力，能满足P=0.5 a一遇的雨水排放3.88 m3/s要求。

5.2 建议

（1）泵站管道及雨污水泵站改造时，需断水施工，建议在非汛期施工。施工时需得到泵站运行管理单位配合，做好施工期间临时排水，并应合理安排施工顺序，尽量缩短断水时间。

（2）建议对服务范围内的管道系统进行梳理和摸排，杜绝雨污水管道直排河道的现象出现，防止一旦河道水位较高时，河水倒灌而加重雨污水泵房的负担。

（3）为最大限度地提高雨水排除能力，暴雨期间泵站将利用污水泵输送合流污水，排入北渠，需征得当地环保等相关部门同意。雨水口的设置需与水利部门进一步结合。