| 項(xiàng)目名稱 | 上海市青草沙水源地原水工程 |
| 建設(shè)地點(diǎn) | 上海市 |
| 項(xiàng)目規(guī)模 | 原水輸水規(guī)模為719萬m3/d |
| 主要工藝 | 壓力輸水 |
| 建設(shè)單位 | 上海青草沙投資建設(shè)發(fā)展有限公司 |
| 設(shè)計(jì)單位 | 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 |
| 施工單位 | 上海隧道工程股份有限公司 上海市基礎(chǔ)工程公司 |
| 運(yùn)行單位 | 上海城投原水有限公司 |
| 竣工時(shí)間 | 2007年2月1日-2009年9月1日 |
| 設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人 | 王如華 |
| 施工負(fù)責(zé)人 | 王祺，趙敏杰 |
| 運(yùn)行負(fù)責(zé)人 | 王紹祥 |
| 項(xiàng)目簡介 | 本項(xiàng)目是我國規(guī)模最大的平原河口原水水源地與輸配水工程；設(shè)計(jì)輸水規(guī)模為719萬m3/d，受益人口超過1000萬，是上海市重大民生工程之一。項(xiàng)目圍繞運(yùn)行安全、超長距離大口徑輸水管道和深大輸水泵房施工等核心問題，開展了10年的研究。形成了大型輸水泵站集約布置與水力優(yōu)化以及機(jī)組節(jié)能配置技術(shù)等4項(xiàng)核心技術(shù)，順應(yīng)了高效化、集約化、產(chǎn)業(yè)化的行業(yè)發(fā)展趨勢。 本項(xiàng)目包括青草沙水庫工程、長江原水過江管工程、陸域輸水管線工程三大主體工程，總投資160億元。項(xiàng)目成果在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)、降低施工風(fēng)險(xiǎn)、避免運(yùn)行事故、保障供水安全、提升資源集約等方面產(chǎn)生了顯著的社會(huì)環(huán)境效益；與十余家設(shè)計(jì)、施工和建設(shè)單位以及中科院、高等院校和國家工程中心等單位緊密合作，成為產(chǎn)學(xué)研典范，帶動(dòng)了水力、土木、機(jī)械、材料和自動(dòng)化等學(xué)科的交叉研究，促進(jìn)了跨學(xué)科與跨行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，全面提升了企業(yè)自主創(chuàng)新能力、技術(shù)設(shè)備集成化水平和在國內(nèi)外的核心競爭力。 |
上海市青草沙水源地原水工程
為了改善飲用水原水水質(zhì)， “十一五”期間上海市重點(diǎn)建設(shè)青草沙水源地原水工程。青草沙水源地原水工程設(shè)計(jì)原水輸水規(guī)模為719萬m3/d，建成后受益人口將超過1000萬，是上海市重大民生工程之一。
本項(xiàng)目屬城市給水工程領(lǐng)域，包括青草沙水庫工程、長江原水過江管工程、陸域輸水管線工程三大主體工程，總投資160億元。原水經(jīng)青草沙水庫出庫，采用重力流輸水方式，先由2×5500輸水盾構(gòu)至過江管長興島工作井后，經(jīng)2×5840過長江輸水盾構(gòu)輸送至浦東五號溝工作井，再經(jīng)2×5500輸水盾構(gòu)到五號溝泵站。自五號溝泵站之后的陸域輸水管線工程包括嚴(yán)橋支線（440萬m3/d，27.07km，2根DN3600鋼管）、凌橋支線（70.4萬m3/d，19.10km，1根DN2200鋼管）、金海支線（208萬m3/d，8.7km， 2根DN2800鋼管）、南匯支線工程（128萬m3/d）和黃浦江上游改造工程（440萬m3/d）。
項(xiàng)目成果在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)、降低施工風(fēng)險(xiǎn)、避免運(yùn)行事故、保障供水安全、提升資源集約等方面產(chǎn)生了顯著的社會(huì)環(huán)境效益；與十余家設(shè)計(jì)、施工和建設(shè)單位以及中科院、高等院校和國家工程中心等單位緊密合作，成為產(chǎn)學(xué)研典范，帶動(dòng)了水力、土木、機(jī)械、材料和自動(dòng)化等學(xué)科的交叉研究，促進(jìn)了跨學(xué)科與跨行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，全面提升了企業(yè)自主創(chuàng)新能力、技術(shù)設(shè)備集成化水平和在國內(nèi)外的核心競爭力。
圖1 五號溝泵站工程全貌
二、技術(shù)先進(jìn)性針對城市供水大型輸水工程系統(tǒng)安全運(yùn)行要求高、能耗大、工程建設(shè)涉及地域廣、用地緊張、環(huán)境約束多以及施工與風(fēng)險(xiǎn)控制難度大等難點(diǎn)，通過理論研究、科技攻關(guān)以及工程實(shí)踐，重點(diǎn)研究了確保系統(tǒng)安全運(yùn)行的水錘快速消除與控制技術(shù)、大型輸水泵站集約布置與水力優(yōu)化以及機(jī)組節(jié)能配置技術(shù)、深大輸水泵站與非開挖大口徑長距離管道結(jié)構(gòu)安全以及風(fēng)險(xiǎn)可控的高效與精準(zhǔn)施工技術(shù)。本項(xiàng)目形成4項(xiàng)核心技術(shù)，授權(quán)和申請專利21項(xiàng)（授權(quán)發(fā)明9項(xiàng)、實(shí)用新型4項(xiàng)）、工法1項(xiàng)、軟件著作權(quán)3項(xiàng)、專著1部、論文27篇（EI收錄13篇），并首次進(jìn)行工程示范和推廣應(yīng)用。經(jīng)國家一級科技查新咨詢單位水平檢索及查新，項(xiàng)目在輸水水泵效率、輸水泵站綜合單位電耗、輸水泵站單位建設(shè)用地指標(biāo)、直徑3.6m鋼頂管完成小曲率半徑頂進(jìn)等方面優(yōu)于同類國內(nèi)外技術(shù)，總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中在大口徑鋼頂管小曲率半徑曲線頂進(jìn)等技術(shù)居國際領(lǐng)先地位。
表1國內(nèi)外同類研究、同類技術(shù)的綜合比較對比
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序號 |
本成果 |
國內(nèi)外水平 |
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1 |
提出了城市化地區(qū)平坦地勢下以管道埋深設(shè)置單向穩(wěn)壓塔技術(shù) |
僅有水利工程中利用高地勢設(shè)單向穩(wěn)壓塔的案例。 |
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2 |
大型輸水泵站建設(shè)用地88m2/（萬m3/d），低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市給水工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)120-2009）55％ |
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市給水工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)120-2009）160 m2/（萬m3/d）。 |
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3 |
輸水泵站綜合單位電耗319kW·h/（km3·MPa）低于2020年規(guī)劃目標(biāo)值10％，水泵裝置效率87％。 |
建設(shè)部2020年綜合單位電耗規(guī)劃目標(biāo)值350kW·h/（km3·MPa）。經(jīng)查新檢索，《World Pumps》等混流泵效率最高不超過84％。 |
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4 |
雙向受壓隧道采用單層襯砌，襯砌結(jié)構(gòu)厚450～480mm |
埃及穿蘇伊士運(yùn)河工程與南水北調(diào)中線穿黃工程等國內(nèi)外類似項(xiàng)目均采用雙層襯砌有壓隧道。國內(nèi)外未見采用單層襯砌的雙向受壓隧道。 |
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5 |
過江隧道一次性掘進(jìn)7.2km，最高日推進(jìn)28.5m,月推進(jìn)652.5m, 貫通誤差小于30mm |
在中等直徑盾構(gòu)隧道范疇，一般隧道長度小于5km,未見與本工程項(xiàng)目類似文獻(xiàn)報(bào)道 |
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6 |
DN3600鋼頂管曲線頂進(jìn)曲率半徑880m |
經(jīng)查新檢索，國際上該口徑曲線頂進(jìn)的曲率半徑，尚無工程實(shí)踐。國外理論研究中DN3600的曲率半徑最小為1140m。 |
圖2 長江原水過江管工程5500直徑盾構(gòu)內(nèi)景
圖3 五號溝泵站工程132m×89m×27m超大超深基坑施工
圖4 嚴(yán)橋支線工程DN3600鋼管頂管施工
三、運(yùn)行成效為滿足城市供水持續(xù)、安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的功能需要，圍繞運(yùn)行安全、運(yùn)行能耗與設(shè)施占地、壓力輸水管道結(jié)構(gòu)、超長距離大口徑輸水管道和深大輸水泵房施工等核心問題，形成利用工作井的平原城市化地區(qū)單向穩(wěn)壓塔水錘快速消除與控制技術(shù)、數(shù)模與物模交互優(yōu)化的大型泵站整體水力條件及設(shè)備配置優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)等，顯著提高可靠安全性，符合資源節(jié)約、節(jié)能減排的低碳要求，順應(yīng)高效化、集約化、產(chǎn)業(yè)化的行業(yè)發(fā)展趨勢。
提出了數(shù)值仿真和物理模型試驗(yàn)交互優(yōu)化的理念和技術(shù)，以數(shù)模快捷有效地仿真，在可信精度內(nèi)解決了快速確定泵站形式以及泵站總體和局部的布局初步優(yōu)化。開發(fā)水泵配置和節(jié)能運(yùn)行軟件的計(jì)算分析，動(dòng)態(tài)尋優(yōu)投資與運(yùn)行綜合成本最優(yōu)的方案，應(yīng)用于設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程的設(shè)備配置和節(jié)能調(diào)度。采用ANSYS workbench遺傳尋優(yōu)算法從水力學(xué)方面優(yōu)化了串聯(lián)增壓泵站母管管徑，提出了較佳轉(zhuǎn)彎角度、轉(zhuǎn)彎半徑。
五號溝大型輸水泵站建設(shè)用地88m2/（萬m3/d），低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市給水工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)120-2009）55％；水泵裝置效率87％，綜合單位電耗319kW·h/（km3·MPa）低于2020年規(guī)劃10％；經(jīng)過曲線頂進(jìn)和線路優(yōu)化，各支線設(shè)計(jì)優(yōu)化后，減少41座頂管井，施工用地節(jié)省約3.7萬m2，節(jié)省投資9900萬元以上；管道串聯(lián)增壓應(yīng)用于金海-南匯支線后年節(jié)電460萬kW·h；優(yōu)化南匯北之后的支線輸水條件后，取消南匯泵站，年節(jié)電210萬kW·h。
圖5 五號溝泵站物理模型
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