汛期城市现状下穿隧道排水泵房提升改造工艺探究

段晨阳，刘元金

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

城市下穿隧道泵房排涝系统是维持下穿隧道雨季正常通行的重要设施，但由于极端天气激增、设备管养不力、进出水管尺寸不够等内外因素作用，现状城市下穿隧道泵房排涝系统能力受限，以致隧道水浸，交通受阻，故需提升改造城市下穿隧道泵房排涝能力以保障城市区域的交通稳定，达到防灾减灾效果，保护人民生命财产安全。

1 隧道泵房提升改造的必要性及意义

1.1 提升改造的必要性

(1)是城市可持续发展的需要

自然资源和生态环境的可持续发展是经济社会可持续发展的基石，进行城市内涝治理和排水设施改造，是城市可持续发展的需要。

(2)是构建和谐社会，打造宜居城市的需要

城市内涝治理，是一个关于人民生命财产安全的大问题[1]，是城市以人为本，服务大众理念的充分体现。城市大规模发展，地下空间的利用起到关键的推进作用，隧道作为城市主要的地下空间改造项目之一，其防洪极其重要，利用工程和非工程措施提高隧道的防洪、防汛能力至关重要[2]。

一般下穿隧道泵房所在的道路，是交通主干道之一，由于现状泵房设计标准较低，区域没有完善的雨水排放体系。随着城市的发展，区域排水体系愈发不能满足城市快速发展的需要，工程区域存在水浸隐患、水浸严重等问题，给道路交通及周边居民带来了恶劣影响。对区域泵房提高设计标准，开展隧道内涝治理，完善排水体制，符合城市构建和谐社会、打造宜居城市的要求。

(3)是保障人民群众生命财产安全的需要

近年来，城市多次发生因暴雨引发的洪涝灾害。在中心城区，由于水浸造成交通堵塞，商铺、停车场被淹，经济损失巨大。为避免再次遭受严重的内涝，提高城区的排水能力已迫在眉睫。实施隧道泵房提升改造，提高区域的排水能力是政府对人民负责、保障人民群众生命财产安全的责任体现。

(4)是提高城市排涝能力、防灾减灾能力的需要

近年来，因暴雨致城市洪涝灾害事故频繁发生，导致城市交通瘫痪，居民财产损失严重。为促进黄埔区的可持续发展，有必要对存在城市内涝问题的片区黑点尽快进行排水改造，通过强排措施，扩大排水线路管径，提高排水能力，提高区域排涝、防灾减灾能力是非常必要和迫切的[3]。

1.2 提升改造意义

城市下穿隧道现状泵房建设年限较早，采用设计标准较低等问题[4]。需要更换大流量水泵，提高泵房设计标准。

1.3 提升改造难点分析

汛期进行下穿隧道泵房提升改造，如遇到暴雨，抽排措施不足情况下，泵房功能丧失，容易造成隧道水浸。

2 现状隧道泵房提升改造工艺探究

2.1 泵房改造分析

城市下穿隧道汇水面积较大，外水汇入较多，隧道底部标高较低，只能通过抽排的方式进行倒水，常规思路为准备备用泵，在水泵更换期间进行倒排。但现状泵房总排量为常规7.5kW、15kW的备用泵排量的10～20倍或更高，且现状泵井结构尺寸受限，无法放入大泵或多台备用泵进行抽排水，直接拆换作业，除了履带式龙吸水排水抢险车在排水流量上能满足隧道泵房抽排需求外，普通水泵流量无法满足。

履带式龙吸水排水抢险车为特种抢险车辆，一般在各大城市的排水公司有备用。但该车多是为城市常规应急抢险做准备，难以租用为工程使用，其购买价格过高，一般改造项目预算不够。且履带式龙吸水排水抢险车多数扬程较小，不适用于隧道泵房改造。

为在合理投资范围内，安全地改造泵房，避免出现隧道水浸。通过工艺优化和合理安排施工时间，减少泵房断泵时间，以经济、安全的方式对水泵进行改造。

2.2 工艺优化探究

假定隧道泵房内有3台水泵，均为支管连接到泵房主管，平面布置详见图1和图2。需对3台水泵进行更换。

图1 隧道泵房平面示意

图2 隧道泵房剖面示意

2.2.1 施工准备

施工准备主要分为措施设备准备、人员准备、材料准备、方案及预案准备等，一切准备妥当，才能保证实施过程中能快速处理各种突发状况。

(1)措施设备/材料准备

主要为水泵准备，详见表1。

表1 措施设备/材料准备

施工前联合排水公司，对现状管网系统进行分析，确定抽排的目标井或河道，避免出现市政雨水管道排水能力有限，泵房临时水泵抽排水受限，无法及时倒排。

确定目标井后，现场进行水泵及管道布置，常规布置1台15kW水泵常排水，布置1台柴油动力泵强排水。

作业过程中如突发黄色及以上暴雨预警，除上述抽排措施外，立即调动1～2台动力泵至现场补强抽排。在强排的过程中，立即组织焊工使用异径管将原状管道和新建管道连接，2h内恢复泵房排水管道排涝能力。

(2)人员准备

主要为焊工准备，详见表2。

表2 人员准备

(3)材料准备

①设备及原材料准备：a、对所有购进原材料的出厂合格证、说明书进行验收，并登记记录；b、对具有合格证的原材料进行复检，复检合格方准使用；c、复检不合格的原材料，物资部门做出标记，禁止使用并清出施工现场。

②钢管焊接准备：a、钢管原材采用大厂原材，大厂质量能得到保证。并对进场材料送检至检测单位进行检测，材料检测合格后才能投入使用；b、钢管可提前焊接部位(如弯头、法兰盘等)提前进行焊接处理后，对焊接点进行超声波探伤检测，检测合格后才能安装使用。

(4)方案及预案准备

方案为支撑施工的必要依据，施工前需提前完成方案报批，并反复斟酌、演练方案的可行性。

施工前提前做好防汛预案，进行桌面演练，防汛巡查责任到人，确保遇特大暴雨，隧道水浸，能立即启动防汛预案，组织安全抢险。

预案需根据防汛重点(隧道水浸)成立应急工作组，分别为应急抢险组、技术保障组、后勤保障组、事故调查组，应急工作组之间加强沟通，明确分工，按照应急联动机制，确保应急抢险安全落实。应急联动机制如下：

技术保障组收到暴雨预警→后勤保障组清点分发防汛物资，并对电、通信设备进行检查→应急抢险组发现汛情→防汛应急管理领导小组发布启动应急预案→应急抢险小组按各自分工进行抢险→技术保障组完成各上级部门的对接汇报，并联合水设所、排水公司对汛情进行分析，为应急抢险小组提供技术保障→防汛抢险完成→防汛应急管理领导小组发布解除预警→事故调查组收集资料分析事故起因和结果，对事件进行定性。

2.2.2 施工时间选择

因汛期施工，雨水较为丰富，施工会切断现状隧道泵房的排水能力，隧道存在较大水浸风险。选择合理的时间改造，是隧道水泵改造中较为重要的一个环节。

需切断水泵排涝功能的工序，严格安排在3h～5h非雨期，作业过程中观测泵井水位变化，随时准备应急抢险。

虽作业时间选择上避开了特大暴雨，如突发暴雨红色预警，启动应急预案封闭隧道，联系2台动力泵前往现场辅助强排。

2.2.3 与当地排水公司形成联动机制

当地排水公司对市政管网排水能力和一年中雨量的变化有较完善的资料。施工过程中与排水公司建立联动机制，能最大程度避免一些已知的雷区，提高施工安全性。

2.2.4 配套管道改造

水泵流量增大，对应的排出管道相应增大，该部分涉及管道改造问题，主要分为主管改造和连接水泵的支管改造。大多数隧道泵房本身空间有限，无法保留原管排水，新接入管道。管道改造期间需断开水泵及排出管，期间泵房排涝能力丧失。

为减少泵房排涝能力丧失的时间，室外排水主管接入泵房和泵房管道分时段进行，避免长时间断管。

(1)泵房外部新建管道接入泵房

该工序无法保留原状排水通道，需断管施工。施工只能通过提前完成外部接驳管弯头焊接，并提前扩孔，断管后施工2个焊点，焊点位置详见图3，原状主管和新建主管依靠钢板连接，钢板中心提前按照旧管直径扩孔，连接形式详见图4和图5。管道高度调整合适后，安排两组焊工进行作业，对管+焊接时间约为2h。焊接完成后，泵房排涝能力恢复。

图3 焊接点位布置

图4 管道连接正视示意

图5 管道连接剖面示意

(2)水泵主管分段更换

水泵主管更换分两步作业，第一步，优先切除远离出水管的两水泵连接的主管，并将支管和主管切分。将靠近排出管的水泵连接的主管采用800mm×800mm×10mm的钢板焊接封堵切口，确保该水泵能正常运行。切割及运作工艺详见图6。

图6 第一步两台水泵主管更换工艺

因该部分主管切断期间，原泵房有一台水泵能正常运行，配合备用的水泵，能满足非特大暴雨(因施工着重选择时间，遇突发暴雨红色预警，按照2.2.2章节处理)抽排水要求。

该工序期间可同步进行断开水泵及支管的更换作业，提高更换效率，在安全的情况下缩短作业时间。

第二步，切割断开3台水泵的排出主管和支管，更换靠近排出管的单台水泵主管(需提前预留支管并临时用钢管封堵，详见图7)，并将另外两台已换好的主管和更换管用法兰连接。切割工艺详见图8。因该步骤施工有3个焊点，施工时间为3h。

焊接完成后，靠近排出口水泵独立，远离排水口的水泵能利用主管进行排水。此后，可独立进行剩余的单台水泵及支管更换。水泵及配套设施更换完成后与主管提前预留的支管进行焊接。焊接时间为1h。

图7 预留支管

图8 第二步水泵主管更换工艺

2.2.5 水泵更换

(1)干地作业

在水泵更换期间有其他水泵需要正常作业，无法将泵井内水抽排干净。为保证施工能顺利进行，利用双层沙袋挡水，搭设高度1.5m。施工作业期间水泵从自动控制调整为手动控制启动，根据泵房内部水尺控制积水深度，1.2m时进行手动抽排，既达到其他水泵正常工况运行的目的，又给予了水泵基础施工干地作业的条件。沙袋围堰详见图9。

(2)水泵及配套设施拆换安装

泵井内符合作业条件后，进行基础及导轨等设施安装，安装完成后进行水泵及配套管道、配件安装。

3 工艺优势

3.1 可操作性

汛期最大的特点为下雨频繁、多为阵雨。该工艺将泵房水泵提升改造工序进行拆分，看似繁琐，但增加了可操作性，可利用阵雨间隙时间进行分工序施工，单个工序施工时间较短，施工完成后可恢复泵房整体或部分排水功能，配合备用的动力泵，泵房排水无压力。

3.2 经济性

逐台更换水泵，期间能利用原有水泵进行抽排水，配备普通动力泵，避免了超大型排水设备的租用，节约了成本。雨天无法施工水泵改造工序时，布置巡查人员巡查值守，其他作业人员进行其他项目的施工，无需加班作业，可把泵房改造作业作为间歇性作业内容。

3.3 适用性

该工艺对于汛期改造，特别为雨量丰富地区进行隧道泵房提升改造有一定的适用性。无长时间好天气的作业条件，合理安排工序进行作业成为了重点。

3.4 安全性

该工艺阻断下穿隧道泵房排水能力时间较短，极大提高了隧道泵房水泵改造期间的安全性。工艺通过拆分，过程中均有短时间恢复1～2台水泵排水功能的优势，加上备用动力泵的配合，如遇突发特殊的红色暴雨预警时，可较快地恢复隧道泵房排水功能，极大地减少经济损失。

4 结论与建议

4.1 结论

(1)采取工序拆分，弱化了汛期天气多变对城市现状下穿隧道泵房提升改造的影响，能在汛期循序渐进地进行施工作业。

(2)能根据天气情况，合理安排当日施工内容，避免了长时间阻断隧道泵房排水通道。遇到天气突变，能快速简单应对，避免了突发性抢工还无法改变隧道水浸等现象出现。

(3)施工方式便捷，主管分段安装，解决了泵房内无法进入大型吊装设备、无法起吊等问题，利用泵房内自带的电动葫芦即可完成吊装。

(4)充分利用原水泵的排水功能，缩减了措施费投入，控制了成本，减少了审计风险。

4.2 展望与建议

通过工序拆分，使在汛期进行城市现状下穿隧道泵房提升改造进入了流水化作业阶段。标准化的拆分，可前后调整的工序，均削弱了天气对施工的影响。通过工艺优化，利用计划拆除的水泵和新安装的水泵作为主要倒排工具，减少了在措施费上的投入，降低了施工成本。拆分后的工序简单，能在各种突发情况下恢复泵房功能，减少隧道水浸风险。

本文对城市现状下穿隧道泵房提升改造工艺的优化探究，有利于通过对隧道区域水患的处理，达到防灾减灾的效果；有利于维持生产、生活秩序，提高交通通行的安全性，减少水浸造成的经济损失。目前国内城市大力推行打造宜居城市，将工序拆分运用到现状隧道泵房水泵提升改造项目，减少工程投资，有序推进工程进度，打破汛期不适合涉水改造项目施工的壁垒。

但本论文仍存在部分需深入研究的地方，如：工艺拆分虽提高了施工期间隧道的安全性和可实施性，但针对下穿隧道泵房抢险类项目不适用；部分施工工序仍存在需切断排水通道作业，虽然时间较短，但仍受天气影响，施工期间无预警突发特大暴雨，隧道仍有水浸风险；管道连接仍使用传统的钢管进行焊接或法兰连接，未深入研究是否有替换性工艺和材料，减少管道连接时间；未考虑下穿隧道周边排水系统排水能力不足情况下的处理方式等。