（中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概況

南水北調工程是解決我國北方地區(qū)水資源嚴重短缺問題的重大戰(zhàn)略舉措，是關系到我國經濟社會可持續(xù)發(fā)展的特大型基礎設施。從20世紀50年代初提出“南水北調”的設想，歷經近半個世紀的前期工作，對東、中、西三條調水線路進行了廣泛深入的研究論證，形成了“四橫三縱多點”的國家水資源優(yōu)化配置總體格局。東線一期工程是我國南水北調總體布局中的重要組成部分，規(guī)劃從江蘇省揚州附近的長江干流引水，利用京杭大運河以及與其平行的河道輸水，連通洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖作為調蓄水庫，經泵站逐級提水進入東平湖后，分水兩路，一路向北穿黃河后自流到山東德州；另一路向東自流經新辟的山東半島輸水干線接引黃濟青渠道，向山東半島供水。

南水北調東線工程從長江至東平湖段共設13 個梯級泵站，實現(xiàn)水往高處流，新建擴建泵站共21 座，總揚程40m。臺兒莊、藺家壩和八里灣泵站工程是分別是東線工程的第七級、第九級和第十三級泵站，三座泵站的設計工作由中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司承擔。三座泵站主要建設內容包括：進水引渠、清污機橋、前池、進水池、泵房、出水池、公路橋、出水渠、副廠房、安裝間和變電站、防洪堤和站區(qū)平臺等，總投資7.47 億元。

2 南水北調東線一期三座泵站工程

2.1 臺兒莊泵站

臺兒莊泵站工程是南水北調東線工程的第七級泵站，位于山東省棗莊市臺兒莊區(qū)境內。泵站設計調水流量125m3/s，設計揚程4.53m，平均揚程3.73m，站內安裝ZL31-5（葉輪直徑2950mm）型立式軸流泵5 臺套，總裝機容量12000kW，泵站為Ⅰ等工程。泵站由進水渠、清污機閘、前池、進水池、主泵房、出水池、出水渠、副廠房、安裝間和變電站、賠建交通橋及排澇涵洞等幾部分組成。泵站采用堤身式布置，主泵房下部為塊基型結構，采用肘型流道進水，微彎型流道出水。進水流道前設防洪檢修門，出口設兩道互為備用的快速平面鋼閘門斷流。副廠房布置在主泵房北側，安裝間布置在主泵房南側，變電站布置在出水池北側，緊靠韓莊運河大堤。泵站前池和進水池總長48.75m，進水池與進水渠之間采用斜坡段聯(lián)結，斜坡段長28.75m。泵站出水池總長40.8m。泵站進水渠布置在廢棄的臺兒莊老船閘下游引航道上，與韓莊運河主槽連通，全長1051.54m。泵站出水渠布置在老船閘上游引航道上，接入韓莊運河主槽，全長688.47m。清污機閘布置在進水渠內，清污機閘為鋼筋混凝土整底板、墩墻式結構，共9 孔，清污機布置在進水側，采用鋼絲繩牽引式格柵清污機。防洪閘門布置在出水側，采用平面鋼閘門擋水，配卷揚式啟閉機。排澇涵洞布置在交通橋以東，與韓莊運河大堤正交，采用鋼筋混凝土箱涵，共3 孔，每孔3.50m×3.50m（寬×高），洞身總長50.20m。臺兒莊閘交通橋按公路-Ⅱ級折減設計，采用預應力混凝土空心板橋。管理區(qū)選在泵站以東2.5km 的棄土區(qū)，通過韓莊運河北堤堤頂?shù)缆放c主站區(qū)連接。

臺兒莊泵站工程設計的主要特點為：（1）采用科學合理的選址及總體布置方案，充分利用河道內廢棄建筑物（原船閘及引航道），并采用新型的清污機閘將清污、擋洪和排澇結合為一體，成功解決了行洪河道內合理布置調水結合防洪、排澇等多功能泵站樞紐的設計難題，節(jié)省了占用土地和工程投資；（2）采用全長透水型深井結合固結灌漿方法，成功解決了復雜工程地質及水文地質條件下的巖溶裂隙承壓水的降水問題；（3）通過對站身混凝土結構施工期的非穩(wěn)定溫度場和應力場的三維仿真計算，采用后澆帶、在墩墻中心部位預砌漿砌石芯核、三級配常態(tài)混凝土、埋設冷卻水管等措施，成功解決了巖基上超大尺寸整體塊基型基礎及復雜流道結構的施工期溫控防裂難題；（4）采用灌注樁結合預應力土錨桿支護方案，成功解決了土質高邊坡整體穩(wěn)定及深基坑開挖施工難題，保障了工程施工及周邊建筑物安全，減少了大量移民占地；（5）采用回填水泥土措施，成功解決了土基和巖基上相鄰大高差高擋土墻沉降控制難題；（6）采用計算流體動力學（CFD）理論與技術，進行了微彎型平直管出水流道優(yōu)化設計及模型試驗研究，成功突破了常規(guī)平直管出水流道損失大、效率低的難題，為長時間調水運行節(jié)約了成本。

該研究成果在臺兒莊泵站的應用填補了直管式出水流道在國內大型低揚程立式軸流泵站工程應用的空白，并獲得2006年水利部淮河水利委員會科學技術獎一等獎和2007年安徽省科學技術獎三等獎。該研究成果具有廣泛的推廣應用價值，取得了良好的經濟效益和社會效益。

2.2 藺家壩泵站

藺家壩泵站工程是南水北調東線工程的第九級泵站，位于江蘇省銅山縣境內。泵站設計調水流量75m3/s，設計凈揚程2.4m，平均凈揚程2.08m，站內安裝2850ZGQ25-2.4 型燈泡貫流機組4 臺套，總裝機容量5000kW，泵站為Ⅰ等工程。泵站由進水渠、清污機橋、進水池、主泵房、出水池、出水渠、副廠房、安裝間和管理區(qū)等組成。進水渠利用現(xiàn)有的順堤河河道，主泵房下部為塊基型結構，進、出水流道均為平直管型，進水流道前部設檢修門，出口設兩道快速閘門。副廠房布置在主泵房南側，安裝間布置在主泵房北側。泵站進水引渠標準設計斷面為河底高程27.00m、底寬40.0m、兩側邊坡1 ∶3。清污機橋共12 孔，總長76.62m。前池和進水池布置于清污機橋與主泵房之間，兩側采用鋼筋混凝土扶壁式擋土墻連接。主泵房后接出水池，出水池長69.06m，兩側采用鋼筋混凝土扶壁式和空箱式擋土墻連接。防洪閘位于出水池后，用于泵站擋洪，共4 孔，單孔凈寬8.0m，閘門采用平面鋼閘門，配QPQ-2×250kN 固定卷揚式啟閉機。防洪閘出口設長95.6m 的擴散段，后接出水渠，出水渠主要是利用現(xiàn)有的湖西航道。

藺家壩泵站工程設計的主要特點為：（1）大型齒聯(lián)燈泡貫流泵的研制與應用，填補了國內空白，主要表現(xiàn)為：燈泡體外形尺寸較小，大大改善了出水流道燈泡體處的水流流態(tài)；首次采用機械式葉片調節(jié)機構對葉片進行角度調節(jié)，具有沒有調節(jié)死區(qū)和調節(jié)范圍大的特點，自潤滑的無油潤滑軸承避免了潤滑油泄漏污染水質的可能；首次采用1 套雙向球面滾子推力軸承、2 套徑向導軸承的支撐形式，改善了水泵軸系的受力條件，提高了機組運行的可靠性和壽命；首次采用迷宮與空氣圍帶相結合的主軸密封裝置，解決了傳統(tǒng)密封裝置可靠性低、壽命短的難題；首次采用CFD 技術計算出流道不同部位的水力損失值，分析出流道優(yōu)化工作的重點和關鍵點，使流道的水力損失降至最小值，優(yōu)化了整體流道的型線；在結構和整體流道優(yōu)化的基礎上，最大可能地減少過流部件的水力損失，機組裝置效率得以充分提高；（2）通過科學合理的工程選址和總體布置，成功解決了泵站垂直進、出水和泵站出口垂直水流影響湖西航道航運的難題；（3）通過采用泵站空間有限元靜動力分析與研究，優(yōu)化泵室結構，成功解決了貫流泵機組泵房“扁擔型”結構易造成底板和墩墻斷裂的結構設計難題；（4）采用非穩(wěn)定溫度場和應力場的三維仿真技術，成功解決了泵房、防洪閘等超長底板及薄壁墩墻結構施工期溫控防裂問題，達到未發(fā)現(xiàn)一條施工期裂縫的預期效果。

藺家壩泵站工程大型齒聯(lián)燈泡貫流泵的研制與應用成果獲得2010年水利部淮河水利委員會科技進步二等獎。

2.3 八里灣泵站

八里灣泵站工程是是南水北調東線工程的第十三級泵站，位于山東省東平縣境內的東平湖滯洪區(qū)，也是南水北調東線工程最后一級泵站。工程設計調水流量100m3/s，設計凈揚程4.78m，平均凈揚程4.15m，站內安裝3150ZLQ33.4-4.78 型立式全調節(jié)軸流泵4 臺套，總裝機容量11200kW，泵站為Ⅰ等工程。泵站布置在東平湖新湖區(qū)的柳長河以東，緊鄰東平湖老湖區(qū)南堤，泵站中心線方位為正北偏西4°，距原柳長河入東平湖口384m。泵站由進水引渠、清污機橋、前池、進水池、泵房、出水池、公路橋、出水渠、副廠房、安裝間和變電站、防洪堤和站區(qū)平臺等組成。泵站站下進水引渠接新拓挖的柳長河，站上出水渠穿過南堤入東平湖老湖區(qū)。泵站采用堤身式布置，主泵房下部為塊基型結構，采用肘型流道進水，低駝峰平直管流道出水，進水流道前部設防洪檢修門，出口設兩道互為備用的快速平面鋼閘門斷流。副廠房布置在主泵房東側，長32.20m，寬21.20m。安裝間布置在主泵房西側，長15.50m，寬12.70m。泵站進水引渠標準設計斷面為河底高程31.30m、底寬43.0m、兩側邊坡1 ∶3.5。清污機橋采用兩側斜坡式鋼筋混凝土箱涵式結構，平底板基礎，共16 孔，總長103.0m。前池采用約1 ∶5 向下的縱坡與進水池連接，前池、進水池兩側翼墻均為鋼筋混凝土空箱減壓板結構。主泵房后接出水池，出水池長20.0m，兩側采用鋼筋混凝土空箱減壓板結構。出水池后接出水渠，全長為182.0m，兩側邊坡均為1 ∶3.5。公路橋位于東平湖老湖區(qū)南堤，橫跨泵站出水渠，全長100.0m，橋面汽車荷載等級采用公路Ⅱ級，公路橋采用排架式鋼筋混凝土預應力空心板簡支結構，鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎。站區(qū)平臺頂高程為46.10m，平臺南北道路中心線距離140.5m，東西向275.0m，平臺邊坡為1∶3，平臺分東、西兩個區(qū)，東區(qū)主要布置辦公管理用房和輔助生產用房，西區(qū)為生活區(qū)。

八里灣泵站工程設計的主要特點為：（1）湖相區(qū)堤身式泵站工程選址及總體布置方案，成功解決了滯洪區(qū)內泄洪閘、船閘及現(xiàn)有灌排體系影響下調水結合排澇綜合性泵站樞紐的布置難題；（2）采用三面圍封地連墻結合減壓井和排水孔技術，成功解決平原地區(qū)深厚砂土地基上復雜的多元滲流場滲透穩(wěn)定控制問題；（3）采用上層水泥土攪拌樁截滲墻結合下層高壓定噴墻分層截滲止水帷幕技術解決臨湖（河）深基坑降水問題；（4）采用空箱減壓板結合墻后回填水泥土技術解決軟土地基上高擋土墻穩(wěn)定問題；（5）采用自溢式出流方式解決泵站初始啟動出水流道出流技術難題，提高了機組安全穩(wěn)定運行可靠性；（6）利用振型分解反應譜法分析研究泵站在地震設防烈度下自振特性、結構動位移、動應力和動內力；（7）采用土基上超大尺寸混凝土塊基型結構，避免了結構分縫，提高了站身結構的整體安全性，節(jié)省了工程投資；（8）采用灌注樁后注漿技術，解決了厚層回填土上灌注樁承載力不足難題；（9）通過采用計算流體動力學（CFD）理論與技術，將平直管出水流道改進為低駝峰型出水流道，成功解決了在泵房布置允許前提下進出水流道內水流水力條件最優(yōu)和裝置效率最高的難題。

八里灣泵站工程通過對深基坑工程降水及止水帷幕關鍵技術研究，采用上層水泥土攪拌樁截滲墻結合下層高壓定噴墻分層截滲止水帷幕技術解決臨湖（河）深基坑降水問題，該項研究成果獲得2013年黃河水利委員會科學技術進步獎二等獎；平原地區(qū)深厚砂土地基復雜多元滲流場滲流穩(wěn)定控制研究成果獲得2013年山東黃河科學技術進步獎二等獎。

3 結語

臺兒莊、藺家壩和八里灣泵站均具有低揚程、大流量、年運行時間長的特點，但工程選址、總體布置、水流流態(tài)、機組選型、工程地質、泵室結構、施工及運行條件又各自不同，中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司本著科學嚴謹、求實創(chuàng)新的精神，通過多方案的技術經濟比選，成功地解決了三座泵站的技術難題。三座泵站先后榮獲2015年度全國優(yōu)秀水利水電工程設計金獎、銀獎和2017年度全國優(yōu)秀水利水電工程設計銀獎，同時八里灣泵站榮獲了2017—2018年度中國水利工程優(yōu)質（大禹）獎。三座泵站投入運行以來，工程已經歷多年調水的考驗，運行正常，操作方便，滿足工程使用要求■