上海污水治理二期中途泵站工程的技术创新

张辰;徐国锋
（第一作者系上海市政工程设计研究院总工程师，高级工程师；第二作者系给排三所副所长，高级工程师。）

　　上海市污水治理二期工程为世界银行贷款项目，工程主要解决黄浦江上游吴泾、闵行、徐汇、卢湾地区及浦东新区的部分污水。徐汇、卢湾的合流污水经截流后过黄浦江，经泵站提升后与吴泾、闵行及浦东新区的污水一并输送至长江口白龙港附近，与原南干线接纳的污水合并后，经预处理厂处理后深水排放。
　　工程总服务面积271.7km2，服务人口335.76万人，晴天旱流污水量约172m3/d，雨天截流总量29.67m3/s。工程总投资约48亿人民币，其中世界银行贷款2.5亿美元。
　　上海市政工程设计研究院主要承担浦西截流系统（不包括吴泾、闵行地区）、黄浦江倒虹管、浦东总管（南线）、连接管、中途泵站（南线SA泵站、SB泵站）、出口泵站。项目于1994年开始前期设计，至1999年初完成全部施工图设计，2000年初竣工。
　　中途泵站包括南线SA泵站、SB泵站：SA泵站是南线第一个中途泵站，主要用于提升来自浦西鲁班路、肇嘉浜、小木桥、宛平、龙华镇、蒲汇塘六个排水系统的合流污水。泵站位于浦东耀华支路西侧、黄浦江边，与龙华机场隔江相望。黄浦江倒虹管浦东工作井位于泵站内。泵站按雨季峰值流量的120％配泵，配泵流量为22.2m3/s，配六台泵(五用一备)。水泵远期总扬程为18.80m，近期扬程为12.10m～7.00m。泵站占地约1.04公顷。泵站总投资约1.0亿元。
　　SB泵站位于上海市浦东康桥工业区西侧、外环线杨高南路立交以东750m处，泵站南靠外环线，西临同汾泾。该泵站主要接纳SA泵站和吴泾、闵行地区以及浦东杨思地区的污水，提升后近期沿外环线、罗山路连接管至中线，输送至M2泵站，远期输送至南线C泵站。泵站占地约1.5公顷。主泵房共设置六台蜗壳混流泵，五用一备，其中二台为变频调速泵。水泵流量6.26～7.80m3/s，扬程19.1～12.60m，水泵电机功率1600kw，计算负荷8500kw。是污水治理二期工程装机容量最大的泵站，也是同类市政项目中直径最大的园沉井。泵站总投资约1.3亿元。
　　工程主要特点(1)SA、SB泵站为雨、污合流制的中途泵站，雨季合流污水与旱流污水量相差较大。近远期水量也相差较大。从系统计算上考虑，由于流量变化会引起水管水头损失的变化，从而引起水泵扬程变化。故SA、SB泵站设计时，进出水箱涵均采用双孔，近期使用一孔，远期使用双孔，确保近期箱涵流速达到不淤流速。水泵数量采用六台，五用一备，其中二台采用变频调速泵，以适应系统各种不同工况的正常使用，减少水泵开泵次数。水泵类型根据水泵的流量、扬程、比转数最终确定为立式蜗壳混流泵，采用水泵、电机分体安装方式。主泵的性能根据设计点A（最佳效率点即开二台泵、一根箱涵运行时）、最大流量点B（单台泵运行时）和最小流量点C（五台泵并联运行时）确定。
　　（2）上海市污水治理二期工程中，SA泵站是泵房深度最深的一座泵站，SB泵站是装机容量最大、泵房沉井直径最大的一座泵站。泵站地质条件差，沉井设计要求高，机电设备种类多，系统复杂，设备之间的配合工作量大。泵站主泵房内部结构布置复杂，设计难度大。主泵房如此大的圆沉井在市政项目中第一次采用，高位井体积大、水位高，对承载力、抗渗的要求高，在砼水池设计中首次采用预应力技术。
　　工程的创新和先进技术上海污水治理二期工程中途泵站的设计在认真吸取了一期工程经验的基础上，大胆使用了新技术、新工艺、新设备，从节省工程投资、节约运行成本。主要创新如下：（1）大型泵站进水前池设计中，由于受圆沉井的限制，前池进水条件差，设置了导流墩及压水板综合整流措施，改善前池进水条件，使前池布水均匀，提高泵站效率。根据水力模型试验结果，前池采用整流措施后，三台运行时水泵的效率可提高约4.0%～4.4%。合流制污水中砂粒的含量较高，前池设计中采用较大的底坡I=0.3～0.37，加上压水板的效应，增加了底流速度，避免池底砂粒的沉积。
　　（2）水泵进水首次采用肘形管进水形式，直接从前池吸水，改善了水泵进口流态，减少了泵房的埋深。较一般管道进水可减少泵房埋深1.0～1.5m。为便于水泵检修，水泵进水流道前首次采用4.5×3.25m的电动不锈钢闸门。
　　（3）电机和水泵连接处设置了二个钢片联轴器或万向节，弹性连接，使水泵和电机安装维修更加便利，同时还能补偿泵轴的偏移，这一技术首次应用于市政水泵中。在水泵出口处设置了推力墩，解决了主管道的受力难题。为便于日常设备检修和维护，在水泵层与电机层之间增加了检修层，减少了检修平台的高度和数量，使泵房内部布置更合理。
　　（4）利用泵房沉井南北二侧的空余角，设置了竖向管道井、消防楼梯和电梯井，将各种管道移至管道井内，使泵房布置更趋合理、美观。电梯采用双向开门，使泵房下部与上部综合楼相通，使操作管理方便。
　　（5）为减少主泵辅助水的水耗，在泵房辅助水设计中，采用了水泵、电机的冷却水循环回收利用的方案，设生产水箱及冷却水塔，降低水耗。水泵密封水管首次采用了恒压阀。
　　（6）综合楼、车库布置在主泵房前池上部，既解决了泵房前池的抗浮，又减少泵站的用地，增加了绿化面积，使泵站平面布置更趋合理。
　　（7）为防止污水中挥发性的气味益出，采用密闭式前池和高位井，并在泵房前池设置了专用通气立管，使臭气高空排放，减少污水气味对周围环境的影响。
　　（8）主泵房下部采用沉井结构，为大型圆型沉井，SB泵站结构外径52.4m为市政工程中最大沉井。SA泵站结构外径47.4m，深24.5m，属二期工程中最深的泵房沉井。沉井底板设置分格井字梁，增加了沉井下部的刚度，解决了下沉系数大及底板混凝土收缩问题，有效地控制下沉速率，解决大型沉井下沉难度。圆形结构充分利用受力合理及砼受压强度的特点，明显地减少了钢筋用量。
　　（9）高位井中首次采用无粘结预应力钢筋混凝土技术，取消了变形缝，解决了砼的收缩及温度裂缝问题，提高了高位井防渗防漏性能。
　　（10）6KV变频调速装置采用完善无谐波型。具有输出不受电网波动影响，不产生致使电机发热的谐波，无需配备专用调速电机，噪音低等特点，属当前国际先进产品。
　　（11）35KV高压开关柜用SF6气体绝缘，金属外壳结构，内置真空断路器、三位置开关，微机型综合继保装置。具有功能全、体积小、防护等级高、安全可靠等特点，属当前国际先进产品。