| 項目名稱 | 上海市青草沙水源地原水工程 |
| 建設地點 | 上海市 |
| 項目規模 | 原水輸水規模為719萬m3/d |
| 主要工藝 | 壓力輸水 |
| 建設單位 | 上海青草沙投資建設發展有限公司 |
| 設計單位 | 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 |
| 施工單位 | 上海隧道工程股份有限公司 上海市基礎工程公司 |
| 運行單位 | 上海城投原水有限公司 |
| 竣工時間 | 2007年2月1日-2009年9月1日 |
| 設計負責人 | 王如華 |
| 施工負責人 | 王祺，趙敏杰 |
| 運行負責人 | 王紹祥 |
| 項目簡介 | 本項目是我國規模最大的平原河口原水水源地與輸配水工程；設計輸水規模為719萬m3/d，受益人口超過1000萬，是上海市重大民生工程之一。項目圍繞運行安全、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化以及機組節能配置技術等4項核心技術，順應了高效化、集約化、產業化的行業發展趨勢。 本項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。項目成果在實現項目建設、降低施工風險、避免運行事故、保障供水安全、提升資源集約等方面產生了顯著的社會環境效益；與十余家設計、施工和建設單位以及中科院、高等院校和國家工程中心等單位緊密合作，成為產學研典范，帶動了水力、土木、機械、材料和自動化等學科的交叉研究，促進了跨學科與跨行業技術的發展，全面提升了企業自主創新能力、技術設備集成化水平和在國內外的核心競爭力。 |
上海市青草沙水源地原水工程
為了改善飲用水原水水質， “十一五”期間上海市重點建設青草沙水源地原水工程。青草沙水源地原水工程設計原水輸水規模為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。
本項目屬城市給水工程領域，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。原水經青草沙水庫出庫，采用重力流輸水方式，先由2×5500輸水盾構至過江管長興島工作井后，經2×5840過長江輸水盾構輸送至浦東五號溝工作井，再經2×5500輸水盾構到五號溝泵站。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）。
項目成果在實現項目建設、降低施工風險、避免運行事故、保障供水安全、提升資源集約等方面產生了顯著的社會環境效益；與十余家設計、施工和建設單位以及中科院、高等院校和國家工程中心等單位緊密合作，成為產學研典范，帶動了水力、土木、機械、材料和自動化等學科的交叉研究，促進了跨學科與跨行業技術的發展，全面提升了企業自主創新能力、技術設備集成化水平和在國內外的核心競爭力。
圖1 五號溝泵站工程全貌
二、技術先進性針對城市供水大型輸水工程系統安全運行要求高、能耗大、工程建設涉及地域廣、用地緊張、環境約束多以及施工與風險控制難度大等難點，通過理論研究、科技攻關以及工程實踐，重點研究了確保系統安全運行的水錘快速消除與控制技術、大型輸水泵站集約布置與水力優化以及機組節能配置技術、深大輸水泵站與非開挖大口徑長距離管道結構安全以及風險可控的高效與精準施工技術。本項目形成4項核心技術，授權和申請專利21項（授權發明9項、實用新型4項）、工法1項、軟件著作權3項、專著1部、論文27篇（EI收錄13篇），并首次進行工程示范和推廣應用。經國家一級科技查新咨詢單位水平檢索及查新，項目在輸水水泵效率、輸水泵站綜合單位電耗、輸水泵站單位建設用地指標、直徑3.6m鋼頂管完成小曲率半徑頂進等方面優于同類國內外技術，總體技術達到國際先進水平，其中在大口徑鋼頂管小曲率半徑曲線頂進等技術居國際領先地位。
表1國內外同類研究、同類技術的綜合比較對比
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序號 |
本成果 |
國內外水平 |
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1 |
提出了城市化地區平坦地勢下以管道埋深設置單向穩壓塔技術 |
僅有水利工程中利用高地勢設單向穩壓塔的案例。 |
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2 |
大型輸水泵站建設用地88m2/（萬m3/d），低于行業標準《城市給水工程項目建設標準》（建標120-2009）55％ |
行業標準《城市給水工程項目建設標準》（建標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年規劃目標值10％，水泵裝置效率87％。 |
建設部2020年綜合單位電耗規劃目標值350kW·h/（km3·MPa）。經查新檢索，《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，襯砌結構厚450～480mm |
埃及穿蘇伊士運河工程與南水北調中線穿黃工程等國內外類似項目均采用雙層襯砌有壓隧道。國內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7.2km，最高日推進28.5m,月推進652.5m, 貫通誤差小于30mm |
在中等直徑盾構隧道范疇，一般隧道長度小于5km,未見與本工程項目類似文獻報道 |
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6 |
DN3600鋼頂管曲線頂進曲率半徑880m |
經查新檢索，國際上該口徑曲線頂進的曲率半徑，尚無工程實踐。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直徑盾構內景
圖3 五號溝泵站工程132m×89m×27m超大超深基坑施工
圖4 嚴橋支線工程DN3600鋼管頂管施工
三、運行成效為滿足城市供水持續、安全、穩定和經濟運行的功能需要，圍繞運行安全、運行能耗與設施占地、壓力輸水管道結構、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單向穩壓塔水錘快速消除與控制技術、數模與物模交互優化的大型泵站整體水力條件及設備配置優化關鍵技術等，顯著提高可靠安全性，符合資源節約、節能減排的低碳要求，順應高效化、集約化、產業化的行業發展趨勢。
提出了數值仿真和物理模型試驗交互優化的理念和技術，以數模快捷有效地仿真，在可信精度內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化。開發水泵配置和節能運行軟件的計算分析，動態尋優投資與運行綜合成本最優的方案，應用于設計和運行過程的設備配置和節能調度。采用ANSYS workbench遺傳尋優算法從水力學方面優化了串聯增壓泵站母管管徑，提出了較佳轉彎角度、轉彎半徑。
五號溝大型輸水泵站建設用地88m2/（萬m3/d），低于行業標準《城市給水工程項目建設標準》（建標120-2009）55％；水泵裝置效率87％，綜合單位電耗319kW·h/（km3·MPa）低于2020年規劃10％；經過曲線頂進和線路優化，各支線設計優化后，減少41座頂管井，施工用地節省約3.7萬m2，節省投資9900萬元以上；管道串聯增壓應用于金海-南匯支線后年節電460萬kW·h；優化南匯北之后的支線輸水條件后，取消南匯泵站，年節電210萬kW·h。
圖5 五號溝泵站物理模型
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