鲁北地区下沉式通道一体化泵站排水设计

李国旗，孙海波，孟 露，胡明刚

（山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250031）

引言

近年来，一体化排水泵站的使用越来越广泛，相较于传统泵站占地面积小，施工速度快，操作维修简便，对周边环境影响小，无人值守等特点，目前一体化预制泵站单个泵井直径最大为4 m，由于交通等条件的限制，筒体内空间有限，仅能安装流量小于1.0 m3/s 的潜水泵，因此，基本应用于流量较小的污水提升泵站，对于流量较大的污水和雨水泵站限制较大[1-3]。目前在国内南方应用较多，北方城市在逐渐推广，市场前景广阔[2-5]。

1 工程概况

下沉式通道位于聊城市中心片区莲湖片区，本项目为道路改造工程，规划为城市次干路，红线宽度40 m。改造范围为兴华路北侧公交站台至兴华路与滨河东路、光岳北路交叉口，新建兴华路与滨河西路南北侧连接道路，滨河西路下穿兴华路，下穿段长度为530 m，宽度为22 m，徒骇河现水位绝对高程为30.7 m 左右，正常水位年变化幅度在2.0 m左右，徒骇河历史最高水位绝对高程为32.7 m 左右，百年洪水位绝对高程为33.32 m，下穿段低点设计高程为29.635 m，本项目下穿通道排水设计方案为压力排水。

2 水文地质

勘区位于第四系水文地质单元区，含水层主要为粉土、粉砂土，虽有粉质黏土地层，但未形成大区域的不透水层，勘区地下水为同一水文地质单元区。勘区地下水属第四系孔隙潜水，勘察期间兴华路道路和箱涵工程区域实测地下水静止水位埋深在自然地坪下2.97～5.2 m 左右，绝对高程为29.6 m左右，地下水年均变化幅度在2.0 m 左右；徒骇河现水位绝对高程为30.7 m 左右，正常水位年变化幅度在2.0 m 左右，徒骇河历史最高水位绝对高程为32.7 m 左右。场地含水层的主要补给方式为徒骇河地表水系的补给，主要排泄方式为大气蒸发及城市用水。

3 设计标准

雨水设计流量：

式中：Q—雨水设计流量，L/s；q—设计暴雨强度，L/s·ha；ψ—径流系数；F—汇水面积，ha。

暴雨强度公式采用聊城市暴雨强度：

式中：q—暴雨强度，L/s·ha；P—设计重现期，a；t—降雨历时，min。

径流系数的值因汇水面积的地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌等情况不同而异。根据汇水范围内的用地性质，经加权平均确定径流系数为0.25～0.9。

下穿段雨水设计重现期采用50 a，根据汇水范围内的用地性质以收集道路路面雨水为主，路段区域内经加权平均确定径流系数取为1.0，流量为772 L/s。

4 工程设计

设计秉持“安全、经济、绿色”的原则，下穿段排水只考虑排出汇水区域的地面径流水，由于下穿段采用箱涵+U 型槽方案，排水不考虑地下水的影响；下穿段排水设立独立的排水系统，出水口可靠；设计中控制下穿段汇水面积，下穿段两段及周围设置多箅雨水口、雨水沟截水，且设置道路“额头坡”，采用高水高排、低水低排且不连通的系统；泵站顶及配电设备的基础高程均大于34.7 m。

4.1 工艺设计

4.1.1 汇水区域的划分及汇水范围

滨河西路下挖路段长度为530 m，最低点位于桩号K0+290 处，高程为29.635 m。汇水范围考虑此下穿段的路面雨水及道路东侧至河护坡处，共1.06 ha，无转输雨水。

4.1.2 泵站水量

表1 中，泵站汇水流量为772 L/s，拟选用三台泵，每台泵的流量Q ≥920 m3/h，取泵的额定流量960 m3/h。

表1 雨水水力计算

4.1.3 泵站扬程

百年一遇洪水位33.32 m，泵前平均水位27.975 m，设计扬程H=6.545 m。根据水泵流量和扬程，选择潜水泵960 m3/h，H=10 m，N=45 kW，取一体化预制泵站筒体直径3 800 mm。

4.1.4 集水池容积

根据《一体化预制泵站选用与安装（一）》（20CS03-1）规定，当泵站应用于地下通道排水时，集水池有效容积不应小于最大一台水泵60 s 的出水量。本项目有效容积V=16 m3。集水池有效水深为1.41 m，取h=1.45 m。

4.1.5 泵站高度

根据选型，水泵停泵水深为1.35 m；第一台泵起泵水深为2.8 m；水深每上升0.5 m，多开启一台水泵；第三台泵起泵水深为3.8 m，第三台泵起泵液位以进水管管内顶平计为27.903 m；筒底标高为24.103 m，取24 m；地面标高为34.70 m；泵站筒体高度为10.7 m，取11 m；取出水管管底标高为31.65 m；取出水管流速2.0 m/s；出水管截面积为0.4 m2；出水管径为800 mm。

4.2 抗浮设计

一体化泵回填见图1，底板设置1.5 m 襟边，利用上部土压力作用于底板，防止筒体上浮。地下水位以上重度标准值按18 kN/m3，地下水位以下重度标准值按10 kN/m3计算，水位按百年洪水位计算。泵站总浮力F=3 223.8 kN，泵站总重力W=4 225.68 kN＞3 385 kN，满足《泵站设计规范》（GB/T50265—2017）要求。

图1 一体化泵回填/m

4.3 电气智能设计

泵站用电负荷等级为二级；供电电压为380 V，泵站电源设置相序、电涌等保护措施，电力设计详见照明工程。泵站设置自动定期排空功能，自动巡检功能。

水泵启动方式采用变频启动，水泵运行采用液位自动控制方式，液位信号采用静压式液位传感器、浮球开关双重采集方式，信号互为备用。水泵运行具有自动轮换、故障切换功能。

控制柜采用人机交互界面操作，云平台采用开放式接口，数据交换采用标准HTTP 或MQTT 协议，设置能耗监测及防盗报警功能。设置自动控制、现场手动控制功能；具有手机APP、网页、智慧云远程监控功能。泵站的日常运行应采用自动控制方式，当静压式液位传器故障时应能切换到浮球开关应急使用。应采用云平台运维系统对泵站进行日常管理，并应定期巡视。

5 结语

工程设计秉持“安全、经济、绿色”的原则，最大限度地减小对河道及周边环境的影响，降低工程投资，缩短施工周期，实现下穿段排水安全，良好的环境、经济和社会效益。