中山市为了提升水环境质量, 全市实施雨污分流排水体制的改造, 崩山涌污水泵站即是其中一项节点工程。中山市中心城区分为中嘉和珍家山两个污水系统, 崩山涌污水泵站是珍家山污水系统中最重要的污水提升泵站, 也是中山市雨污分流工程中规划建设的规模最大的一座污水泵站 (6万m³/d) 。崩山涌污水泵站和其进水主干管———起湾道污水主干管同时实施, 本工程是在原崩山涌排水泵站范围内建设一座污水泵站。

崩山涌排水泵站场地位于起湾道与孙文东路交叉口西北角, 泵站建筑位于崩山涌覆盖渠上, 西侧空地东西宽20m, 南北长30m, 兼作篮球场和停车场。西、南、北三侧都是多层建筑, 距泵站围墙7m左右。其设计排涝规模18万m³/s、近期排污规模2万m³/d, 远期排污规模可达10.5万m³/d, 污水泵与排涝泵同池设置。站内安装3台污水泵, 站外采用1条DN900污水压力钢管, 沿起湾道向北敷设约1km至现状排水管, 见图1。

由于该排水泵站不满足排污规模及标高要求, 附近又没有其他可供用地, 只能在现有排水站征地范围内进行改建或新建污水泵站, 且不能影响泵站现有的功能使用要求。

污水泵站建设总体方案有两个:一是在原泵站内改造, 二是在原泵站西侧的空地上新建。若要在原泵站内改造, 则需要在现有泵站内开挖泵池, 施工极其困难, 且影响现有泵站的运行, 难以判定对原有泵站结构安全的影响。

考虑以上因素, 在原泵站西侧空地新建较为合适。由于现有场地是原泵站的停车场和篮球场, 不能影响原有功能的使用, 所以只能建设全地下式泵站, 靠近围墙位置则可以布置配电箱、除臭设备等附属设施。

场地标高5.5 m, 地质相对较好。按照规划的进水管标高, 泵站深度近12 m。由于周围有4~5层的民宅, 直接支护开挖施工难度较大, 采取逆做法或沉井法较为简单, 3种施工方式的对比如表1。

综合考虑地质条件、造价、工期、效果等各方面因素, 选择沉井法施工。首先对沉井进行下沉验算, 沉井下沉验算主要包括:沉井自重计算、摩阻力计算、刃脚反力计算、沉井所受浮力计算。拟建污水泵站设计下沉深度为13.56m, 根据地质勘测报告, 下沉深度范围内的土层自上而下为:3.5 m左右的素填土层;3m左右的粉砂、中砂层;7.06m左右的粘性土 (可塑) 。经过优化对比计算, 分6.56m和7m两节下沉为最优方案, 计算结果第一节下沉系数为1.36>1.15 (规范要求) , 第二节下沉系数为1.87>1.15, 都满足下沉要求;稳定系数0.83<1, 满足终沉阶段稳定要求;抗浮系数>1.1 (规范要求) , 满足抗浮要求。计算结果表明, 拟建泵站下沉条件满足。虽然下沉系数满足要求, 但是由于考虑粘土层不是最利下沉土层, 设计中建议触变泥护壁和压重两种方法辅助下沉, 同时泵站整体结构刃脚以上采用阶梯结构, 下大上小以便于下沉。

崩山涌污水泵站负责提升市政府片区、紫马岭片区污水, 并承接博爱路五路污水泵站 (设计规模2.6万m³/d, 规划规模3万m³/d) 转输过来的污水。崩山涌污水泵站总服务范围约21km², 规划2020年规模达6万m³/d。

在水泵选择上, 本泵站单泵流量应不小于博爱五路污水泵站的近期平均流量。设计采用4台水泵, 3用1备。单台水泵设计流量Q=1 250m³/h, 扬程H=11.7m, 功率N=55kW。单泵出水管为DN500, 汇集后采用DN900钢管过崩山涌后接入现状DN900压力管。

泵站布置型式一般有圆形和方形两种型式, 圆形布置在沉井施工时受力相对均匀, 结构施工相对简单, 因此泵站主体选用圆形布置方式。

泵站主体为圆形, 前段附带一个方形进水井。圆形部分内径13m, 外径14.4m, 前端突出部分长4.9m, 宽3.7m。

圆形主体沿垂直水流方向分为两部分, 前半部分中间为2个格栅渠, 两侧为管道除臭、通风管道检修空间, 其下部填高顶部留孔。后半部分是吸水池, 4台水泵沿外壁排布。泵站外部后方布置4个阀门井。泵站平面构造及剖面见图2、图3。

由于当时相关部门提出将来有作为垃圾中转站的可能, 泵站顶部按能够过重车进行设计, 各检修孔设置钢支架, 上铺格板。泵站顶部完成面标高与场地标高相平。

因为泵站是全地下式设计, 如果格栅产生垃圾外运, 在维护管理上较为麻烦, 而且会产生环境影响, 因此采用破碎格栅, 垃圾破碎后输送至城市污水处理厂。在破碎格栅机的设计上要注意以下方面:

(1) 破碎尺寸。在格栅机破碎尺寸选择上需要特别注意, 太小的破碎尺寸, 容易使垃圾穿过污水厂粗、细两级格栅, 对后续的生化处理产生影响;太大的破碎尺寸, 又容易使水泵叶片产生磨损。设计时需平衡两者选择一个合适的值。根据《室外排水设计规范》 (GB 50014-2006, 2016年版) 中规定, 格栅间隙要求见表2。

参考表2, 污水处理厂粗格栅间隙一般不超过40mm, 经向水泵厂家了解, 水泵能通过100mm的物料, 但基于安全运行的考虑不宜过大, 最终确定选用50mm破碎尺寸。

(2) 设备材料及安装。设计选用2台单电机双转鼓式破碎格栅机, 型号PZG2-27×8, 破碎尺寸50mm。由于设备需要长期运行于污水中, 在设备材料选择上需选择耐腐蚀材料。设计采用3Cr13合金钢铣刀, 不锈钢转鼓, 电机按工作于深水 (10m) 场所要求防水。

由于破碎格栅机有效过水断面距底板有0.3 m, 考虑格栅机的安装及对水流的影响, 将破碎格栅机槽底板予以降低。后面出口底标高则宜与流槽底标高一致, 便于沉积物排出。本泵站设计图中后面出口标高保持流线标高属于疏忽。

(3) 溢流格网及备用格栅。破碎格栅机破碎部分高度只有1.2m左右, 其上部还有较高空间, 当污水水位异常时, 垃圾会溢流进泵池, 因此, 上部需要增加溢流格网。另外, 为了便于检修, 破碎格栅机前增加导轨, 用于破碎格栅机维修时放置平板格栅。设计备用格栅采用PLS型不锈钢平板格栅, 配起吊装置。备用格栅平时悬置于栅槽内, 高度在溢流格栅上方, 待破碎格栅检修时放下。

拟建泵站位置受场地现状条件所限, 进水管只能从起湾道下穿崩山涌覆盖渠顶管进入泵站, 泵站出水与进水方向成90°角。圆形泵池主体前的方形进水井也作为闸门井, 安装有3个闸门。两个是格栅槽进水闸门, 闸门尺寸为B×H=0.8m×1.2m;一个是崩山涌覆盖渠D1 000连通管的闸门。

由于场地限制, 此处不能有凸出地面设备, 只能将闸门启闭机完全安装于地下空间。这些闸门基本处于常开状态, 在正常水位之上, 在地下泵站内容易受到气体的腐蚀, 设计通过两方面来解决腐蚀问题, 一是选择耐腐蚀设施, 如闸门采用暗杆电动启闭式球墨铸铁镶铜闸门, 要求螺杆不锈钢、楔块纯铜、启闭机主材球墨铸铁, 并达到IP67防水。二是加强通风除臭, 在泵站每个空间内对角设置进风管及除臭管, 设计换气次数6次/h。

另外, 设计时将闸门启闭机位于地下独立的操作空间, 便于人员操作维护, 该空间底板留有长方形闸门吊装孔, 优点是便于闸门安装及维护, 缺点是泵室气体会进入启闭机空间。

泵站D1 200进水主管从崩山涌覆盖渠下顶管穿过, 由于覆盖渠岸墙施工时采用的是1.2m钻孔灌注桩支护, 桩中心间距2.5 m。由于岸墙与管道斜交, 进水主管无法从钻孔桩间隙中间穿过, 只能正对一根钻孔灌注桩, 局部破除灌注桩后再顶管施工。

由于在分流未完全实现的情况下, 原覆盖渠还会有污水, 原泵站污水泵还需要保留, 但正常情况下要使污水进入新泵站一同提升, 故需要在原覆盖与泵站需要增加一个连通管, 连通管装设闸门。另外, 在新泵站在遇到故障时, 也可以利用该连通管溢流污水, 通过原污水泵提升。

考虑到连通管的施工和灌注桩的破除, 在泵站闸门井与河涌之间设置工作井, 起湾道上设置接收井, 也可以减少对起湾道交通的影响。该工作井及连通管的施工纳入起湾道污水主干管工程。

每台水泵出水压力管为DN500钢管, 出站后设置阀门井, 井内安装不锈钢旋启式止回阀、橡胶软接头和刀闸阀。汇合后的总管管径为DN900, 总管上设置流量计井, 井内安装超声波流量计、橡胶软接头和刀闸阀。

泵站出水管自承式跨越17m宽崩山涌明渠, 与现状DN900污水压力管连接, 原污水泵站出水管保留。

为减少泵站对周边环境的影响, 泵站设置通风及除臭设施。泵站按1h内换气6次进行计算, 设计选用1台等离子除臭设备, 型号为JYPO-6000, 风量Q=6 000m³/h, 功率N=11kW (380V) , 重量W_t=1.8t。材料材质为不锈钢。通风管道沿两侧布置, 一侧为送风一侧为除臭。横向主管走在闸门井及格栅槽外侧, 竖管采用穿孔管置于闸门井、格栅槽及泵池内, 每个空间内通风与除臭竖管尽量对角布置, 所有空气管道采用玻璃钢风管。

设计送风风机1台, 风量Q=6 600m³/h, 风压700Pa, 功率N=2.2kW, 该风机平时备用库房, 仅在泵房需要下人检修时取出使用, 使用时将风机接上送风口, 向泵站鼓风。

泵站内盖板及其他设施均较重, 单纯人力移动较为困难, 为方便水泵检修, 设计1座SD-3型三角架式简易龙门架, 平时置于原泵站仓库, 用时移至场地。该龙门架跨度4m, 高度3.5m, 配CD13-18电动葫芦, 起重重量3t, 起重电机型号ZD132-4, 功率4.5kW, 运行电机型号ZDY112-4, 功率0.4kW。

设计原泵站排污泵保留, 仅在降雨前启动排除原泵坑内污水, 之后关闭连通管闸门及污水泵;待停止排涝后, 再打开连通管闸门。

连通管也使新建污水泵站具有事故溢流的功能, 在新建污水泵站出现事故停机时, 可以关闭进水闸门, 随着闸门井水位的升高, 污水可以通过连通管反向溢流进入覆盖渠, 再启动原泵站的污水泵排污。事故恢复后, 打开进水闸门, 水位降低至常水位后关闭原泵站排污泵。

新建污水泵站的4台水泵循环运行, 遵循“先开先停、后开后停、优先启动累计运行时间最短的, 故障停机、自动补位”的原则, 按水位控制运行, 控制液位可以根据运行经验调整。所有潜水泵定期交替运行, 让每台泵的运行时间基本平均。

泵站既可远程遥控也可就地控制, 水位、闸门开启度、流量、场地视频、破碎机及水泵运行情况等均远传至中央控制室, 泵站可自动控制运行也可手动控制运行。

(1) 泵站主体全地下式设计。本泵站充分利用现有条件, 除配电柜、除臭设备位于地面上之外, 泵站主体全部置于地下, 其上可过重车, 不影响原有场地使用功能。

(2) 泵站无人值守设计。本污水泵站注重智能化设计, 实现物联在线, 泵站不设值班室, 泵站所有信号均远传至中控室, 泵站既可自控又可手控, 既遥控又可就地控制。

(3) 设备选型、选材合理。设计选择破碎格栅机解决垃圾外运的环境影响问题;选择耐腐蚀材料应对全地下式空间内的腐蚀问题;采用不锈钢护笼爬梯, 保护人员安全。

(4) 实施情况。泵站按照设计沉井施工实施顺利, 施工未对周边建筑产生影响, 泵站完成后, 该场地仍作为停车场及篮球场。泵站投入运行至今已有2年, 实际污水规模约4.9万m³/d。经了解, 泵站通风除臭系统、破碎格栅机、闸门及水泵及自控条件均达到了设想, 运行状况良好。存在的问题是污水中有一些未预料的物体, 如大型的木头、橡胶套, 这些物体是破碎格栅机处理不了的, 需要定期巡查清理。