張偉英

（蘭州市水電勘測設計院，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

水是十分重要的自然資源，水利工程是對水資源進行綜合利用、推動國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要手段，對于經(jīng)濟建設的不斷推進以及實現(xiàn)人民生命財產(chǎn)安全的保障有著重要作用。近些年來，國家對于水利工程的建設力度不斷加大，大砂溝電灌工程泵站改造項目也在持續(xù)推進，切實采取有效措施盡可能地消除工程中存在的安全問題，在很大程度上改善了相關工作人員的人身安全及生活條件。

2 工程概況

大砂溝灌區(qū)位于蘭州市以北，皋蘭縣的西南部；灌區(qū)受益區(qū)有蘭州市皋蘭縣的中心、忠和、水阜及永登縣的樹屏四鄉(xiāng)十八個行政村85 社，有3.5 萬人口，土地面積58 666 公頃，耕地面積7 046.7 公頃。大砂溝提灌工程始建于1966 年，之后經(jīng)過多次續(xù)建和改擴建，使該灌區(qū)灌溉面積達到6 333.3 公頃，屬三等中型工程，主要由泵站、總干渠、干支渠和渠系建筑物組成。共有泵站31 座，總裝機109 臺套，總?cè)萘?6 601 kW。工程的建成，促使灌區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人們的生活條件得到了很大程度上的改善，對于蘭州北大門和中川機場綠色通道的生態(tài)環(huán)境進行了一定的改變，對于灌區(qū)經(jīng)濟社會的發(fā)展起到了極大的推動作用。

3 大砂溝電灌工程泵站更新改造的必要性

泵站更新改造后將改變灌區(qū)作物種植單一、品種差、結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象；大力推廣節(jié)水灌溉，調(diào)整糧經(jīng)比例、糧菜比例、夏秋比例，提高糧食品質(zhì)和產(chǎn)量，提高經(jīng)濟效益，促進傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由數(shù)量型增長向質(zhì)量型增長轉(zhuǎn)變，有效增加農(nóng)民收入，促進農(nóng)民收入的快速增長，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。同時通過泵站更新改造和泵站監(jiān)控技術的運用，將進一步提高灌溉保證率，完善量水設施和管理設施，為灌區(qū)的管理提供有力保障，促進灌區(qū)水價體制、用水機制、人事管理的改革和灌區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展，確保農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。另外，主體泵站工程能否正常運行，是保持和發(fā)展蘭州市南北兩山綠化成果的先決條件，是蘭州市生態(tài)環(huán)境能否進一步改善的基礎條件。

4 電灌工程泵站更新改造方案及泵房設計措施

4.1 工程改造方案

4.1.1 泵站改造方案

文中主要將大砂溝電灌工程總干七泵站為例，對其更新改造及泵房的設計進行探討。本次實施方案設計總干七泵站在原址拆除重建，由于原站址場地位于大砂溝主溝東側(cè)高速公路邊，場地鄰山并在深挖方地段，場區(qū)面積小而且廠區(qū)內(nèi)排水困難，洪水淹沒泵站的情況時有發(fā)生，因此本次設計將泵房場院地坪整體抬高，使場區(qū)外地坪與泵房西側(cè)道路高程基本一致?？偢善弑谜? 臺水泵出水管在室內(nèi)匯總為一條壓力主管道后穿出泵房爬坡布設至七泵出水池，總干七泵站共需敷設壓力管道166 m。

4.1.2 基礎處理方案

總干七泵房為原址拆除重建，根據(jù)地勘報告，總干七泵房基礎覆蓋層為第四系沖洪積含礫中細砂層，厚度5.0~7.4 m，持力層以第白堊系紅色砂巖為主，泵房基礎條件較差。因此本次設計總干七泵站泵房以鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎為設計方案。

4.2 工程總體布置

原初步設計新建總干七泵站站址位于現(xiàn)總干七泵站西側(cè)約600 m 的總干六級渠側(cè)，壓力管道沿大砂溝洪道西側(cè)向北布置至七泵出水池。由于該位置的上水壓力管道管線需要占大砂溝排洪溝道或者耕地，征地難度大，項目實施困難；其次初步設計總干七泵站站址緊鄰大砂溝排洪道，對泵站防護要求高?？紤]以上因素，本次實施方案將總干七泵選擇在原址拆除重建。初步設計批復主副廠房為地面式泵房，基坑深2.3 m，進深9.9 m，建筑面積為426.9 m2，其中主廠房建筑面積257.3 m2，副廠房建筑面積169.7 m2。由于總干七泵站原址位于深挖方地段，由于現(xiàn)七泵站站址位于深基坑內(nèi)，需要將場院地坪抬高5.6 m，因此基坑深度需加深至8.3 m，4 臺水泵出水匯總管需放置在室內(nèi)匯總，因此本次實施方案主廠房進深改為13 m；由于現(xiàn)有場地面積限制，根據(jù)現(xiàn)場實際布置情況，副廠房由初步設計一層改為三層，其中增加一層電纜層。本次實施方案設計泵房采用“一”字型布置方式，分為主廠房和副廠房兩部分，總建筑面積729 m2，其中主廠房建筑面積340.87 m2，副廠房建筑面積388.13 m2，副廠房在主廠房右側(cè)布置。總干七泵站4 臺水泵出水管在室內(nèi)匯總為一條壓力主管道后穿出泵房之后爬坡布設至七泵出水池，總干七泵站共需敷設壓力管道166 m。進水前池與泵房主廠房平行布置，為1 座橢圓形鋼筋砼水池，水池容積400 m3。在場院東南側(cè)位置新建管理房1 座，為二層框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積335.8 m2。將泵房場院地坪分層夯填至高程1 803.60 m，場院地坪進行砼硬化處理，面積3 700 m2。場院北側(cè)和東側(cè)兩周均需修建M10 水泥砂漿砌塊石擋土墻，高1.5~5 m，總長度150 m。修建圍墻160 m，鐵藝大門1 座。

4.3 主要建筑物設計

4.3.1 泵房

在總干七泵站泵房主要采用“一”字型布置方式，分為主廠房和副廠房兩部分，泵站副廠房為于主廠房右側(cè)布置。

主廠房為半地下負壓進水形式，泵站機組布置采用品字型雙列布置，機組間距按規(guī)范要求確定。機組前后均設工作平臺，寬度1.5 m。出水管室內(nèi)匯總后穿泵房后墻后爬坡布設至出水池，壓力管道匯總管上安裝電磁流量計1 個，布置電磁流量計控制井（室）1 座。副廠房由高、低壓配電室、中控制室和電纜層組成，設備安裝尺寸滿足規(guī)范要求。

泵房主廠房上部結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，下部為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，副廠房為框架結(jié)構(gòu)。泵站主廠房采用輕型鋼屋架，泵站副廠房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面?？偢善弑谜緸樵凡鸪亟?，泵房主廠房基礎采用鋼筋砼筏板基礎，基礎下設10%水泥土墊層100 cm 厚，再原土翻夯100 cm，要求壓實度大于0.95。副廠房基礎采用混凝土鉆孔灌注樁基礎，樁徑0.8 m，樁長10 m。

4.3.2 引水渠道

根據(jù)泵站總體布置和地形地質(zhì)條件，總干七泵站從現(xiàn)有涵洞至泵站前池需修建引水渠，長度為10 m。引水渠采用C25 現(xiàn)澆鋼筋砼矩型箱涵結(jié)構(gòu)，設計流量1.03 m3/s，比降1/1000；側(cè)墻厚0.3 m，頂板厚0.3 m，地板厚0.3 m。基礎為10%水泥土墊層50 cm，其下原土翻夯150 cm，要求壓實度大于0.95。

4.3.3 進、出水池

4.3.3.1 進水池

總干七泵站設1 座進水池。進水前池單座容積400 m3，長17 m，寬6 m，池凈深4.7 m。頂板以上覆土厚5 m，頂板采用C25 鋼筋砼梁板結(jié)構(gòu)，板厚0.3 m，梁高0.5 m，梁寬0.3 m。進水前池底板和側(cè)墻為現(xiàn)澆C25 鋼筋砼結(jié)構(gòu)，側(cè)墻厚0.3~0.5 m，底板厚0.4 m，底板下鋪設厚10 cm 的C15 砼墊層，基礎為10% 水泥土墊層50 cm 厚，再原土翻夯100 cm，要求壓實度大于0.95。

4.3.3.2 出水池

總干七泵站共布設出水池1 座，為現(xiàn)澆C25 鋼筋砼矩形出水池。矩形出水池平面尺寸10×3.6 m，池深2.0 m，側(cè)墻為直墻式結(jié)構(gòu)，厚0.25 m，底板厚0.3 m。底板下鋪設厚10 cm 的C15 砼墊層，基礎為10%水泥土墊層50 cm 厚，再原土翻夯150 cm，要求壓實度大于0.95。

4.3.4 壓力管道

壓力管道廠房后墻平段采用埋設，爬坡段采用明設的方式。明設壓力管道管床采用30 cm 厚C20 砼護砌，兩側(cè)設現(xiàn)澆C15 砼排水邊溝及檢修踏步。明設鋼管外防腐底漆為環(huán)氧富鋅，涂刷一道，厚度約50 μm，中漆為環(huán)氧云鐵，涂刷兩道，厚度約80 μm，面漆為脂肪族聚氨酯面漆，涂刷兩道，厚度約60 μm。埋設鋼管外防腐采用兩布三油，兩布采用玻璃纖維布，三油底漆為環(huán)氧富鋅，涂刷一道，厚度約50 μm，中漆為環(huán)氧云鐵，涂刷兩道，厚度約80μm，面漆為環(huán)氧防腐面漆，涂刷兩道，厚度約70 μm。室內(nèi)管道除銹后刷底漆一道，面漆二道。明設上水壓力鋼管設伸縮節(jié)，以消除管路熱脹冷縮影響。由于水泵進水管埋深將近8m 深，為延長吸水管使用壽命，降低維修幾率，因此進水管內(nèi)壁也進行防腐處理。內(nèi)防腐采用環(huán)氧樹脂（無毒），內(nèi)壁防腐級別為普通級，采用二底二面，漆膜干膜厚80~100 μm。

4.4 機電設備及金屬結(jié)構(gòu)

4.4.1 水力機械

根據(jù)泵站設計流量、揚程的實際情況進行機組選型。水泵選型根據(jù)水泵輸送的黃河水濁度高、泥砂含量大，對水泵葉輪、主要過流部件具有較高的抗汽蝕、耐泥沙磨損能力的特點，設計優(yōu)先選用S 系列中開式雙吸泵，該系列泵在原有水泵結(jié)構(gòu)基礎上，壓水室采用了梯形斷面，進一步提高殼體的剛性；在密封環(huán)外表面增加兩道O 型密封圈，杜絕高低壓腔的串水現(xiàn)象，提高易損件壽命，穩(wěn)定水泵的容積效率；采用結(jié)構(gòu)對稱的雙蝸室壓水室，能基本平衡徑向力，消除因軸產(chǎn)生撓度而引起的問題，擴大泵的運行范圍，提高容積效率；在進口倒灌情況下，填料處取消水封環(huán)裝置，避免因雜質(zhì)堵塞水封環(huán)而發(fā)生填料干磨。在提高水泵汽蝕性能方面，適當增加葉輪進口直徑和葉片包角，降低進口流速、避免進口產(chǎn)生渦流，減少進口水力損失。在增加水泵使用壽命方面，水泵殼體材質(zhì)采用高強度球墨鑄鐵，泵殼噴涂耐磨德?？低苛?，葉輪材質(zhì)采用鋼板焊接Q235，軸采用40Cr，軸套采用0Cr18Ni9。

4.4.2 電氣設計

4.4.2.1 電氣設計方案

總干七泵站安裝水泵機組為4 臺：2×630 kW+1×355 kW+1×280 kW=1 895 kW， 機 組 最大運行負荷：1 265 kW，備用1 臺機組額定功率為：630 kW，額定電壓均為10 kV。根據(jù)泵站的總裝機容量和機組的單機功率以及額定電壓，確定總干七泵站為高壓機組泵站。

4.4.2.2 電氣主接線

（1）10kV 電氣主接線方案?？偢善弑谜镜?0 kV 電氣主接線采用單母線接線方式，由5 臺KYN28A-12 型 高 壓 開 關 柜 和4 臺RYZQ-12 型 高壓干式一體化軟起動柜、1 臺WSTBB10 型高壓無功自動補償柜及1 臺站用變壓器柜組成。分為：電源進線柜、電能計量柜、電壓互感器柜、過電壓保護柜、1#～4#高壓電動機軟起動柜、電容器控制柜、高壓無功自動補償柜、站用變壓器柜。

（2）廠用電接線。泵站廠用電負荷主要有：排污泵、啟閉機、LCU 屏、電動閘閥、軸流風機、起吊設備、照明、操作、檢修及管理房用電等。

廠用變電容量，按最大廠用電負荷計入功率因數(shù)及線路損失后確定，泵站選配1 臺SC13 型50 kVA干式變壓器，為了便于操作及維護泵站廠用變壓器裝在開關柜內(nèi)，10 kV 電源接在泵站系統(tǒng)線路進線側(cè)。泵站廠用電接線采用單母線不分段接線方式，電壓等級為：10/0.4 kV。

4.4.2.3 自動控制保護

泵站采用計算機綜合自動化二次控制保護設備，保護選用微機型裝置。直流電源選用高頻開關組合電源、免維護鉛蓄電池組。

4.4.2.4 電氣設備布置

泵站副廠房分為高壓配電室、電纜層、低壓配電室及中控室，高壓開關柜、高壓無功補償柜布置在同一室內(nèi)，采用單列布置形式，柜前、后操作及維護走廊距離均滿足“規(guī)程規(guī)范”要求。低壓配電屏、LCU 屏、通信屏、視頻柜等均采用單列布置形式，屏前、后操作及維護走廊距離均滿足“規(guī)程規(guī)范”要求。

4.5 金屬結(jié)構(gòu)

通過管材比選水泵室內(nèi)外進出、水管選用直縫鋼管，上水壓力管道選用螺旋鋼管。為防止水錘對機組及壓力管路造成破壞，設計在水泵出水管設置多功能控制閥及檢修電動閘閥，泵進、出水管路均設置伸縮節(jié)。為清污、攔污方便，泵站前池進口均增設鋼制攔污柵。本工程共布設電動閘閥8 個，緩閉式止回閥4 個，電磁流量計1 個，壓力波動預止閥1 個。鋪設上水壓力管道1 條，總長166 m，總重34.86 t，管材為鋼管。安裝鋼制攔污柵1 面，重約0.4 t。

4.6 節(jié)能設計及其措施

4.6.1 節(jié)電措施

第一，各類建筑照明應與相關規(guī)章制度中的照明功率密度值相符合；第二，對高效電光源和燈具進行選擇；第三，將電容器安裝在混凝土攪拌機等用電設備前，進行無功補償，促使變壓器利用率及其無功損耗得以切實提升；第四，對節(jié)能高效型的電器設備與產(chǎn)品等進行選擇；第五，對用電管理規(guī)章制度進行建立健全，并對節(jié)能獎勵及相應的能源浪費處罰制度進行制定。

4.6.2 節(jié)水措施

第一，對節(jié)水閥門進行應用，在水循環(huán)系統(tǒng)、消防給水中，對具有節(jié)水性能的供水設備進行應用。同時，對用水泵的型號進行科學選擇，對于水泵運行期間的壓力、揚程等指標，應盡可能地選擇在接近額定值的范圍內(nèi)；第二，對優(yōu)質(zhì)的供水、排水管道進行采用，避免發(fā)生跑冒滴漏的問題；第三，對雨水收集系統(tǒng)進行建立。

5 結(jié)語

大砂溝電灌工程泵站由于長時間運行存在一系列的問題，所以對其進行更新改造，做好相關的設計工作十分必要。同時，在實際工作開展期間，采取有效措施，針對泵房設計工作進行，促使大砂溝電灌工程得以更加穩(wěn)定地運行。