許光卓

(北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院)

1 工程概況

受丹江口水庫(kù)來(lái)水影響，南水北調(diào)來(lái)水具有年內(nèi)分配不均，年際變化大的特點(diǎn)。在有效接納南水北調(diào)來(lái)水，建設(shè)相應(yīng)的輸水工程、調(diào)蓄工程和水廠工程的同時(shí)，北京市提出建設(shè)南水北調(diào)來(lái)水調(diào)入密云水庫(kù)調(diào)蓄工程(以下簡(jiǎn)稱密云水庫(kù)調(diào)蓄工程)。工程由團(tuán)城湖取水，通過(guò)京密引水渠輸水，經(jīng)六級(jí)泵站加壓將水提升至懷柔水庫(kù)，輸水規(guī)模為20m3/s；懷柔水庫(kù)分水回補(bǔ)水源地后，其余水量再經(jīng)三級(jí)泵站加壓輸水至密云水庫(kù)，輸水規(guī)模為10m3/s。工程線路總長(zhǎng)103km，總揚(yáng)程132.85m。工程總體方案如圖1所示。

圖1 南水北調(diào)來(lái)水調(diào)入密云水庫(kù)調(diào)蓄工程平面位置示意圖

其中，溪翁莊泵站是密云水庫(kù)調(diào)蓄工程梯級(jí)泵站中的最后一級(jí)提升泵站，將8級(jí)泵站提升后的來(lái)水再次提升輸送至密云水庫(kù)，實(shí)現(xiàn)最終的調(diào)蓄任務(wù)。溪翁莊泵站位于密云區(qū)溪翁莊鎮(zhèn)，密云水庫(kù)白河主壩南側(cè)約350m，泵站設(shè)計(jì)流量為10m3/s，設(shè)計(jì)總揚(yáng)程55.60m，屬高揚(yáng)程泵站。

2 泵站布置原則

泵站的總體布置應(yīng)綜合考慮站址地形、地質(zhì)、水流、供電、環(huán)境等因素，在滿足泵站功能要求的前提下，結(jié)合機(jī)組型式、供水系統(tǒng)布局等，做到布置緊湊合理、便于施工、運(yùn)行安全、管理方便、美觀協(xié)調(diào)；生產(chǎn)、生活管理建筑分區(qū)明確、聯(lián)系方便、交通順暢；同時(shí)廠區(qū)布置還應(yīng)滿足防火安全、衛(wèi)生防護(hù)和環(huán)境綠化要求。

3 泵型選擇

溪翁莊泵站設(shè)計(jì)流量10m3/s，水位及揚(yáng)程參數(shù)見(jiàn)表1、2。

表1 泵站特征水位

表2 泵站特征揚(yáng)程

根據(jù)揚(yáng)程和流量范圍，適用于該泵站的泵型有臥式單級(jí)雙吸離心泵及立式單級(jí)單吸離心泵。對(duì)兩種泵站進(jìn)行比選，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 溪翁莊泵站泵型比較

綜合考慮水泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行穩(wěn)定性，汽蝕性能，效率及工程投資，安裝、檢修方便等因素，溪翁莊泵站水泵采用臥式單級(jí)雙吸離心泵。臥式雙吸離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向力較小，水平中開(kāi)結(jié)構(gòu)安裝檢修方便，土建開(kāi)挖深度小，廠房結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省投資。泵站安裝機(jī)組3臺(tái)，2工1備，水泵單機(jī)設(shè)計(jì)流量5.0m3/s，配套電動(dòng)機(jī)功率4000kW，泵站總裝機(jī)容量12MW。為適應(yīng)泵站揚(yáng)程變幅的要求，水泵機(jī)組需配套變頻調(diào)速裝置，通過(guò)水泵調(diào)速運(yùn)行以適應(yīng)泵站各種工況的運(yùn)行條件，確保泵站高效、安全、可靠輸水。

4 廠區(qū)總體布置

溪翁莊泵站利用新建七孔橋節(jié)制閘北端調(diào)節(jié)池進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，利用改造后的連接渠從調(diào)節(jié)池取水。根據(jù)輸水線路布置，及站址具體情況，泵站采用正向進(jìn)水布置。這種進(jìn)水形式可以更好地滿足水流順暢、流速均勻、減少渦流的要求。

為了更好地組織生產(chǎn)、辦公、生活，創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，根據(jù)各建筑物的性質(zhì)、使用功能、交通運(yùn)輸聯(lián)系、防火和衛(wèi)生要求，將性質(zhì)相同、功能相近、聯(lián)系密切，對(duì)環(huán)境要求一致的建筑物、構(gòu)筑物及設(shè)施分成若干組，形成合理分區(qū)。

因此將溪翁莊泵站廠區(qū)總體分為三個(gè)區(qū)：與供水直接有關(guān)的建筑物構(gòu)成主要生產(chǎn)區(qū)，主要包括進(jìn)水閘、前池、進(jìn)水池、泵站進(jìn)水管道、主廠房(副廠房)、泵站出水管道等；為泵站運(yùn)行提供支持的柴油發(fā)電機(jī)房、加氯間、空調(diào)通風(fēng)機(jī)房、檢修車間、倉(cāng)庫(kù)等建筑物構(gòu)成輔助生產(chǎn)區(qū)；管理運(yùn)行必要的辦公、食堂、鍋爐房、車庫(kù)、門衛(wèi)等房屋構(gòu)成辦公生活區(qū)。廠區(qū)內(nèi)通過(guò)南北向主通道將廠區(qū)分隔成東、西兩個(gè)區(qū)域，西側(cè)為生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)區(qū)，東側(cè)為辦公生活區(qū)。

廠區(qū)共設(shè)有2個(gè)出入口。主入口設(shè)在廠區(qū)南側(cè)，與連接渠南側(cè)堤路相接；廠區(qū)西側(cè)設(shè)西入口，與主廠房檢修間大門相對(duì)，作為主要設(shè)備出入口。從廠區(qū)南入口進(jìn)入，為南北方向的廠區(qū)主交通道，主交通道與分支道路可達(dá)生產(chǎn)生活區(qū)和輔助生產(chǎn)區(qū)，各個(gè)建筑的出入口道路均相通，形成泵站內(nèi)合理的交通道路布局，以滿足廠內(nèi)交通及消防的要求。

廠區(qū)內(nèi)道路兩側(cè)及建筑物周邊設(shè)置綠化帶，廠區(qū)南側(cè)為景觀綠化區(qū)，喬灌草結(jié)合種植，并設(shè)有中心廣場(chǎng)及涼亭、花架和坐凳，綠化區(qū)東側(cè)布置有運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，為工作人員在工作之余提供優(yōu)美的休息環(huán)境和健身場(chǎng)所。

溪翁莊泵站總平面布置如下圖所示。

圖2 溪翁莊泵站總平面布置圖

5 主要建筑物布置

溪翁莊泵站從調(diào)節(jié)池東岸連接渠取水，水流從南側(cè)進(jìn)入泵站廠區(qū)，順?biāo)饔赡舷虮币来尾贾糜羞M(jìn)水閘、前池、進(jìn)水池、進(jìn)水管、主廠房(副廠房)、出水管等建筑物。

5.1 進(jìn)水閘

進(jìn)水閘是泵站來(lái)水的控制開(kāi)關(guān)。泵站正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)水閘閘門開(kāi)啟；檢修時(shí)閘門關(guān)閉，避免來(lái)水進(jìn)入泵站。水閘結(jié)構(gòu)采用為整體平底板開(kāi)敞式，長(zhǎng)度的確定主要受各種設(shè)備及上部結(jié)構(gòu)布置控制。閘室上部為二層框架結(jié)構(gòu)閘房，一層為閘門起吊空間；以上二層為啟閉機(jī)室、配電及控制室。

5.2 前池及進(jìn)水池

根據(jù)水泵機(jī)組淹沒(méi)深度的要求，主廠房及進(jìn)水池的埋深較大。因此在進(jìn)水閘及進(jìn)水池間需要設(shè)置前池，起到水流順接作用。前池為開(kāi)敞式布置形式，分為斜坡段和水平段。綜合考慮水流條件及減少前池長(zhǎng)度和開(kāi)挖量等因素，前池斜坡段平面呈對(duì)稱梯形。斜坡段后順接水平段，水平段末端接進(jìn)水池。由于單泵流量較大，為了保證水泵進(jìn)水管有比較好的流態(tài)，避免進(jìn)水間內(nèi)出現(xiàn)漩渦及進(jìn)水管間的相互影響，為每臺(tái)水泵進(jìn)水管設(shè)獨(dú)立進(jìn)水間，3個(gè)并排一列布置。

5.3 主副廠房

主廠房布置在進(jìn)水間下游，為矩形干室型半地下鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，地上部分為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，砌體圍護(hù)；地下部分基礎(chǔ)為平底板筏式基礎(chǔ)，四周擋墻為懸臂式鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)。廠房?jī)?nèi)從東向西依次布置3臺(tái)水泵機(jī)組、1條反向輸水管和安裝檢修間，各機(jī)組軸線位于一條直線上，優(yōu)點(diǎn)是是空間整齊、易于管理和操作。每臺(tái)水泵機(jī)組中心線順?biāo)飨蛞来尾贾糜羞M(jìn)口蝶閥、水泵主機(jī)、出口液壓緩閉蝶閥、出口蝶閥等設(shè)備。因布置廠房排水溝、電纜溝及抗浮壓重的需要，廠房底板上設(shè)素混凝土鋪裝層。廠房底板四周加趾，利用外部填土保證主廠房的抗浮穩(wěn)定安全。

副廠房緊貼主廠房東側(cè)南北向布置，兩層框架結(jié)構(gòu)。首層布置低壓配電室、變頻室、補(bǔ)償室、高壓配電室、輸入變室、電纜室。二層布置中控室、備品備件、蓄電池室、綜保室、通訊機(jī)房、資料室、會(huì)議室、辦公室等。

5.4 進(jìn)、出水管道及反向輸水管道

進(jìn)水管由進(jìn)水間至主廠房水泵，包括進(jìn)水間吸水喇叭口、進(jìn)水間～主廠房間連接管道和主廠房?jī)?nèi)明管。泵站進(jìn)水管采用單管單泵式供水，3臺(tái)機(jī)組共設(shè)3條進(jìn)水管。每條進(jìn)水管前分別設(shè)單獨(dú)的進(jìn)水間，從相應(yīng)進(jìn)水間中央吸水。

出水管由主廠房水泵至密云水庫(kù)，采用多機(jī)一管形式，包括支管段和主管段。各支管中心與水泵機(jī)組一一對(duì)應(yīng)，并以三泵一管形式匯成主管，向下游進(jìn)入密云水庫(kù)白河發(fā)電隧洞。出水主管道上設(shè)有排氣閥、流量計(jì)和檢修蝶閥。

此外，溪翁莊泵站考慮了密云水庫(kù)可利用新建雁棲(8級(jí)泵站)～溪翁莊泵站(9級(jí)泵站)輸水管道反向?qū)⑺斔椭裂銞谜厩俺兀儆删┟芤斔翍讶崴畮?kù)。因此，出水總管向上游設(shè)置跨接管；跨接管從主廠房?jī)?nèi)穿過(guò)，接入泵站前池，與雁棲～溪翁莊輸水管相通?？缃庸艽┲鲝S房段設(shè)調(diào)流閥，主廠房前后跨接管上各設(shè)1道檢修蝶閥。

6 溪翁莊泵站的布置特點(diǎn)

(1)溪翁莊泵站通過(guò)連接渠從密云水庫(kù)南側(cè)的現(xiàn)狀調(diào)節(jié)池取水，并利用新建七孔橋節(jié)制閘攔蓄北段調(diào)節(jié)池進(jìn)行水量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池有效調(diào)節(jié)容積約8萬(wàn)m3，可供泵站水泵滿負(fù)荷抽水133分鐘，滿足泵站調(diào)節(jié)容積要求。由此，大大減少了廠區(qū)內(nèi)泵站前池的容積要求，減少了工程永久占地和土建工程量，有效降低了工程造價(jià)。

(2)廠區(qū)平面布置中，利用南北向主干道將廠內(nèi)分成生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)兩個(gè)部分，既有利于充分發(fā)揮生產(chǎn)區(qū)的功能，提高生產(chǎn)效率；又有利于為管理人員營(yíng)造一個(gè)良好的生活環(huán)境，充分調(diào)動(dòng)生產(chǎn)積極性。

(3)根據(jù)揚(yáng)程和流量范圍，溪翁莊泵站采用采用臥式單級(jí)雙吸離心泵。臥式離心泵結(jié)運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，占地面積小，土建開(kāi)挖深度小，能夠節(jié)省工程投資。主廠房采用干室型泵站，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于機(jī)組的合理布置，維護(hù)及運(yùn)行管理方便。

(4)工程設(shè)計(jì)中充分利用了新建的雁棲(8級(jí)泵站)～溪翁莊泵站(9級(jí)泵站)輸水管道，增加了反向輸水的運(yùn)行工況。通過(guò)在主廠房?jī)?nèi)設(shè)置跨接管，實(shí)現(xiàn)了從密云水庫(kù)反向輸水至雁棲泵站前池的功能。和利用京密引水渠輸水相比，減少了蒸發(fā)和滲漏損失，提高了供水效率。

(5)廠區(qū)道路采用透水磚路面，有助于雨水下滲。同時(shí)考慮溪翁莊泵站附近沒(méi)有市政污水管網(wǎng)，工程設(shè)計(jì)中將生活污、廢水通過(guò)污水管道進(jìn)行收集，經(jīng)化糞池沉淀后，進(jìn)入埋地式小型污水處理設(shè)施進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后用于廠區(qū)綠化和景觀水池用水，既大大節(jié)約了廠區(qū)用水量，也能有效保證廠區(qū)西側(cè)密云水庫(kù)調(diào)節(jié)池的水質(zhì)要求。

圖3 溪翁莊泵站主體結(jié)構(gòu)布置圖

7 結(jié)語(yǔ)

截止目前，溪翁莊泵站已經(jīng)運(yùn)行兩年，向密云水庫(kù)輸水超過(guò)1億方。經(jīng)過(guò)對(duì)該泵站的跟蹤觀測(cè)，泵站目前運(yùn)行良好，取得了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。通過(guò)科學(xué)合理的工程布置，使溪翁莊泵站既保證了自身的結(jié)構(gòu)安全，又滿足正向調(diào)水和反向輸水的雙重要求，同時(shí)將工程造價(jià)控制在合理范圍內(nèi)，可以為今后泵站工程的設(shè)計(jì)提供參考。

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