淮水北调四铺泵站工程优化设计分析

调水工程论文1200字第六篇：淮水北调四铺泵站工程优化设计分析

 

　　摘要：本文分析了安徽省淮水北调工程四铺站选址、泵房形式、拦污闸与泵房布置、进出水结构、基坑开挖及基础处理、泵站总体布置等优化设计方案,为建成一座既安全、经济,又具现代、生态特点的泵站提供依据。

 

　　关键词：四铺站; 总体布置; 结构形式; 淮水北调工程;

 

　　Sipu station design characteristics of the diversion water from Huaihe to north project in Anhui province

 

　　Zhang Danqing

 

　　1 工程简介

 

　　四铺站为安徽省淮水北调工程先期开工建设的第一座泵站工程，位于淮北市濉溪县境内，为淮水北调工程输水沿线上的第五级翻水站，设计引水流量18m3/s，多年平均调水量13156万m3，装机容量1600kW，泵站规模为中型。工程于2012年11月开工建设，2013年7月通过了水下工程阶段验收，2013年底主体工程完工；2016年11月通过机组启动验收及单位工程验收；2019年1月通过竣工验收。

 

　　2 优化设计分析

 

　　四铺站站址位于南沱河已建四铺闸址处，虽工程规模不大，但因其特殊的地理位置，较为复杂的地形、地质条件给设计及施工带来一定难度；同时该站作为淮水北调工程标志性建筑物，各级领导高度关注，对枢纽总布局及建筑外观等方面提出了更高要求。

 

　　2.1 选址

 

　　根据淮水北调工程总体布局，各级翻水站站址的确定取决于输水线路的总体走向、沿线可利用的控制建筑物位置，以及输水沿线设计水位之间的衔接。四铺翻水站由四铺闸下建站翻水入闸上，利用四铺闸蓄水，达到逐级调水的目的。

 

　　选定站址位于四铺闸新闸左侧，闸室底板高程为23.0m(1985国家高程基准，下同）。由于站址紧邻新闸侧的左岸河滩地上，为尽量减小对现状闸室的安全影响及新建泵站运行的不利影响，将泵房结构与现状闸室段留有足够的安全距离以确保工程安全。四铺站的进、出水池分别连通四铺闸闸下和闸上河道，其防洪水位为南沱河50年一遇洪水位29.83m；因新闸左岸上、下游河滩地之间的现有连接道路高程较高，为31.0m，可利用其进行防洪，故将泵房布置于连接道路的下游侧滩地上，控制泵房纵、横向的开挖范围均远离四铺闸闸室段的左侧边墙；泵房出水侧采用地下暗涵结构，并将出水暗涵段设置在四铺闸的闸室段边墙附近；出水暗涵因断面大大缩小，且底板高程较泵室19.17m抬至为23.5m，并较新闸底板略高，使施工期的基础开挖对闸室安全的不利影响大大降低。泵房纵、横向轴线位置相对于工程总体布置的协调，确保了施工期四铺闸的稳定安全，并有利于闸站的共同安全运行。

 

　　2.2 泵房型式

 

　　四铺站属中型引水泵站，年利用小时数较高，选定为运行管理条件较好的干室型泵房结构；根据水泵设计流量及运行扬程的要求，选用了技术成熟、运行可靠的立式轴流泵型。立式轴流泵又可分为常规轴流泵和潜水轴流泵二种。根据四铺站特点，由于进水池防洪水位较高和对基础开挖深度的控制要求，对此两种泵型就不同的进水流道结构形式，结合土建结构进行了簸箕型混凝土进水流道潜水泵型、钢制井筒型进水流道潜水泵型以及喇叭口式进水流道常规泵型三个方案的比较。综合技术及经济考虑，喇叭口式进水流道常规轴流泵虽建设期一次性投资较大，但机组装置效率最高、制作安装技术最为成熟，基础开挖对四铺闸影响最小，且后期运行可降低能耗，故四铺站采用了此种泵型方案，为4台1400ZLB-3.5型，3用1备。考虑泵站防洪水位较高，为避免电机轴伸过长，电机层与安装检修间及副厂房设置于不同高程，形成下沉式布置型式，利用交通连廊及配备必要的辅机设备，很好地改善了运行管理条件。

 

　　2.3 拦污闸与泵房布置方式

 

　　四铺站虽有备用机组，但泵站年利用小时数较高，为提高泵站运行的可靠性、安全性，以能满足运行期检修要求为宜，故每台机组进水流道前端宜设检修闸门。为此，将拦污闸与泵房采取合建的布置方式，采用移动门式启闭机启吊；既简化了水力及结构布置，亦使泵站整体布置更加紧凑，提高了利用空间。由于泵站前池及进水流道的检修、清淤几率较低，为节约工程投资，前池首端不设检修闸。

 

　　2.4 泵站上、下游进出水结构形式

 

　　因四铺站泵房进水流道高程较低，为19.17m，进水总宽为20.30m，结合河滩地29m上下的现状地面高程及可利用的宽度范围，为满足进水结构布置，减小滩地开挖，自泵站前池至引渠长度范围内均采用了直立翼墙进水结构形式。

 

　　考虑到泵站前池防洪水位与最高运行水位之间的高差相差较大，为降低翼墙高度，且满足泵站最高运行水位26.0m的要求，将泵房进水结构墙顶高程统一设计为26.7m；并在26.5m高程左、右两侧均设置一亲水平台；在进水右侧26.5m高程以上放坡接至现状滩地与堤顶交通道路间坡面；进水左侧因靠河岸侧，为满足四铺闸洪水期的下泄水流要求，在26.5m高程以上新筑一导流堤，受场地限制墙顶高程控制为29.0m，迎、背水坡两侧坡面均采用混凝土预制块护坡，以满足抗冲稳定要求，并与现状四铺闸下岸坡护砌结构统一。自泵房进水流道高程19.17m至地面高程30.3m按直立挡墙和缓坡两级高度进行衔接后，翼墙高度大大降低，设计成钢筋混凝土悬臂式或扶壁式结构，不仅工程量小，而且易于满足天然地基承载力；同时因基础开挖范围受滩地尺寸的限制，更有利于施工，尤其是靠河一侧的开挖，仍能保留一定范围的滩地并利用其作为施工围堰，有效减小了临时工程量。

 

　　泵站出水池底板高程较进水池高，为23.5m，出水侧现状河滩地高程亦为29m左右，开挖深度较上游进水结构低，出水口宽度亦较窄；但由于泵站纵轴线的布置靠近下游滩地内边缘，若出水池岸坡采用斜坡式土质边坡，右侧渠坡临近现堤顶道路，影响四铺闸上游的左岸堤防及道路安全，因此亦采用为直立翼墙形式。

 

　　为尽量降低翼墙高度，节省工程投资，考虑满足出水池最高运行水位27.5m的要求，出水翼墙墙顶高程确定为28.2m，采用钢筋混凝土悬臂式结构。在出水渠左、右两侧28.0m高程同样设置2m宽的亲水平台；在出水右侧28.0m高程以上放坡接至现状滩地或堤身坡面，出水左侧则放坡接至现状滩地高程29.0m，以不改变泄洪时闸前水流边界，两侧坡面亦采用混凝土预制块护坡，以满足防冲稳定要求，并与进水渠护砌风格一致。

 

　　从厂区的景观协调及美化角度等考虑，由于四铺闸新闸左岸连接道路将厂区分为较为独立的两片区域，引、出水明渠均采用直立翼墙结构型式进、出水，在厂区总体布置上可起到既有变化又有统一、互为呼应的效果。该进、出水布置形式由于立面上直墙、平台、斜面的结合过渡，层次错落感强；亲水平台采用青石板砖或鹅卵石铺面，平台临水侧设置景观栏杆防护，亲水效果好，营造出调水期间的水景观；进、出水平面上设计为流畅的曲线，且两岸不对称布置，使厂区整体布置特色鲜明和并具独特的风格，增添泵站设计中的丰富色彩；摒弃了单调、呆板的布置。结合四铺站主厂房特点及副厂房建筑造型的处理，并通过对场地施以的植被绿化，更达到了相得益彰的效果。

 

　　2.5 基坑开挖及基础处理

 

　　因四铺站站址紧邻四铺闸左侧岸墙、桥头堡及管理房，站址场地范围有限。为避免对紧邻的已有四铺闸及管理房等建筑物安全造成不利的影响，在紧邻四铺闸岸墙的出水暗涵部位、紧邻管理房的泵房部位设置单排或双排钢筋混凝土钻孔灌注桩临时支护措施，施工中取得了很好的效果。由于四铺站泵房、前池部位基础座落于砂壤土、粉细砂层上，具中等透水性，抗冲、抗渗条件较差，易产生渗透破坏，为确保安全，同时结合施工期开挖基坑地下水的控制要求，考虑基础粉细砂层密实度较高，泵房基础采取高压喷射灌浆成墙结合深井降水处理措施。摆喷墙轴线沿开挖最深部位的泵房及前池基础周边布置，并形成一封闭区域。

 

　　2.6 泵站总体布置

 

　　泵站总体布置以四铺闸下游公路桥左岸的连接道路分隔为闸上及闸下两个相对独立的区域。厂区进水侧地面高程自泵房向下游，即泵房至左岸连接道路间根据确定的泵房安装检修层高程30.5m，均填筑为30.3m高程，以充分利用现有滩地高程，扩大运行管理空间；厂区自泵房向上游，即前池至引水明渠段地面高程降为26.5m，以作为亲水平台功用，既降低了进水渠翼墙高度、节约造价，又营造宜人的水环境。平台两侧宽、窄不等，亲水平台临堤侧以两级结构接至地面30.3m高程，临河侧设置导流堤以满足四铺闸水流下泄，亲水平台至泵房地面高程之间布设人行踏步连接，进厂交通则由公路桥左岸的连接道路31.0m延伸下至泵房地面高程30.3m。为增强厂区布置的整体统一风格，将副厂房布置于泵房出水侧地面，既便于泵站运行、又可提供运行人员的面水视野。

 

　　3 结语

 

　　四铺站的设计兼顾环境及景观的再造与协调，通过平面、立面布置上的变化和结合处理、辅以建筑风格上的点缀，以达到整体统一、层次分明、风格大气、质感丰富的效果。通过布置优化，结构简化，建筑美化、景观多样丰富化等多方面的设计处理，力求建成一座既安全、经济，又具现代、生态的厂房，使水利工程体现出人文、艺术的特色和风格，达到四铺站与现四铺闸即相互协调又相互衬托的效果，形成一道偎依在南沱河四铺闸边上的亮丽风景线，更为运行管理人员营造良好舒逸的工作环境和氛围。