上海市污水治理二期工程简介
张辰、徐国锋
（上海市政工程设计研究院 上海 200092 ）
摘要：本文简要介绍了上海市污水治理二期工程中截流系统、过黄浦江倒虹管、污水输送总管、连接管、中途泵站、出口泵站的设计内容，着重介绍了设计中采用的新工艺、新技术、新材料和新设备。
关键词：管道、泵站、顶管、截流系统
brief introduction of shanghai sewerage project ⅱ
zhang chen xu guofeng
(shanghai municipal engineering design institute shanghai 200092)
abstract this article briefly introduces the design contents of the interception system, back-siphon pipes across the river, main wastewater transportation pipes, connection pipes, midway pump stations and outlet pump station; emphasizes the new techniques, materials and equipments adopted in shanghai sewerage project ⅱ .
keywords: pipes, pump stations, jack pipes, interception system
1 ．工程概述
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 271.7km 2 ，服务人口 335.76 万人，晴天旱流污水量约 172m 3 /d ，雨天截流总量 29.67m 3 /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。
工程主要内容包括浦西（含吴泾、闵行地区）截流设施、截流干管、黄浦江倒虹管、浦东总管（南线和中线）、连接管、浦东收集管、中途泵站、预处理厂、出口泵站、排放管及中央监控系统。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。
浦西截流总管的管径为φ 1.6 ～φ 2.7m ，为重力管，总长约 9.7km 。南线总管为 3.3x 3.3m 的双孔箱涵，部分为压力管，部分为重力管，连接管为 2.7x 2.7m 的单孔箱涵及直径 3.6m 的 pccp 管，为压力管，总长约 22km ，在压力管中合理设置了透气井的数量。 sa 泵站位于黄浦江边，规模为 18.43m 3 /s ，是污水治理二期工程中最深的泵站（沉井深 24.5m ）。 sb 泵站位于康桥工业区西侧，规模为 31.28m 3 /s 。是污水治理二期中规模最大，沉井直径最大的泵站（沉井外径 52.4m ）。二座中途泵站均采用前池整流技术、肘形管进水方式及变频调速泵。出口泵站位于长江边，规模为 29.67m 3 /s ，首次采用抽芯式变叶轮调节泵。工程投产后连续运行二年，情况良好，运行正常。
2 ． 浦西截流管道简介
2 ． 1 管道走向
浦西污水截流系统主要包括截流总管、截流支管 ( 即连接管 ) 、截流设施三部分。浦西截流管在接纳卢湾、徐汇区六个排水系统的污水及初期雨水和龙华机场污水后自黄浦江龙华机场处过江，至南线 sa 泵站。
浦西截流总管由浦西 1 # 线、 2 # 线、总线和总线格栅井等组成。总管的管径为φ 1600 ～φ 2700mm ，埋深 4m ～ 10m ，绝大部分采用了顶管的施工方法。
截流方式分为泵前截流、泵截流及泵后截流三种。泵前截和泵后截一般是通过新建污水截流井进行合流污水截流，泵截一般是通过新建污水截流泵站进行合流污水截流。
2 ． 2 工程的特点及创新
截流总管顶管的管径大，长度较长，穿越障碍物多，包括穿越地下管线、河流和铁路。设计中采用双排顶管的施工方式，管道净距很小，仅为 2/3d 。由于现场条件限制，顶管工程中大量采用曲线顶管工艺，部分管段采用了多曲率三维 ( 包括水平和竖向 ) 顶管的高新技术，最小曲率半径仅为 283 米 。采用曲线顶管减少了工作井，避开了地下障碍物，减少对交通的影响及节省投资。
3 ．黄浦江倒虹管
黄浦江倒虹管由浦西、浦东倒虹井和二根φ 2200mm 的过江倒虹管组成，长约 610m 。设计流量 q= 18.44m 3 /s ，旱季截流污水采用单管运行模式，雨季截流污水采用双管运行模式。倒虹管水头损失约为 2.10m ，倒虹管管底标高达 -20.0m 。采用钢筋混凝土顶管，管道内压力 15m 。黄浦江倒虹井首次采用流槽，减少水头损失，避免沙的沉积，顶管管节特殊设计。
4 ．浦东总管（南线） 简介
4 ． 1 管道走向
浦西截流污水在龙华机场过江后，进入 sa 泵站。经提升后采用压力管的形式沿耀华支路、济阳路南下至外环线，与南支线（吴泾、闵行的污水）汇合，设交汇井一座，交汇井后采用重力管，沿外环线由西向东敷设，在穿越同汾泾、接纳杨高南路的污水后进入 sb 泵站。 经提升后采用压力管的形式继续沿外环线由西向东，至罗山路后向北，近期通过罗山路连接管接入中线，然后沿龙东路接纳浦东新区污水，经 m 2 泵站提升后压力输送至白龙港污水处理厂，处理后经出口泵站提升，通过排放管排入长江。外环线、罗山路处留有接口，远期进南线 c 泵站。
浦东总管由四部分组成：南线总管为双孔箱涵 2.4 × 2.4m 至 3.3 × 3.3m ，长约 14.5km ；连接管，一部分为单孔箱涵 3.3 × 3.3m ，长约 3.2km , 一部分为φ 3600pccp 管，长约 3.9km ；南支线总管为单孔箱涵 2.7 × 2.7m ，长约 2.3km ；中线总管为双孔箱涵 2.8x 2.8m 至 3.2x 3.2m ，长约 16.6km 。
4 ． 2 工程特点及创新
（ 1 ）根据系统总体计算要求，对箱涵的过水断面进行了经济上、技术上的比较。根据沿线不同内外压力值进行分段配筋，设计了近 40 个断面，对各断面又进行分离式配筋。节省土建投资。
（ 2 ）在国内长距离输送箱涵设计中，根据透气井数学模型结果，减少透气井数量，并首次运用了自动排气阀这一新技术，新材料，在城市排水中属国内首次运用，效果良好。
（ 3 ）连接管首次采用φ pccp 管（预应力钢筒混凝土管），降低了水头损失，缩短了施工周期，属国内首次运用。该技术市科技进步三等奖。
（ 4 ）顶管倒虹井的设计，首次采用了流槽，避免了因突放、突缩造成过大的局部损失，减少局部水头损失，降低泵站运行费用。
（ 5 ）在箱涵接口变形缝的设计上经过了多次反复研究，采用了上、下企口式的创新结构，能在两侧箱涵存在不均匀沉降的条件下限制其相对变位。对于变形缝的材料，采用了新型的钢板橡胶止水带及填缝新材料。建成后经沉降观测，在箱涵存在不均匀沉降的情况下，接口仍能咬住不错位。经全线进行变形缝接口试验，情况良好，无一处渗漏。
5 ．中途泵站简介（南线 sa 泵站、 sb 泵站）
5.1 泵站规模
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 22.2 m 3 /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 m 2 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 ～ 7.80m 3 /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。泵站规模为：
sa 泵站 sb 泵站
远期雨季高峰流量 18.43m 3 /s 31.28 m 3 /s
远期高峰旱流量 7.93m 3 /s 20.79 m 3 /s
远期平均旱流量 6.10m 3 /s 15.99 m 3 /s
近期高峰旱流量 4.88 m 3 /s 14.98 m 3 /s
近期平均旱流量 3.75 m 3 /s 10.12 m 3 /s
5.2 泵站总体布置及主要设备
5 ． 2 ． 1 sa 泵站
sa 泵站主要构筑物有：主泵房、高位井及 35kv 变配电所，泵站进水管来自黄浦江倒虹管浦东工作井，进入主泵房沉井时为二根φ 2700mm 的顶管。
主泵房地面以下是外径φ 47.4m 圆沉井，沉井中隔墙将泵房分隔前后二部分。前面是前池，由隔墙分成对称布置的二格。后面是水泵工作室，由上而下分别是水泵层、检修层、电机层和地面层，泵房深 24.5m 。每台泵的出水管上安装一台液压闸阀。泵房辅助水系统共设二套，用于水泵、电机的轴承冷却水及水泵密封水，其中冷却水回用，密封水排至泵房集水坑。
主泵房地面层分为二部分，前池上方为泵站车库和综合楼，水泵间上方为泵房附属建筑物，内设跨度为 13.5m 的桥式起重机一台，起重量 20t/5t ，用于水泵及电动机的安装维修。泵房内设高压配电间、低压配电间、变频器室、控制室、值班室等。
水泵出水通过出水管进入高位井，高位井位于主泵房的东侧，用中隔墙将高位井一分为二，分别接纳相应三台泵唧入的合流污水，并各与一根出水箱涵连接，中隔墙及箱涵出口处分别设有电动闸门，以适应各种运行工况。高位井出水通过出水箱涵出泵站与浦东污水输送箱涵相连。
sa 泵站中的大型设备主要有： 6 台蜗壳混流泵（上海 ksb 水泵有限公司制造，单泵流量为 4.5m 3 /s ，扬程为 18.8m ）、 6 台主电机（上海电机厂制造，电压为 6kv ，功率为 1000kw ）、二套变频调速装置（美国罗宾康公司制造）、 10 台 35kv 开关柜、 28 台 6kv 开关柜、 14 台 mns 低压开关柜、二台 5000kva 变压器、 6 台φ 1600 液压主闸阀、主管道系统、液压系统、辅助水系统和仪表控制等。
5 ． 2 ． 2 sb 泵站
sb 泵站主要单体包括：主泵房、高位井、进水闸门井、预留管闸阀井及计量井、进出水箱涵、紧急排放口、 35kv/6.3kv 变配电所、综合楼、传达室、油库。
机电设备主要包括：六台主泵 ( 日本荏原 ) 、六台主电机（上海电机厂）、六台液压闸阀、主管道系统、液压系统、辅助水系统、 35kv 供配电系统（ 10 台 35kv 开关柜，德国西门子）、 6kv 供配电系统（ 28 台 6kv 开关柜）、二台变频调速装置（美国罗宾康）、通风管道系统、各类电动闸门、仪表控制系统等。
sb 泵站由双孔箱涵经同汾泾后进入进水闸门井，在进水闸门井前接入杨高南路的污水，进入泵房时分成二根 3.3 × 3.3m 箱涵进入泵房前池。
主泵房地面以下是外径 φ 52.4m 圆沉井，沉井深 19.3m ，中隔墙将泵房分隔前后二部分。前面是前池，由隔墙分成对称布置的二格；后面是水泵工作室，地面下分二层，水泵层平面标高 -6.80m ，检修层平面标高 -1.50m ，地面层平面标高 5.20m ，泵房深 12.00m 。
主泵房地面层分为二部分，前池上方为泵站车库和综合楼，水泵间上方为泵房附属建筑物，内设起重量 32t/5t 的桥式起重机一台，用于水泵及电动机的安装维修。泵房内设高压配电间、低压配电间、变频器室、控制室、值班室、液压站等。
水泵出水通过出水管进入高位井，布置与 sa 泵站相似。高位井出水通过出水箱涵与总管箱涵相连。
5.3 工程的特点及创新
5.3.1 工程的主要特点
（ 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。
5.3.2 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。
6 ．出口泵站简介
6.1 泵站位置及规模
出口泵站位于上海市浦东新区龙东路东段人民塘东侧长江西岸边的预处理厂内，泵站用地为围海造地，占地面积 3.57 公顷 。其主要功能是将经预处理厂处理后的污水提升排入长江。
出口泵站设计流量： 平均旱流量 172.1 万 m 3 /d
高峰旱流量 25.89m 3 /s
低峰旱流量 11.95m 3 /s
雨季高峰流量 29.67m 3 /s
泵站设计流量采用 29.67m 3 /d ，配泵为设计流量的 120 ％。
6.2 水泵选择
长江半年一遇潮位为 4.76m ，五年一遇潮位为 5.18m ，百年一遇潮位为 5.74m ，设计采用五年一遇潮位作为设计标准，当潮位超过 5.18m 时，部分污水将通过排放口高位井溢流堰入岸边排放管作岸边排放。设计流量时，排放口扩散管的总水头损失为 6.4m ，泵站前池水位：预处理运行时为 5.32m ，一级加强处理时为 2.8m 。
出口泵站选用 6 台立式轴流泵；单泵流量 6m 3 /s~ 7.7m 3 /s, 扬程 10.3~ 7.5m ，电机功率约 900km ，由于长江潮位及污水流量变化幅度均较大又要适用于近、远期前池水位的变化，首次采用了抽心式可调叶轮角度的水泵（ ksb ），以减少水泵开停次数及节约能耗。
6.3 泵站设计
前池的前端为进水井，一分为二，中间设隔墙，隔墙上安装闸门，为保证水流平稳，改善边泵进水条件，前池采用扩散进水，扩散角约 20 °，前池分为二格，每格和一半进水井相连，前池二侧设自流通道，自流通道首创采用拍门的形式代替常规设计的闸门，大大增加了自流机会，节省电能。前池顶标高为 6.50m ，并设有溢流堰，堰顶标高 6.0m ，当出口泵站停电时可通过溢流堰至排放口高位井，岸边排入长江。
主泵房平面尺寸 42.3x 15m ，地下深度约 7.6m 。设有 6 台立式轴流泵，雨季高峰流量时五用一备。每台泵配有出水蝶阀及拍门，以防停泵时回流。泵房内装有 20t/5t 的电动双梁桥式起重机，以便吊装水泵、阀门。主泵房内地坪标高为 4.9m 。
泵站内设有 35kv 变电站一座，办公楼，排放的高位井，并设有承担排放新围堤区域的雨水泵站，雨水系统设计标准，暴雨重现期采用一年，雨水泵房内设四台轴流泵，单泵流量 1.59m 3 /s ，扬程 6.5m ，配用功率 155kw 。泵房内设 4 台 1.2m 的格栅除污机。雨水泵房出水管穿过新大堤，排入长江。泵站设计地坪标高为 4.0m 。
6.4 结构、电气设计
出口泵站主要构筑物和建筑物建于长江口滩地，场地上层土为吹填土，不均匀，土层变化大。主泵房、前池及压力井采用一体的大型钢筋混凝土沉井结构，节约了混凝土用量 800m 3 。并且加强了构筑物的安全可靠性，免除了对长江大堤的安全隐患，加块了施工进度。
出口泵站的全部用电负荷由一座 35kv/6.3kv 总变电所供电。总变电所设于泵站内。同时要向预处理厂、高位井供电。总变电所下辖 6kv/0.4kv 站内分变电所一座。 35kv/6.3kv 总变电所由二路 35kv 电源供电，采用双电源双变压器方案，单台变压器容量为 6300kva ，二者互为备用，一台变压器可承载三台主泵、二台满载的 6kv/0.4kv 变压器及污水处理厂的用电负荷。
( 来源：本文最早被摘录报道在 2003 年 2 月 14 日 出版的《中国建设报》第 8 版中国水业专刊 --- 工程案例栏目“上海污水治理二期中途泵站工程的技术创新”一文中，随后于 2003 年 2 月 25 日 和 2003 年 4 月 25 日 被全文刊登在中国国内著名的水行业科技核心期刊 --- 《净水技术》 2003 年第 1 期和第 2 期的 净水设计栏目中， 题为“ 上海市污水治理二期工程（一） ”和“ 上海市污水治理二期工程（二） ”，在水行业内获奖并引起较大反响。 )
本文作者简介：
张辰 ( 第一作者 ) ，男， 1964 年 5 月出生，
1985 年毕业于 上海城建学院给排水专业 ，从事排水工程设计，
现担任 上海市政工程设计研究院总工程师，
徐国锋（第二作者），男， 1964 年 12 月生，
1988 年同济大学环境工程系毕业，从事给排水工程设计。
现担任 上海市政工程设计研究院给排水三分院副院长，
作者通讯地址：上海市中山北二路 901 号
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