一体化预制泵站在城市排水管网中的衔接要点

一体化预制泵站在城市排水管网中的衔接要点

一、引言

随着城市化进程的加速，城市排水系统面临着日益严峻的挑战，如人口增长、极端天气频发、老旧管网改造压力等。一体化预制泵站作为一种集成化、模块化的排水解决方案，凭借其施工周期短、占地面积小、自动化程度高等优势，在城市排水管网建设与改造中得到广泛应用。其与现有排水管网的有效衔接，直接关系到排水系统的整体运行效率、可靠性及运维成本。本文将从设计、施工、技术参数匹配、运维管理等维度，系统梳理一体化预制泵站在城市排水管网中的衔接要点，为工程实践提供参考。

二、设计阶段的衔接规划

设计是确保一体化预制泵站与排水管网无缝衔接的前提，需结合管网现状、水文条件及远期规划，明确衔接目标与技术路径。

1. 管网现状调研与需求分析

在设计初期，需通过现场勘查、管线探测、图纸复核等方式，全面掌握衔接区域排水管网的管径、坡度、埋深、材质、流量特征（包括旱流流量、雨水设计流量）及周边地块规划。重点关注以下参数：

• 管网承载能力：评估现有管网的过流能力是否匹配泵站设计流量，避免因泵站出水流量过大导致下游管网淤积或溢流；
• 高程匹配：根据管网埋深与泵站安装位置的地面标高，确定泵站的有效扬程，确保出水能顺利接入下游管网，避免出现倒灌或扬程浪费；
• 接口条件：明确现有管网的接口类型（如承插式、法兰式）、管径及坐标，为泵站进出水管道的连接方式设计提供依据。

2. 泵站选址与平面布局

一体化预制泵站的选址需兼顾排水效率与周边环境，其衔接合理性体现在：

• 靠近汇水区域：缩短集水管线长度，减少水头损失，降低能耗；
• 避让地下障碍：避开地下管线密集区、地质不良地段（如软土、溶洞）及建筑物基础，确保施工可行性；
• 进出水方向：泵站进出水管应与现有管网走向一致，避免急转弯或过多变径，减少局部阻力。

3. 水力参数匹配设计

水力参数的精准匹配是衔接的核心，需通过水力计算软件（如HydraCAD、MIKE URBAN）进行模拟优化：

• 设计流量：根据《室外排水设计标准》（GB 50014），结合服务区域的排水定额、汇水面积及重现期，确定泵站的设计流量，确保与上游来水及下游管网的过流能力相匹配；
• 扬程计算：综合考虑集水管道的水头损失、下游管网的最小覆土深度、安全余量（通常取0.5~1.0m）及泵站内的局部损失，计算公式为： $$H = H_{ ext{静扬程}} + H_{ ext{沿程损失}} + H_{ ext{局部损失}} + H_{ ext{安全余量}}$$
• 管径选择：进出水管管径应根据设计流量与流速（宜控制在0.6~3.0m/s）确定，与现有管网管径的差值不宜超过2级（如现有管网为DN600，泵站进出水管可选用DN500或DN700），避免因管径突变导致涡流或淤积。

三、施工阶段的衔接技术要点

施工阶段是设计方案落地的关键，需严格控制接口施工质量，确保衔接部位的密封性与结构稳定性。

1. 基坑开挖与支护

一体化预制泵站多采用地埋式安装，基坑开挖需与周边管网保护协同进行：

• 分层开挖：根据地质条件选择合适的开挖方式（如放坡开挖、钢板桩支护），避免因基坑坍塌对周边管网造成挤压变形；
• 降水措施：若地下水位较高，需采用井点降水或集水井排水，确保基坑干燥，防止管涌或流沙影响管网接口施工；
• 监测预警：实时监测基坑周边管网的沉降与位移，当变形量超过规范限值（如DN300以上管道沉降≤50mm）时，及时调整施工方案。

2. 进出水管道连接工艺

泵站与管网的接口施工需满足密封性、耐久性要求，常见连接方式包括：

• 刚性连接：适用于管径较小（≤DN300）、地质条件稳定的场景，采用法兰连接或承插式接口，接口处需填充密封胶圈并浇筑混凝土包封；
• 柔性连接：适用于管径较大（＞DN300）或地质不均匀沉降区域，通过橡胶接头、伸缩节等柔性部件吸收沉降变形，避免接口渗漏或断裂；
• 检查井过渡：当泵站进出水管与现有管网存在高程或管径差异时，可设置检查井进行变径、跌水或转向处理，检查井内需设置流槽，确保水流平稳。

3. 防渗与回填处理

衔接部位的防渗性能直接影响排水系统的可靠性：

• 接口密封：采用膨胀止水条、遇水膨胀橡胶等材料加强接口密封，必要时进行闭水试验（试验水头不低于接口处设计水头，渗水量应符合《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268要求）；
• 回填材料：基坑回填应选用级配砂石或素土，分层夯实（压实度≥93%），避免采用建筑垃圾等易沉降材料，防止泵站与管道产生不均匀沉降导致接口开裂。

四、技术参数与功能的协同衔接

一体化预制泵站的核心部件（如水泵、格栅、控制系统）需与管网运行特性协同，实现“泵站-管网”系统的智能化联动。

1. 水泵选型与运行模式

水泵作为泵站的核心设备，其性能参数需与管网流量、扬程特性匹配：

• 流量调节：根据排水管网的动态流量变化（如雨天/旱天、高峰/平峰），选用变频水泵或多台水泵组合运行，实现流量的无级调节，避免对管网造成冲击；
• 防堵塞设计：针对雨污水中可能含有的泥沙、漂浮物，选用带切割功能的潜水泵或前置粉碎格栅，防止水泵叶轮堵塞及下游管网淤积；
• 扬程曲线：选择高效区宽、抗汽蚀性能强的水泵（如螺旋离心泵），确保在设计流量范围内运行效率≥70%，降低能耗。

2. 格栅与管网防淤积协同

格栅的拦截效率直接影响管网的长期畅通：

• 格栅间隙：根据管网管径选择合适的格栅间隙（通常为10~50mm），避免过大杂质进入管网造成堵塞；
• 自动化控制：格栅与水泵联动运行，当格栅前后液位差超过设定值（如150mm）时，自动启动清渣，确保进水通畅；
• 渣水分离：格栅拦截的栅渣需通过螺旋输送机或压榨机处理，避免二次污染，同时减少栅渣进入管网的风险。

3. 智能化控制系统的衔接

一体化预制泵站的控制系统需与管网智慧平台对接，实现数据共享与联动控制：

• 数据采集：实时监测泵站进出水流量、液位、压力及水泵运行状态，并上传至管网监控中心；
• 远程调控：根据管网液位传感器反馈的下游拥堵信息，自动调整泵站运行频率，降低下游管网负荷；
• 故障预警：当泵站出现过载、渗漏或管网发生溢流时，系统自动报警并触发备用泵切换或停运保护，避免事故扩大。

五、运维管理的衔接保障

运维阶段的衔接管理是确保长期稳定运行的关键，需建立“泵站-管网”一体化的运维机制。

1. 定期巡检与协同维护

• 泵站巡检：重点检查水泵运行噪声、振动、密封性能，进出水管压力及流量是否稳定，格栅清渣是否彻底；
• 管网检测：定期采用CCTV管道内窥镜、声呐检测等技术，检查衔接部位的管道内壁腐蚀、淤积及接口渗漏情况，及时进行清淤或修复；
• 联合调度：在暴雨等极端天气下，通过泵站与管网的联合调度（如提前降低管网水位、启动备用泵），提升系统排涝能力。

2. 应急处理机制

针对衔接部位可能出现的突发问题（如接口渗漏、管道破裂），需制定应急预案：

• 抢修物资储备：配备应急封堵设备（如气囊、快速接头）、排水泵及管道修复材料；
• 临时排水措施：当泵站与管网衔接处发生故障时，通过临时管道或抽排设备将污水导排至下游管网，减少对周边环境的影响；
• 信息上报：建立应急响应流程，确保故障信息快速传递至运维团队，缩短抢修时间。

3. 全生命周期数据管理

通过BIM技术或资产管理平台，整合泵站与管网的设计参数、施工记录、运维数据，实现：

• 可视化管理：直观展示衔接部位的三维模型、设备参数及运行状态；
• 寿命预测：基于设备运行数据与管网腐蚀速率，预测衔接部位的维护周期，提前制定改造计划；
• 成本优化：通过数据分析优化运维策略，降低泵站能耗与管网清淤费用。

六、案例与实践经验

在某城市新区排水管网改造项目中，针对老旧管网管径不足、排水不畅问题，采用一体化预制泵站与现有DN800混凝土管网衔接。设计阶段通过水力计算确定泵站设计流量1500m³/h，扬程8m，进出水管管径DN600，采用柔性法兰连接；施工中通过井点降水控制地下水位，接口处采用双橡胶圈密封+混凝土包封，闭水试验渗水量为0.02L/(m·min)，满足规范要求；运维阶段通过智慧平台联动控制，泵站运行能耗较传统泵站降低15%，下游管网溢流次数减少80%。该案例验证了衔接要点在工程实践中的有效性。

七、结论与展望

一体化预制泵站与城市排水管网的衔接是一项系统性工程，需贯穿设计、施工、运维全流程。未来，随着智慧排水技术的发展，衔接要点将向“数字化、智能化、低碳化”方向升级：

• 数字化设计：通过数字孪生技术构建“泵站-管网”虚拟模型，模拟不同工况下的衔接效果，优化设计方案；
• 智能化监测：应用物联网传感器实时监测衔接部位的流量、水质、结构应力等参数，实现故障的早期预警；
• 低碳化运行：结合太阳能供电、能量回收装置等技术，降低泵站能耗，推动排水系统的绿色转型。

通过精准把控各环节衔接要点，可充分发挥一体化预制泵站的技术优势，提升城市排水管网的韧性与效率，为海绵城市建设与水环境治理提供有力支撑。