东江一期泵站工程现状调查及安全检测分析

郑会耀

(深圳市东江水源工程管理处，广东 深圳 518000)

0 引 言

泵站是供水建筑物中最主要的一个建筑结构，长期使用之后，站房的各个结构不可避免地会出现破损和老旧现象，破损和老旧一定程度上威胁了水工建筑物的运行安全，另一方面也会降低泵站的使用功能[1]。安全检测分析是针对泵站的主要水工建筑物、金属结构和机电设备等进行系统性的检测及结果分析，对于泵站的安全稳定持久有效运行具有十分重要的意义。

1 工程概况

1.1 概况

东江泵站一期工程设计总装机4台，采用立式中开双吸离心泵，单机功率1150kW，单机流量3.75m3/s，按三用一备方式运行。工程于1999年开工，2001年正式投入使用，为深圳市供水。

1.2 主要建筑物

东江泵站主要的建筑物包括箱涵渐变段、阀井、进水前池、主厂房、副厂房、压力管道、变电站和综合楼等。

箱涵渐变段长12.0m，平面布置上呈“梯形”，进口接隧洞左岔洞，圆形断面，直径4.0m，出口为矩形，断面宽10.5m，高4.0m，为便于检修，在箱涵顶部设有两个800mm×800mm检查井。

阀井长7.4m，宽17.2m，高23m，为半埋式两层建筑物，上层为工作间，下层为阀室。阀井底部地坪高程1.92m，钢管中心高程3.92m。

泵站进水池上游与阀井衔接，平面上为梯形开敞式布置，进口宽17.56m，出口宽32.4m，总长39.7m，池顶高程19.40m。中间沿纵向设有带通水孔的1.0m厚隔墩。

泵站主厂房为半埋式两层建筑物，长45.5m，宽16.3m，高28.5m，建筑面积1650m。下层为水泵层，地坪高程4.60m，4台立式蜗壳泵组呈“一”字型布置。主厂房上层为电机层，地坪高程12.10m，与水泵层相对应，分别布置4 台电机，电机下游侧布置机旁盘等设施。在主厂房上部设有一台300KN 桥式起重机，跨度13m。

副厂房为半埋式三层建筑物，长45.5m，宽13.0m，高19.8m，建筑面积1700m2。底层为蝶阀室，地坪高程4.60m，分别布置蝶阀、压力水箱和排水系统，阀室上部设有单梁桥式起重机，跨度5.5m；副厂房上层地坪高程与主厂房安装间相同，为17.50m。

压力钢管每箱布置一根，直径2600mm，管壁厚度16～28mm，单根管长110m，两根管均埋于地下，在量水间出口位置与相邻标段相接。

在主厂房南侧布置110kv变电站一座，自三栋变电站接入。

厂内建有一座综合楼，建筑面积2700m2。为六层混凝土框架结构，采用人工挖孔混凝土灌注桩基础。

1.3 金属结构

东江取水口布置1条隧洞，隧洞进水口设检修闸门1扇，孔口尺寸为5.4m×5.4m，闸门设计水头17.8m，底槛高程3.0m，检修平台高程22.5m，启闭机平台高程30.5m。闸门为平面滑动钢闸门，闸门门叶重15.46t，正常检修时闸门静水启闭，特殊工况下，闸门也可在2.6m水头差下动水关闭。启闭机为2×160KN固定式卷扬机，扬程8.0m。

1.4 机电设备

水泵4台，型号为VENUV1-1200·1000C；电机4台，包括异步电动机1RQ1715-5JE84-Z型号2台，变频调速电动机1RQ2712-5JT94-Z 2台；电动双梁桥式起重机1台；变压器2台，1TM SZ8-6300/110kV 型号1台，2TM SZ8-8000/110kV型号1台。

2 工程现状及存在的问题

2.1 建筑物

箱涵渐变段混凝土外观质量整体较好，未见破损、锈胀露筋等不良现象；阀室侧墙局部存在盐析现象，面积共0.63m2；进水池侧墙及隔墩局部存在骨料外露现象，进水池下游侧墙瓷砖局部存在开裂，运行时水流流态正常；主、副厂房各构件基本完好，未发现明显缺损、渗漏、基础变形及不均匀沉降，厂房分缝处出现明显裂缝。压力钢管检修间外观质量整体较好，未发现明显裂缝、缺损及渗漏等缺陷。

2.2 金属结构

阀室管道内壁、蝶阀局部锈蚀，水泵喇叭口、进水管内壁、出水管内壁、检修蝶阀、液控蝶阀、压力水箱及压力管道等局部锈蚀。

2.3 机电设备

东江一期泵站4台水泵自2001年运行以来基本运行正常，轴承温度、振动、噪音等参数也基本正常，现场检查水泵泵体和泵盖组合面连接螺栓锈蚀。2台电动机运行基本正常，现场检查电动机主轴下端存在锈蚀的情况。东江一期泵站空气阀设置在户外，至今已运行20a，空气阀内部锈蚀。电动检修蝶阀阀体存在锈蚀，阀瓣密封圈存在老化现象；渗漏排水泵电机底板和基础板存在锈蚀情况；插入式流量计测头存在渗漏和锈蚀；水泵层电缆埋管与厂房墙壁线槽连接处存在冷凝和渗漏水的情况；压力水箱排水系统部分表计未按照运行管理的要求及时进行校准。

3 安全检测

3.1 建筑物复核计算

3.1.1 水力学条件复核

东江泵站位于惠阳市水口镇蓬陵村廉福地，布置有4台立式中开双吸离心泵，单机功率1150kW，单机流量3.75m3/s。

表1 进水流道过流能力计算成果表

3.1.2 进水池水下容积复核

根据过流量15m3/s所确定的最小容积为450m3，本次计算按泵站最低运行水位10.30m高度进行复核，进水池容积计算结果为7427.78 m3。进水池容积满足要求。

3.1.3 抗渗稳定性复核

东江泵站为深圳市东部供水水源工程中的引水加压泵站，泵站位于惠阳水口镇上游约6km的廉福地，泵站主厂房为半埋式两层建筑物，泵站上、下游无水位差，不会发生渗透破坏。

3.1.4 抗滑、抗浮稳定性、基底应力复核

东江泵站下部结构宽29.32m，上部结构宽15.5m，总长45.5m。主厂房屋顶高程为29.0m，安装间高程为17.5m，建基面高程为2.6m，底板厚2.0m。泵站持力层为全风化硬塑土，承载力标准值取320kPa。

表2 泵房稳定计算工况及荷载组合表

泵房在各种运行工况下的稳定及基底应力计算成果见表3。

表3 东江泵房稳定及基底应力计算成果表

从计算结果中显示，各项结构的稳定性均满足要求。

3.1.5 结构强度复核

东江泵站厂房为半埋式建筑物，埋于土中下层两边墙与底板整体浇筑，沿水流方向底板长29.32m，底板厚2.0m，底板底高程为4.60m；主厂房进水侧边墙厚1.8m，墙顶高程为19.4m；副厂房出水管一侧边墙厚2.0m，墙顶高程为17.5m。C20混凝土。

对泵站厂房底板框架进行复核计算，计算软件采用《理正结构工具箱7.0PB5》中“平面钢桁架”版块，其中边界条件按铰支承。泵站厂房框架的弯矩、剪力及计算配筋见表4。

表4 泵站厂房框架计算成果表

3.2 机电设备复核

3.2.1 水泵流量

在前池水位10.26m，西河潭口水位为27.02m水库水位65.97m这个工况与设计工况较为接近时，此时运行水泵为1#、2#、4#1共3台，总流量为5.08m3/s，其中2#、4#水泵平均单机流量为3.45m3/s.对应电功率为914kW，这两台水泵流量值基本接近设计流量，而1#水泵平均流量为2.78m3/s，低于另外两天水泵流量，不排除1#水泵出力下降或者其流量计的差异，从台班3台水泵8h总输水量290000m3/s反算，1#水泵流量实际应为3.3 m3/s。由此可佐证水泵流量差异很可能是由于流量计引起，而水泵的实际出力是基本满足要求。从复核计算结果及运行记录表明，水泵流量基本满足流量要求。

3.2.2 电动机功率

水泵轴功率按N轴=1000 H总×Q/102η计算，其中最大轴功率出现在流量为3.44m3/s，扬程为23.7m的工况点，轴功率为882kW，配套系数按1.05～1.20。

计算结果为 N=1136kW，此结果与现状配套的电机功率1150kW较为接近。故现状电机配套功率基本满足运行要求。

3.2.3 水泵安装高程

根据汽蚀余量确定安装高程，不发生汽蚀条件是:(NPSH)≥NPSH，东江泵站一期水泵中心线高程为6.1m，进水池最低工作水位为10.30m，相应装置的汽蚀余量为11.0m，水泵运行范围内必须汽蚀余量NPSH为4.4～8.7m，均小于11.0m，故东江一期泵站水泵安装高程满足运行要求。

3.3 金属结构复核

3.3.1 闸门

闸门的设计复核是参照图纸尺寸，并考虑腐蚀后按照现行规范进行复核。

荷载考虑设计水头下的静水压力，主框架乘动载系数1.1。闸门结构主要材料为Q235A，材料容许应力乘调整系数，调整系数取0.90，对于闸门承重构件和连接件，应校核正应力σ和剪应力τ，校核公式为：

σ≤[σ]τ≤[τ]

(1)

式中：[σ]、[τ]为均为调整后的容许应力。

表5 主梁应力及挠度计算结果

3.3.2 启闭机

采用一台2x160KN固定式卷扬机,静水启闭，静水启闭水压力：

(1)

启门力计算结果为266kN，现在运行的启闭机容量2×160kN大于计算启门力，可满足启门要求。

4 结论与建议

4.1 结论

经过现场调查和检测，并根据检测结果对相关部分进行复核计算，泵站建筑物的、机电及金属结构安全评价结果如下：

1)东江一期泵站建筑物的综合评价安全类别为一类。

2)东江一期泵站机电设备的综合评价安全类别评价为一类。

3) 东江一期泵站金属结构设备的综合评价安全类别评价为一类。

东江一期泵站整体安全类别评价为一类。

4.2 建议

1)针对现状存在的若干问题，应优先加强工程设施的维护、保养、加固处理工程缺陷，以消除安全不利因素或隐患。

2)尽快对部分老化机电设备相关部分加强维护保养或整改。

3)在相关问题、工程缺陷完善处理完成之前，采取控制运行管理方式。

4)在运行中加强工程观测，落实各种突发情况的应急处理预案。