青岛市某下穿胶济铁路雨水泵站升级改造设计

尹晓静，孟 涛，夏 凉

（1.青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266000；2.山东旭辉银盛泰集团，山东 青岛 266000）

1 概述

1.1 现状雨水泵站概况

某下穿胶济铁路雨水泵站位于青岛市某市政路与胶济铁路相交处北侧、两胶济铁路线之间。现状雨水泵站主要通过某市政路下穿胶济铁路段北侧排水沟收集地面雨水，经雨水泵站提升后通过1.5 m×0.8 m现状排水渠道排入泵站北侧现状河道，现状泵站为半地下式，占地约为94 m2，采用“沉砂池—集水池—提升泵—出水”工艺，泵站内共有3台立式排水泵，单台泵流量147.6 m3/h，总排水规模为0.12 m3/s。

1.2 现状雨水泵站存在的问题

该泵站在建成初期，泵站运行情况较好，为服务范围内的防洪排涝、保证下穿通道的正常通行等方面做出了重要贡献，满足了当时城市发展需要。但随着周边地块开发，雨水径流量加大，下穿道路低点雨水汇集量增加，现状雨水泵站无法满足雨季排水需求，雨季时下穿通道积水严重，已影响下穿通道的通行能力，多次中断交通，给周边群众的出行造成了较大影响，急需进行改造。通过现场勘察现状雨水泵站运行情况、周边现有排水管渠及现状地形、周边道路等发现，该泵站主要存在以下几个问题：

（1）随着周边地块开发，雨水径流量加大。

（2）现状集水池容积较小，排水泵排水能力不足。

（3）周边高水未采取有效截流措施，大量高位雨水汇集到下穿通道处，加重了下穿通道积水情况。

（4）下穿通道低点处敷设的进水口收水能力不足。

（5）泵站出水渠淤积、损坏严重，排水不畅。

（6）现状雨水泵站采用单路供电，用电安全性无法保证。

2 某下穿胶济铁路雨水泵站升级改造方案

由于现状雨水泵站存在以上问题，且根据该泵站所在区的排水规划，该雨水泵站属于该区雨水泵站改造范围，故该工程拟对现状雨水泵站在原址进行升级改造。

2.1 雨水泵站设计标准

（1）设计暴雨重现期（a）。根据《室外排水设计规范（2016年版）》（GB 50014—2006）[1]第 4.10.2条规定，立体交叉道路排水系统设计重现期不应小于10 a。结合泵站现状、投资造价、占地规模等方面考虑，将泵站设计暴雨重现期取为10 a一遇。

（2）此次设计泵站防洪建筑物等级为5级，其防洪重现期取10 a。

（3）该工程结构安全等级为二级，设计使用年限为50 a。

（4）抗震设防烈度7度（0.10g），抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为三级，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组。

2.2 雨水泵站规模计算

2.2.1 青岛市暴雨强度

利用青岛市发布的暴雨强度经验公式计算：

式中：q 为暴雨强度，L/s·hm2；p 为设计暴雨重现期，a，此次取 10 a一遇；t为集水时间，t=t1+t2；t1为地面集水时间，根据《公路排水设计规范》（JTG/T D 33—2012）[2]中公式 9.1.4，计算得 t1＝5.1 min；t2为管内水流时间。

2.2.2 雨水量计算

式中：Q为设计雨水量，L/s；ψ为综合径流系数，取为 0.55；F 为汇水面积，hm2。

根据项目周边现状地形、地势，此次雨水泵站的汇水区域需结合泵站南侧某市政路排水系统设计来确定，结合某市政路拓宽改造工程，东部分20hm2范围内的高部雨水通过3 m×1.8 m雨水暗渠截留后重力排入北侧河道，该雨水泵站服务区域不考虑此段道路的排水量，仅包含泵站周边、南侧铁路路基两侧雨水汇水区域，共计9 hm2。汇水面积如图1所示。

图1 雨水泵站汇水面积图

经计算，此次雨水泵站汇水量为Q=2.06 m3/s。考虑地下水3%入渗量，此次改造雨水泵站规模取为2.1 m3/s。

2.3 工艺设计

此次泵站的工艺流程如图2所示。

图2 改造后雨水泵站工艺流程图

2.3.1 收水口

在某市政路北侧、泵站进水渠南侧最低点处东西两侧设0.8 m×1.0 m雨水沟，雨水沟上设重型防盗型球墨铸铁雨水箅子，用以收集道路路面汇流雨水，雨水沟纵坡同道路坡，收集的雨水就近排入最低点处的沉砂池。

2.3.2 沉砂池

沉砂池主要用于沉降汇流雨水中的大颗粒物，减小泥砂对后续设备的影响。此次设计沉砂池尺寸为2.0 m×2.0 m×2.7 m，池底有0.6 m用于沉砂。

2.3.3 进水渠

设1.5 m×1.5 m进水渠，将沉砂后的雨水接入雨水泵站格栅间。

2.3.4 格栅

格栅主要用于拦截水中漂浮物及杂质，起到净化水质、保护水泵的作用。该工程格栅前采用雨水箅子收水，沉砂池沉砂，水中杂质较少，故该工程选用一台人工格栅，格栅栅条间隙40 mm，安装角度60°，设计流速1.0 m/s。

2.3.5 潜水泵

此次改造雨水泵站规模为2.1 m3/s，集水池内采用3台自耦式潜水泵，其中一台变频，可用于非雨季工况，每台流量Q=0.8 m3/s，设计扬程H=10 m，单台功率N=110 kW。

受泵站用地限制，集水池内不设备用泵，在泵房地上生产用房内备用一台非变频同型号潜水泵。

2.3.6 集水池

计算水泵启动水位为2.70 m，停泵水位为0.3 m。集水池平面尺寸为7.5 m×8.0 m。为了延长水泵的使用寿命，要求水泵每小时开动水泵不得超过6次。

2.3.7 起吊设备

泵房内安装起重设备，便于设备的安装、维修和维护。根据该工程潜水泵等设备的相关参数，该工程起吊设备选用5T电动单梁起重机，跨度为7.5 m。根据《给水排水设计手册》[3]进行泵房的吊装高度计算，得泵房净高为5.3 m。

2.3.8 出水管

根据北侧河道50 a一遇水位线及水力计算结果，此次泵站出水管设计管径为DN1000，管中心标高为7.9 m，就近排入北侧现状河道。

2.4 平面及剖面布置图

该工程主要为提升现状泵站排水规模，在现状泵站用地范围内进行，不新增占地，改造后泵站仍为半地下式，占地仍约为94 m2（见图3、图4）。

3 其他专业设计

3.1 建筑

泵站地上部分为单层框架结构，条形基础，现浇平屋面，建筑外形尺寸为8.8 m×8.3 m，建筑面积73.04 m2，建筑高度5.3 m。建筑定位于简洁大方这一风格，外墙采用浅黄色涂料，门窗为深色铝合金材质，力求做到与自然真正融合，与周边风格相协调。

图3 改造后雨水泵站总平面图

图4 改造后雨水泵站剖面图（单位：mm）

3.2 结构

该工程建（构）筑物采用现浇钢筋混凝土结构，泵房池体平面尺寸为16.5 m×8.9 m，埋置深度8.6 m，池壁厚度为700 mm，底板厚度为1 000 mm，顶板厚度为300 mm。泵房地上为一层生产用房，平面尺寸为8.8 m×8.3 m，主体采用钢筋混凝土框架结构，基础坐落于泵房上。基坑边坡整体采用灌注桩+预应力锚杆支护形式。池内壁防水采用水泥基类无机高效防水涂料，黏结强度不小于1.5 MPa，基础及池壁与土接触表面（含池壁地面以上0.5 m范围内）做法采用自粘型卷材防水。

3.3 电气

为保证泵站电气系统的连续、可靠运行，该工程电气设备的负荷等级定为二级负荷，按双电源供电进行设计，以确保泵房供电系统的安全性。一路10 kV电源引自胶济线与某市政路交汇处东10 m的10 kV架空线，另一路电源采用柴油发电机。

3.4 自控

该工程采用PLC控制系统，对泵站的工艺过程进行控制和管理。泵站在雨水期到来前需配备人员24 h值守，以满足设备的现场控制。该泵站按工艺设计要求根据液位高度对水泵实现自动控制。泵站设备各项运行状态送至PLC，进行集中监控。

3.5 通风

此泵站为雨水泵站，面积小，故选择机械送风加机械排风的形式进行通风。该工程在地上泵房间南侧墙上设置2台5 000 m3/h/300 Pa轴流送风机，在泵站北侧墙上设置2台5 000 m3/h/200 Pa轴流排风机。

4 结语

该雨水泵站改造工程于2018年初建成并投入使用，2018年雨季该下穿胶济铁路桥段路面雨水能够及时排除，下穿通道能够正常通行，减小了雨季降水对某市政路交通的影响。