一体化预制泵站在隧道工程中的应用

1 引言

一体化预制泵站在欧洲已有近70 年的使用历史，已成为欧洲市政给水、排水泵站的主要形式，在欧洲一体化预制泵站使用率高达70%以上[1]。 其具有自身系统集成度高，占地面积小；施工量小，安装工期短；可实现泵站远程控制、无人值守以及美化环境等一系列优点。

21 世纪初，我国开始引进一体化预制泵站，并在国内给排水系统中应用实例越来越多。 例如，北京天安门污水泵站、上海浦东新农村污水泵站、吉林延吉滨河路下穿立交雨水泵站、山东广饶县潍高路雨水泵站、 天津滨海新区南部雨水泵站和山东菏泽经济开发区雨水泵站等。

一体化预制泵站的基本形式可分为干式一体化预制泵站和湿式一体化预制泵站[2]，可用来提升雨水、污水、废水、生活饮用水。 一体化预制泵站在工厂组装和预制，是近年来比较实用、流行的给排水加压设备。 其筒体材质一般为玻璃钢，可完美代替传统钢筋混凝土水池，并因此减少了人力、物力、财力的投入。

2 一体化预制泵站简介

2.1 一体化预制泵站

一体化预制泵站是由进水格栅、水泵、压力管道、阀门、出水管路、顶盖、筒体、底座、服务台、控制装置等组成的一体化设备。 其泵站主体采用玻璃纤维增加复合材料（玻璃钢/GRP）缠绕加工成型，强度高、无变形、持久耐用，使用寿命长达50年以上。 其可结合厂家的远程监控智能云平台实现泵站内的数据采集、在线监测等功能。

2.2 一体化预制泵站优势

与传统泵站相比，一体化预制泵站具有7 大方面的优势。

1）占地面积：一体化预制泵站系统集成度高，占地不大，减少了地面配套设施，对周边环境影响少；传统泵站需供应商和土建方互相配合，系统集成度低，占地大，而且不利于周边环境保护。

2）施工周期：一体化预制泵站的运输和吊装作业方便，做好基坑开挖、泵站底板预制工作即可，1 周内便能安装好。传统泵站属于钢筋混凝土结构，泵站底板、池壁、顶板无法同时作业，浇筑和养护所需时间为2～3 个月，现场施工的精度和质量比产品工厂化生产差。

3）控制系统：一体化预制泵站为智能化泵站，配置了专用的监控系统，能够远程控制泵站，并达到无人值守的效果；传统泵站需要建设专门的控制室，安排专人来管理，建设及管理成本较高。

4）组件配合度：一体化预制泵站可根据客户提供的要求和数据，在工厂组装和预制，责任方为工厂。 所有配件（包括泵、压力管、维修通道、维修梯、网格设备、耦合系统、通风设备、防滑井盖等设施）在出厂前经过测试以确保配件的质量，各部件之间具有良好的匹配性， 泵站系统在正常工况下的工作效率很高；传统泵站由不同品牌的不同部件组装而成，匹配性较差，无法达到泵站最优的水力条件。

5）防渗漏：一体化预制泵站的筒体材料由玻璃钢（GRP）制成， 具有出色且稳定的质量， 出厂前经过了防渗漏压力试验，具有良好的防渗漏效果；因传统泵站为钢筋混凝土结构，所以在地层缺乏稳定性的情况可能发生裂缝， 防渗漏性能较差。

6）噪声：一体化预制泵站采用先进的泵站设计理念和高品质的水泵，泵站在运行时的噪声非常低，在人口多的住宅区和商业建筑等对环境要求较高的场合中均可使用； 传统泵站各个部件之间匹配性较差，水泵开启、停止和运行时均会有较大的噪声，从而对周围环境产生不良影响。

7）室外安装要求：一体化预制泵站在室外、绿化带、道路等场所中均可安装使用，在施工作业面小、人口密度大、建筑集中的地方也有着较大的优势； 传统泵站要求有开阔的施工空间，如果在道路和居民住宅区施工，必须考虑到交通、拆迁等问题。

7、拆卸旧阀门时，最下部一条螺栓不能拆掉，在旧阀门不离开法兰的情况下安装新阀门，待新阀门能够固定在法兰上时，再将旧阀门拆除，防止抽真空过程中突然漏油，新旧阀门都不在法兰上，造成大量绝缘油泄漏。

2.3 一体化泵站设计扬程

设计扬程应根据设计流量时的集水池水位与受纳水体平均水位差和水泵管路系统的水头损失确定[3]。

最高扬程应按泵站出水最高运行水位与进水池最低运行水位之差和水泵管路系统的水头损失确定。

最低扬程应按泵站出水最低运行水位与进水最高运行水位之差和水泵管路系统的水头损失确定。

3 一体化预制泵站案例

3.1 工程概况

东站北路是南昌市高铁东站的配套道路， 道路红线宽为36 m，采用双向6 车道，设计速度为40 km/h，规划为城市次干道。 东站北路下穿天祥大道处设计了下穿隧道，由于隧道两端敞口U 形槽段的雨水径流无法重力流排出， 本次设计雨水泵站负责将已收集的雨水径流提升至天祥大道现状雨水系统。

因东站北路周边用地较为紧张， 且考虑到雨水泵站方便施工，并减少泵站后期运维人力资源投入，故本次雨水泵站选用一体化预制泵站。

3.2 设计雨水泵站标准

根据GB 50014—2021《室外排水设计标准》，特大城市中心城区地下通道雨水管渠设计重现期为30～50 年一遇。 为保证东站北路下穿隧道运行安全， 确定东站北路雨水泵站设计标准取上限，即雨水管渠设计重现期50 年一遇。

3.3 设计雨水泵站汇水面积

3.4 设计雨水泵站流量计算

本工程采用推理公式法时，计算雨水泵站设计流量，计算公式为：

式中，Q 为雨水设计流量，L/s；q 为设计暴雨强度，L/（s·hm2）；ψ为综合径流系数；F 为汇水面积，hm2。

本工程位于南昌市高铁东站片区，南昌市暴雨强度公式为：

式中，q 为设计暴雨强度，L/（s·hm2）；P 为设计重现期，年；t 为设计降雨历时，min， 其中， 降雨历时t=t1+t2，t1为地面集水时间，min；t2为管渠内雨水流行时间，min。

设计雨水泵站为排除隧道两端敞口U 形槽段的雨水径流，故ψ 取0.9；t1取3 min；P 取50 年；汇水面积为0.91 hm2。计算流量Q=1.1 m3/s。

3.5 雨水泵站设计

3.5.1 雨水泵站选型

因东站北路与天祥大道交叉口处周边用地较为紧张，且考虑到雨水泵站方便施工， 并减少泵站后期运维人力资源投入， 故本次雨水泵站选用一体化预制泵站。 一体化预制泵站设置于东站北路与天祥大道交叉口西南角绿地内 （规划用地性质为城市绿地）。

3.5.2 雨水泵站设计

敞口U 形槽段雨水径流经雨水收集系统汇集至一体化预制泵站前端配水井， 再经由泵站提升后排至设计消能井， 最后排至现状市政雨水系统，如图1 所示。

图1 一体化预制泵站大样图

雨水泵站集水池容积不应小于最大一台泵60 s 的出水量。 因本工程设计一体化预制泵站设置于绿化带内， 故泵站的井盖应高出周边地面45 cm 以上， 并应进行防水设计。 雨水泵站供电应按二级负荷设计。

根据设计敞口U 形槽段雨水管网及现状物探管网资料，本工程设计雨水一体化预制泵站工艺数据如下（地面高程为±0.00 m，其余高程均为相对高程）：（1）DN1 400 mm 雨水泵站进水管，管内底高程：-11.12 m；（2）水泵启泵水位高程：-10.76 m；（3）水泵停泵水位高程：-13.86 m；（4）DN1 000 mm雨水泵站出水管，管中心高程：-1.74 m；（5）DN1 500 mm 现状雨水管，管顶高程：-2.32 m；（6）一体化预制泵站井盖顶高程：0.50 m；（7）一体化预制泵站井盖顶高程：-15.6 m；（8）一体化预制泵站内设置三台三用潜污泵，每台泵流量均为1 487 m3/h。

雨水泵站进水经粉碎格栅井粉碎污物，然后均匀配水给3 台潜污泵，通过3 台潜污泵提升后通过1 根DN1 000 mm 管道排至设计消能井。 DN1 000 mm 出水管道上设置蝶阀，以作检修用；出水口处安装鸭嘴阀，防止雨水倒灌。

本工程设计一体化预制泵站埋深较大， 为避免深基坑支护，本工程在一体化预制泵站外设钢筋混凝土井，设计钢筋混凝土井采用沉井法施工。

4 结语

1）随着我国城市开发建设，地下隧道、通道等交通设施的建设会越来越多，考虑到城市用地紧张，传统雨水泵站建设占地面积大，一体化预制泵站可以作为一种有效的解决方案。

2）一体化预制泵站系统集成度高、占地面积小、施工工期短、可实现泵站远程控制、美化环境、管理便捷，和传统泵站相比，具有明显优势。 本工程使用一体化预制泵站提升隧道两端敞口U 形槽段的雨水径流， 减小了泵站设计对周边环境的影响，提高了泵站管理、运维效率。