18CMS 單 機 容 量 防 洪 抽 水 站 更 新 案 例 探 討 李 明 德 / 水 利 技 師 中 華 顧 問 工 程 司 主 任 工 程 師 一 前 言 濱 臨 河 海 口 之 都 市, 由 於 低 地 填 築 發 展 成 陸 地, 導 致 市 區 內 之 排 水 常 須 依 賴 水 邊 建 堤, 在 市 區 腹 地 佈 設 雨 水 下 水 道, 及 幹 線 末 端 設 立 防 洪 抽 水 站, 方 能 澈 底 解 決 都 市 排 水 問 題 然 而 都 市 形 成 過 程 因 排 水 所 需 之 都 市 計 畫 用 地 不 充 足, 市 區 建 築 物 與 道 路 地 下 公 共 管 線 發 展 密 集, 遂 造 成 在 有 限 基 地 上 之 防 洪 抽 水 站 規 模 越 建 越 大, 使 用 單 機 組 之 抽 水 容 量 越 來 越 高 而 原 有 抽 水 機 械 經 過 相 當 時 日 運 轉 操 作 後, 設 備 磨 損 老 舊, 另 或 設 施 受 地 震 損 毀, 或 水 路 遭 到 淤 積 及 蝕 害 污 染, 致 影 響 抽 水 站 之 正 常 排 水 功 能 無 法 發 揮, 故 在 一 定 期 間 後 常 需 進 行 檢 視 和 辦 理 更 新 本 文 舉 例 台 日 兩 國 於 大 都 會 區 的 相 似 規 模 與 單 機 大 容 量 之 防 洪 抽 水 站 案 例 予 以 探 討, 特 點 為 選 擇 都 市 臨 水 低 地 具 相 同 口 徑 Ø2800mm 單 機 抽 水 量 18CMS 及 低 揚 程 之 立 軸 軸 流 抽 水 機 組, 經 柴 油 引 擎 與 角 齒 輪 減 速 機 驅 動 型 式 之 抽 水 站 作 分 析, 俾 利 對 工 程 作 評 估 比 較, 並 希 望 借 由 此 更 新 工 程 案 例 之 探 討, 從 規 設 施 工 經 驗 觀 點, 拋 磚 引 玉, 期 能 對 未 來 防 洪 抽 水 站 之 建 設 有 助 於 提 供 參 考 二 更 新 防 洪 抽 水 站 概 況 介 紹 ( 一 ) 國 內 台 北 市 雙 園 抽 水 站 ( 參 見 圖 1 ~ 圖 8) 雙 園 抽 水 站 座 落 於 台 北 盆 地 西 北 角 萬 華 市 區,3.9 公 里 長 特 三 號 排 水 溝 幹 線 末 端, 濱 臨 新 店 溪 右 岸, 其 集 水 區 面 積 604 公 頃,5 年 頻 率 颱 風 雨 總 排 水 量 78.7CMS 此 抽 水 站 建 於 1965 年, 初 期 裝 機 2 台 各 2.23CMS 立 軸 軸 流 抽 水 機, 後 經 過 5 次 陸 續 擴 建, 始 完 成 裝 機 總 容 量 達 到 90CMS 規 模 在 最 後 一 次 之 擴 建 (1990 年 ) 時, 才 將 原 有 舊 站 之 11 台 (2@2.23cms+3@2.25cms+2@2.93cms+4@4cms) 老 舊 小 型 防 洪 抽 水 機 組 ( 總 容 量 33.07CMS) 拆 除, 並 改 建 新 抽 水 站 房, 其 內 部 裝 置 4 台 口 徑 Ø2800mm 各 18CMS 由 柴 油 引 擎 帶 動 固 定 翼 立 軸 軸 流 抽 水 機, 以 及 6 台 口 徑 Ø1200mm 各 3CMS 由 馬 達 帶 動 固 定 翼 立 軸 軸 流 抽 水 機 ( 其 中 一 台 兼 作 特 三 號 排 水 溝 清 理 用 清 污 抽 水 機 ), 抽 水 時 採 用 此 兩 類 多 台 機 組 組 合 操 作, 配 合 抽 水 站 前 池 進 水 流 量 變 化 之 抽 汲 需 要, 兼 運 用 18CMS 和 3CMS 之 倍 數 流 量 組 合, 以 及 排 水 溝 水 路 空 間 可 利 用 之 洪 水 調 蓄, 以 發 揮 進 流 水 路 之 逕 流 變 化 所 需 契 合 抽 水 能 力, 俾 達 到 預 期 排 水 效 益, 避 免 市 區 遭 受 淹 水 災 害 之 侵 襲 雙 園 抽 水 站 建 築 物 採 RC 結 構, 站 體 長 65m, 寬 22m, 地 面 高 度 17m, 抽 水 井 底 在 地 面 下 深 達 11m 抽 水 站 前 池 之 上 游 進 水 路 設 有 每 道 渠 寬 22.5m 高 3.3m 之 3 孔 道 制 水 閘 門, 其 北 側 臨 接 有 每 道 渠 寬 5.5m 高 3.5m 之 2 孔 箱 涵 作 為 重 力 排 水 路, 出 口 設 閘 門 進 流 水 路 經 過 粗 細 2 道 攔 污 柵, 再 進 入 站 內 地 下 抽 水 井, 由 二 類 型 共 10 台 防 洪 抽 水 機 抽 排 後, 沿 矩 形 出 水 暗 渠 排 入 長 32m, 寬 4m, 高 11.5m 南 調 壓 井 (18CMS) 及 沿 管 路 排 入 長 8m, 寬 3m, 高 11.5m 北 調 壓 井 (3CMS), 續 由 長 度 23m 每 道 渠 寬 4.5m 高 3m 之 4 孔 道 排 放 箱 涵 (18CMS) 及 長 度 22m 渠 寬 4.9m 高 3.9m 之 單 孔 排 放 箱 涵 共 同 排 入 堤 外 溪 中 抽 水 站 地 面 標 高 EL.5.00m, 新 水 利 技 術 與 實 務 79
店 溪 堤 頂 高 程 EL.11.80m, 前 池 溝 底 EL-4.00m, 站 房 內 地 下 抽 水 井 標 高 EL.-6.00m, 排 放 箱 涵 溝 底 EL-1.00m 設 計 抽 水 位 ( 內 水 位 )NWL 1.50m, 設 計 外 水 位 RWL 6.40m 18CMS 抽 水 機 設 計 揚 程 TDH=5.6m, 設 計 轉 速 NP=150 rpm, 柴 油 引 擎 出 力 1600KW;3CMS 抽 水 機 設 計 揚 程 TDH=5.6m, 設 計 轉 速 NP=440 rpm, 馬 達 出 力 250KW, 並 由 900KW 柴 油 引 擎 發 電 機 供 電 抽 水 站 主 機 設 備 機 座 之 樓 地 板 標 高 為 EL.6.03m 控 制 在 200 年 頻 率 防 洪 淹 積 水 位 以 上 另 為 抽 水 機 械 維 修 檢 視, 在 機 房 附 設 有 30 噸 吊 車 由 於 雙 園 抽 水 站 舊 有 設 備 抽 水 容 量 不 足, 且 抽 水 機 械 經 過 20 多 年 運 轉, 已 有 相 當 程 度 耗 損, 而 抽 排 水 路 長 期 使 用 亦 有 破 損 淤 積, 同 時 站 址 新 店 溪 堤 防 擋 水 牆 須 配 合 環 河 高 架 道 路 及 堤 內 側 地 面 快 速 道 路 一 起 改 建, 故 抽 水 站 先 劃 出 局 部 相 關 工 程 併 入 道 路 工 程 施 工 另 一 方 面, 抽 水 站 基 地 內 又 有 西 藏 橋 引 橋 在 施 工, 站 址 北 側 緊 接 當 地 住 居 民 房, 前 池 進 水 路 上 游 尚 需 配 合 西 藏 路 拓 寬 及 其 路 內 雨 水 下 水 道 加 蓋 工 程 施 工, 遂 有 雙 園 抽 水 站 更 新 計 畫 之 興 辦 ( 二 ) 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 ( 參 見 圖 9 ~ 圖 12) 此 防 洪 抽 水 站 位 於 東 京 灣 之 小 名 木 川 下 游 右 岸, 屬 於 東 京 都 江 東 三 角 地 帶 市 區, 係 沿 海 填 築 低 地, 該 區 集 水 面 積 20.05km 2,50 年 降 雨 頻 率 總 排 水 流 量 190CMS, 除 配 合 其 他 3 個 各 40CMS 抽 水 站 外, 本 站 裝 機 總 容 量 72CMS, 站 內 佈 置 口 徑 Ø2800mm 單 機 容 量 18CMS 之 可 動 翼 立 軸 軸 流 抽 水 機 4 台, 可 將 市 區 雨 水 下 水 道 幹 線 收 集 地 表 逕 流 抽 排 到 堤 防 外 海 域 中, 以 保 護 市 區 避 免 遭 受 淹 水 災 害 小 名 木 川 抽 水 站 建 於 1967 年, 站 房 建 築 物 採 RC 結 構, 站 體 長 68m, 寬 15m, 地 面 高 12.5m, 抽 水 井 底 在 地 面 下 深 達 7m 抽 水 站 前 池 之 上 游 進 水 路 設 有 每 道 渠 寬 10m 之 6 孔 道 制 水 閘 門, 其 北 側 附 設 有 重 力 排 水 路 及 閘 門 進 流 水 路 經 過 粗 細 2 道 攔 污 柵, 再 進 入 站 內 地 下 抽 水 井, 由 防 洪 抽 水 機 抽 排 後, 利 用 虹 吸 式 出 水 暗 渠 排 到 長 44m, 寬 4.4m, 高 10.2m 調 壓 井, 續 由 長 度 77m 每 道 渠 寬 4m 高 4.5m 之 8 孔 道 排 放 箱 涵 排 流 入 堤 外 海 中 抽 水 站 地 面 標 高 EL.2.50m, 堤 頂 高 程 EL.9.00m, 前 池 溝 底 EL- 3.50m, 排 放 箱 涵 溝 底 EL-2.00m, 設 計 抽 水 位 ( 內 水 位 )NWL 2.00m, 設 計 外 水 位 SWL 5.10m 抽 水 機 設 計 揚 程 TDH=3.9m, 設 計 轉 速 NP=125rpm, 引 擎 出 力 P=1400 ps, 主 機 設 備 機 座 之 地 板 控 制 在 EL.6.00m 防 洪 高 程 以 上 另 為 方 便 抽 水 機 械 維 護 檢 修, 在 站 房 設 有 25 噸 吊 車 由 於 防 洪 抽 水 站 位 於 感 潮 腹 地, 抽 水 機 械 經 過 20 多 年 連 續 運 轉 操 作, 機 器 老 化, 機 軸 受 地 盤 沉 陷 而 偏 心 位 移, 機 器 局 部 磨 損 益 烈, 抽 水 功 能 降 低 ; 站 體 結 構 亦 有 局 部 混 凝 土 顯 現 龜 裂, 戶 外 路 基 也 有 些 微 沉 陷 現 象, 原 有 重 力 水 路 因 排 水 區 調 整, 已 廢 棄 不 用 而 近 年 來 由 於 科 技 進 步, 資 訊 技 術 發 達, 兼 顧 精 簡 人 力 與 有 效 管 理, 故 東 京 都 建 設 局 乃 將 此 老 舊 抽 水 站 改 建 更 新 為 一 人 操 控 之 自 動 化 機 廠 三 兩 座 抽 水 站 更 新 差 別 重 點 茲 將 小 名 木 川 抽 水 站 與 雙 園 抽 水 站 之 更 新 差 別 重 點 列 述 如 表 3-1 所 示 四 抽 水 站 更 新 施 工 ( 一 ) 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 工 程 小 名 木 川 抽 水 站 之 更 新 係 因 抽 水 設 備 運 轉 20 多 年, 主 管 單 位 東 京 都 建 設 局 認 為 該 站 之 抽 水 機 軸 心 偏 移 磨 損 劇 烈, 影 響 抽 水 系 統 功 能 甚 大, 始 決 定 分 成 2 梯 次 更 新 施 工, 第 一 次 先 抽 換 2 台 各 18CMS 可 動 翼 抽 水 機 組, 將 抽 水 機 角 齒 輪 減 速 機 及 柴 油 引 擎 更 新, 並 連 帶 更 換 中 央 控 制 系 統, 待 裝 設 第 一 梯 次 更 新 機 電 設 備 操 作 安 全 無 問 題 後, 續 再 更 換 其 餘 2 台 各 18CMS 可 動 翼 抽 水 機 組 而 更 換 之 舊 機 80 水 利 技 術 與 實 務
表 3-1 兩 座 抽 水 站 更 新 差 別 重 點 比 較 比 較 項 目 小 名 木 川 抽 水 站 雙 園 抽 水 站 (1) 更 新 主 要 目 標 更 換 主 要 抽 水 機 械 設 備 改 建 主 機 設 備 及 抽 水 站 土 建 設 施 (2) 更 新 工 程 要 項 a) 將 舊 有 Ø2800mm 可 動 翼 抽 水 機 檢 修 a) 建 立 新 站 房 及 進 出 水 路 利 用 b) 更 換 柴 油 引 擎 與 減 速 機 c) 設 置 引 擎 溫 升 監 視 系 統 b) 設 置 防 洪 抽 水 設 備 c) 裝 設 中 央 監 控 系 統 及 現 場 可 單 機 操 作 控 制 裝 置 d) 裝 設 1 人 化 管 理 之 中 央 控 制 系 統, 並 d) 站 體 配 合 西 藏 橋 基 施 工 採 遠 距 可 直 接 操 作 及 光 煙 防 災 配 備 與 自 動 傳 訊 報 知 系 統 (3) 更 新 技 術 問 題 a) 抽 水 站 房 雖 有 樁 基 設 計, 仍 然 續 生 沉 a) 改 建 設 施 與 更 新 設 備 時, 仍 需 維 陷, 致 使 抽 水 機 軸 心 難 垂 直 固 定, 影 響 抽 水 運 轉, 降 低 抽 水 效 率 持 當 地 防 汛 期 之 防 洪 排 水 功 能, 避 免 排 水 溝 上 游 發 生 淹 水 災 害 b) 更 新 設 備 施 工 時 尚 需 解 決 維 持 系 統 抽 排 水 問 題 b) 須 要 維 持 工 址 新 店 溪 右 岸 環 河 快 速 道 路 及 高 架 橋 現 況 交 通 需 求 c) 大 型 抽 水 機 運 作 時 產 生 振 動, 對 抽 水 c) 須 在 施 工 西 藏 橋 下 施 作 抽 水 站 改 站 結 構 引 起 材 料 疲 勞 及 破 壞 裂 隙 等 問 題 發 生 d) 在 海 岸 附 近 設 抽 水 站, 容 易 受 潮 水 腐 建 工 程 d) 須 兼 顧 新 店 溪 堤 防 段 拆 除 舊 擋 水 牆, 建 新 閘 門 之 防 洪 預 防 措 施 蝕 及 鹽 害, 須 克 服 材 料 防 蝕 處 理 困 e) 須 注 意 緊 臨 民 房 之 深 開 挖 擋 土 施 難 工 危 害 防 制 組 由 日 本 抽 水 機 製 造 大 廠 電 業 社 負 責 檢 修 更 新, 先 將 舊 機 拆 解, 進 行 磨 損 研 究, 再 研 發 出 三 點 式 調 整 軸 心 底 盤 構 造, 可 安 裝 現 場 配 合 站 址 基 礎 設 施 之 日 後 差 異 沉 陷, 使 其 適 合 校 正 調 整 而 能 發 揮 正 常 抽 水 功 能 至 於 站 體 基 礎 之 地 層 則 施 予 地 盤 灌 漿 改 良, 固 化 基 土 以 防 止 繼 續 沉 陷 ( 二 ) 國 內 台 北 市 雙 園 抽 水 站 工 程 雙 園 抽 水 站 更 新 不 像 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 案 例, 並 無 利 用 舊 抽 水 站 之 土 建 設 施, 也 沒 有 將 舊 抽 水 機 組 拆 解 整 修 後 再 利 用 但 在 原 站 址 改 建 施 工, 必 須 運 用 舊 站 已 有 25 年 壽 齡 之 小 規 模 抽 水 設 備, 充 作 施 工 中 臨 時 站 抽 水 機 械 使 用, 方 能 滿 足 特 三 號 排 水 溝 之 抽 水 量 33.07CMS 原 有 排 水 功 能 需 求 另 外, 因 站 區 西 藏 橋 橋 基 施 工 已 發 生 工 安 事 件, 造 成 抽 水 站 附 近 民 房 裂 損 而 耽 誤 抽 水 站 排 水 流 路 施 工, 須 配 合 在 堤 防 北 側 加 建 一 座 10CMS 新 臨 時 抽 水 站, 方 能 維 持 33.07CMS 抽 水 量 而 計 畫 改 建 抽 水 站 中 之 4 台 口 徑 Ø2800mm 各 18CMS 由 柴 油 引 擎 帶 動 固 定 翼 立 軸 軸 流 抽 水 機, 因 國 內 廠 商 無 法 自 做, 需 賴 先 進 國 家 外 貨 提 供, 本 標 工 程 係 國 內 製 造 3CMS 固 定 翼 立 軸 軸 流 抽 水 機 廠 商 國 民 機 械 公 司 承 包, 並 與 日 本 久 保 田 製 作 所 合 作, 由 久 保 田 製 造 18CMS 抽 水 機 及 安 裝 至 於 機 械 設 備 以 外 之 土 建 工 程 由 國 內 皇 昌 營 造 公 司 負 責 建 造 有 關 土 建 工 程 施 工 程 序 主 要 分 為 三 期 三 區 塊 界 面, 其 施 工 步 驟 先 建 重 力 水 路 及 抽 水 站 排 放 水 路, 第 二 期 續 建 4 台 口 徑 Ø2800mm 各 18CMS 抽 水 機 站 房, 第 三 期 再 施 作 前 池 進 流 水 路 及 抽 水 站 地 面 機 房 與 管 房 另 為 配 合 衛 工 處 污 水 截 流 復 舊, 在 前 池 左 岸 壁 新 建 截 流 設 施 一 座, 並 將 截 流 污 水 管 銜 接 至 西 園 路 現 有 污 水 幹 管 處 於 新 店 溪 堤 防 外 高 灘 地 之 重 力 及 抽 水 排 放 水 路 之 明 溝 採 圍 堰 方 式 施 工 五 抽 水 站 案 例 更 新 技 術 探 討 ( 一 ) 更 新 工 程 之 規 劃 設 計 與 施 工 考 量 1. 既 有 抽 水 站 採 取 更 新 措 施, 在 規 劃 設 計 上 應 注 意 如 何 完 成 最 終 目 標, 使 防 洪 排 水 標 水 利 技 術 與 實 務 81
準 得 以 依 序 達 成, 尤 其 在 預 算 執 行 與 用 地 空 間 限 制 條 件 下, 必 須 掌 握 安 全 經 濟 和 滿 足 階 段 性 目 標 之 計 畫 功 能, 以 提 出 可 行 性 規 劃, 再 進 行 初 步 設 計, 決 定 佈 置 原 則 後 才 做 細 部 設 計, 俾 避 免 發 生 本 末 倒 置 及 浪 費 人 物 力 和 時 間 良 好 的 規 劃 設 計 需 要 配 合 先 做 好 必 要 測 量 鑽 探 及 水 理 模 擬 分 析, 而 抽 水 站 之 水 路 佈 置 影 響 抽 水 功 能 發 揮 至 鉅, 否 則 如 不 重 視, 雖 安 裝 有 昂 貴 精 良 機 械, 但 因 流 況 設 計 不 當, 可 能 達 不 到 目 標 一 半 效 率, 甚 或 沒 幾 年 抽 水 站 即 無 法 使 用, 不 可 不 慎! 以 國 內 台 北 市 雙 園 抽 水 站 工 程 案 例 而 言, 舊 站 機 械 已 操 作 運 轉 25 年, 且 設 備 效 率 已 減 降, 其 抽 水 量 及 揚 程 未 符 排 水 防 洪 標 準, 在 更 新 改 建 前, 市 政 府 養 工 處 先 規 劃 再 辦 理 細 設, 將 相 關 工 程 之 建 設 作 適 時 安 排 配 合, 從 先 期 規 劃 方 案 到 細 部 設 計 配 置, 工 程 上 可 發 現 對 機 能 改 善 均 有 提 升, 在 設 施 介 面 之 處 理 能 更 加 完 整, 而 對 於 日 後 施 工 亦 較 有 利 2. 抽 水 站 更 新 設 計 時, 應 對 工 程 未 來 有 關 之 施 工 步 驟 施 工 程 序 及 關 鍵 部 位 之 施 工 方 法 等 項 目 優 先 考 量, 合 理 安 排 施 工 期 程 及 施 工 範 圍 另 外, 對 於 抽 水 站 之 採 購 安 裝 驗 收 方 式 及 土 建 工 程 發 包 方 式, 均 需 一 併 考 慮 雙 園 抽 水 站 改 建 工 程 發 包 共 分 三 標 : 主 機 電 設 備 工 程 附 屬 機 電 設 備 ( 含 水 電 照 明 空 調 消 防 ) 工 程 土 建 工 程 ( 含 景 觀 道 路 ) 等 標, 並 採 合 理 標 決 標 現 今 抽 水 站 工 程 已 有 改 採 統 包 方 式 發 包, 主 要 將 細 部 設 計 和 施 工 結 合 為 一 標, 使 主 機 電 設 備 工 程 附 屬 機 電 設 備 ( 含 水 電 照 明 空 調 消 防 ) 工 程 土 建 工 程 ( 含 景 觀 道 路 ) 等 項 統 由 一 家 承 包 商 承 攬, 施 工 責 任 簡 單 分 明, 但 通 常 須 搭 配 另 一 標 總 顧 問 以 協 助 業 主 推 動 及 監 督 工 程 進 行, 較 可 行 3. 在 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 更 新 工 程 案 例 中, 業 主 東 京 都 建 設 局 要 求 承 包 商 電 業 社 必 須 針 對 機 械 之 振 動 與 地 震 做 專 題 研 究, 探 討 此 兩 種 條 件 下 對 站 址 軟 弱 地 盤 差 異 沉 陷, 以 及 抽 水 站 結 構 物 承 受 機 械 振 動 和 遭 遇 地 震 提 出 防 制 與 改 善 方 案, 且 對 於 此 大 型 抽 水 機 械 尚 需 提 出 運 轉 溫 升 之 偵 測 監 視 系 統 設 計, 並 要 求 達 到 一 人 操 作 控 制 之 簡 化 管 理 目 標 檢 討 台 北 市 雙 園 抽 水 站 工 程 設 計, 認 為 此 一 抽 水 站 欲 達 到 一 人 操 作 控 制 之 簡 化 管 理 方 式, 在 設 施 及 設 備 上 雖 有 空 間 可 以 改 進, 但 抽 水 站 操 作 管 理 人 員 之 養 成 和 教 育 訓 練 實 在 尚 有 待 努 力, 因 台 北 市 養 工 處 之 編 制 人 力 和 素 質, 甚 難 獲 得 有 力 支 援, 故 恐 較 難 付 諸 實 施 ( 二 ) 大 型 抽 水 機 械 運 轉 振 動 問 題 檢 討 1. 口 徑 Ø2800mm 容 量 18CMS 立 軸 抽 水 機 由 柴 油 引 擎 帶 動 運 轉 時, 在 轉 動 體 ( 機 軸 ) 經 常 操 作 下, 其 鉅 大 振 動 作 用 力 將 對 抽 水 站 之 土 建 結 構 物 產 生 疲 勞 現 象 問 題, 如 結 構 物 形 狀 過 於 薄 小, 質 量 不 足, 基 礎 不 穩, 往 往 會 引 發 振 動 共 鳴 作 用, 續 而 導 致 結 構 破 裂 或 損 壞 而 振 動 共 鳴 作 用 也 可 能 傳 遞 到 結 構 物 周 邊 之 地 基 產 生 土 壤 共 振, 如 基 土 軟 弱, 則 土 壤 液 化 之 潛 勢 更 形 增 加 2. 為 避 免 大 型 抽 水 機 運 轉 發 生 共 振, 對 抽 水 站 結 構 及 對 操 作 人 員 作 業 造 成 不 利 影 響, 於 抽 水 站 引 擎 機 座 之 設 計 應 考 慮 採 用 體 型 粗 大, 其 混 凝 土 之 重 量 至 少 達 到 運 轉 機 械 重 量 3 倍 以 上, 足 夠 吸 收 振 動 能 量, 並 衰 減 振 幅 同 時 在 抽 水 機 和 柴 油 引 擎 之 機 械 座 支 撐 版 面 採 短 小 跨 徑 設 計, 並 加 強 支 撐 梁 柱 配 置, 以 便 共 同 防 制 振 動 3. 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 原 始 設 計 在 站 體 底 部 亦 有 樁 基 佈 設, 但 未 料 日 後 18CMS 立 軸 抽 水 機 經 常 運 轉 下, 竟 然 發 生 機 械 轉 動 造 成 地 盤 沉 陷 現 象, 混 凝 土 構 造 底 版 發 生 龜 裂 問 題 其 補 救 之 道 除 致 力 機 械 改 善 設 計 外, 尚 須 採 取 地 盤 灌 漿 之 固 化 處 理 另 在 82 水 利 技 術 與 實 務
構 造 底 版 原 始 設 計 應 注 意 樁 基 配 置, 因 樁 基 不 沉 而 土 壤 下 沉, 導 致 底 版 上 下 兩 面 受 力 會 有 改 變, 因 底 版 上 下 兩 面 受 力 改 變, 故 其 配 筋 方 式 亦 應 加 強 設 計 預 防 4. 大 型 抽 水 機 之 抽 水 站 設 計 時, 應 對 抽 水 機 械 運 轉 振 動 檢 視, 注 意 有 無 發 生 機 械 與 站 體 結 構 土 壤 基 礎 產 生 共 振 問 題 當 遇 軟 弱 地 盤 尤 須 小 心 土 壤 液 化 現 象 抽 水 站 結 構 計 算 時 可 考 慮 增 加 動 力 分 析, 以 便 檢 視 抽 水 機 械 之 運 轉 動 力 負 荷 狀 況 ( 三 ) 施 工 中 臨 時 抽 排 水 配 合 1. 抽 水 站 更 新 時, 通 常 會 遇 到 必 須 兼 顧 保 有 原 來 抽 水 站 之 排 水 功 能, 方 不 致 因 施 工 而 造 成 受 水 淹 積 的 災 害 在 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 案 例, 施 工 中 臨 時 抽 水 配 合 係 採 兩 階 段 更 新 施 工, 於 站 址 先 後 各 建 2 台 18CMS 抽 水 機 組 之 半 半 施 做 方 式 而 在 台 北 市 雙 園 抽 水 站 改 建 更 新 時, 則 採 取 保 留 舊 站 11 台 抽 水 機 組 ( 共 33.07CMS) 之 臨 時 抽 水 站 措 施 從 防 洪 風 險 考 量, 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 案 例 可 能 受 災 風 險 較 大, 因 臨 時 抽 水 量 只 能 維 持 原 有 一 半 2. 施 工 中 之 臨 時 抽 水 設 計, 除 儘 量 利 用 拆 除 站 區 舊 有 機 械 再 加 整 修 外, 亦 可 考 慮 經 由 業 主 協 調 借 用 其 他 抽 水 站 可 運 用 設 備 資 源, 將 舊 機 或 尚 未 安 裝 新 機 暫 借 供 配 合 臨 時 抽 水 站 安 裝, 台 北 市 雙 園 抽 水 站 改 建 更 新 即 兼 用 此 種 設 計 方 式 至 於 臨 時 抽 水 站 土 建 設 計, 應 儘 量 利 用 更 新 工 程 之 土 木 設 施 兼 用, 或 另 填 加 臨 時 設 施 設 計, 結 合 更 新 抽 水 站 之 進 出 水 路 與 臨 時 抽 水 機 組 佈 置, 以 發 揮 臨 時 抽 水 功 能, 如 有 必 要 宜 利 用 匯 流 井 或 調 壓 井 作 共 用 排 水 槽, 以 便 抽 水 後 可 由 排 放 水 路 出 流 臨 時 抽 水 站 站 房 可 用 組 合 屋 設 計, 至 於 抽 水 站 之 燃 油 給 水 供 電 及 通 訊 等 可 儘 量 利 用 舊 有 抽 水 站 系 統 設 備 拉 管 接 應 六 結 語 ( 一 ) 台 北 市 雙 園 抽 水 站 ( 總 抽 水 量 90CMS) 之 口 徑 Ø2800mm 容 量 18CMS 抽 水 機 為 僅 次 於 玉 成 抽 水 站 ( 總 抽 水 量 184CMS) 口 徑 Ø3200mm 單 機 容 量 26.3CMS 之 機 械 規 模, 但 與 已 建 設 日 本 防 洪 抽 水 站 單 機 最 大 規 模 口 徑 Ø4500mm 容 量 50CMS 設 備 相 互 比 較, 雙 園 站 機 組 尚 屬 中 型 規 模 惟 此 種 口 徑 Ø2800mm 容 量 18CMS 以 上 大 型 抽 水 機 組 目 前 國 內 之 機 械 製 造 廠 商 仍 然 無 能 力 承 做, 必 須 依 賴 外 貨 進 口 供 應 而 日 本 防 洪 抽 水 站 所 使 用 設 備 皆 能 夠 自 主 供 應 至 於 雙 園 抽 水 站 與 小 名 木 川 抽 水 站 所 使 用 抽 水 機 最 大 差 別 在 其 葉 輪 前 者 為 固 定 翼, 後 者 為 可 動 翼 且 抽 水 站 之 進 出 抽 排 水 路 佈 置, 小 名 木 川 抽 水 站 抽 水 時 多 加 考 量 採 用 虹 吸 管 設 計, 主 要 原 因 為 節 省 能 源, 因 該 站 基 地 高 程 EL.2.50m 低, 易 受 海 水 感 潮 迴 水 影 響, 下 水 道 系 統 須 要 時 常 靠 抽 水 站 配 合 抽 排 水, 才 能 維 持 市 區 排 水 通 暢 另 在 有 限 之 用 地 採 取 可 動 翼 機 型, 較 能 運 用 翼 角 之 操 作 達 到 控 制 抽 水 量 配 合 進 水 路 逕 流 量 之 變 化 需 求, 而 可 避 免 需 使 用 多 台 小 容 量 抽 水 機, 以 減 少 用 地 小 名 木 川 抽 水 站 之 抽 水 機 出 水 路 流 至 調 壓 井 間 設 計 兩 道 閘 門, 第 一 道 使 用 制 水 閘 門, 第 二 道 使 用 片 閥 ( 舌 閥 ), 可 適 合 感 潮 低 地 頻 繁 抽 水 之 安 全 保 守 設 計 ; 而 雙 園 抽 水 站 出 水 路 流 至 調 壓 井 則 使 用 片 閥 及 擋 水 板 方 式 設 計, 因 該 站 基 地 高 程 EL.5.00m 較 高, 且 堤 防 擋 水 牆 處 亦 設 有 制 水 閘 門, 必 要 時 可 關 閉 以 防 止 河 水 倒 灌 ( 二 ) 雙 園 抽 水 站 除 裝 設 4 台 口 徑 Ø2800mm 之 18CMS 固 定 翼 立 軸 軸 流 抽 水 機 外, 另 安 裝 6 台 口 徑 Ø1200mm 之 3CMS 固 水 利 技 術 與 實 務 83
定 翼 立 軸 軸 流 電 動 抽 水 機 其 中 6 台 3CMS 電 動 抽 水 機 之 總 抽 水 量 為 18CMS, 相 當 於 1 台 口 徑 Ø2800mm 之 18CMS 抽 水 機, 正 好 可 以 當 作 抽 水 機 故 障 時 之 備 用 機 組, 同 時 由 6 台 3CMS 電 動 抽 水 機 可 以 分 別 組 合 成 3CMS 6CMS 9CMS 12CMS 15CMS 及 18CMS 等 六 種 級 距 之 抽 水 量, 能 充 分 適 應 抽 水 站 前 池 及 特 三 號 排 水 溝 進 水 量 變 化 抽 汲 通 常 採 用 固 定 翼 抽 水 機 購 置 價 格 較 可 動 翼 抽 水 機 至 少 節 省 30% 以 上, 且 固 定 翼 抽 水 機 操 作 與 維 護 較 簡 單 及 方 便, 其 所 需 配 備 管 路 與 監 控 系 統 亦 較 單 純, 對 於 防 洪 排 水 之 工 程 風 險 較 可 動 翼 抽 水 機 為 低 ( 三 ) 大 容 量 大 型 機 械 抽 水 站 設 計 時, 首 先 應 對 水 文 水 理 分 析, 再 研 究 工 程 方 案, 選 定 水 工 設 計 依 據, 不 管 利 用 電 腦 數 值 模 擬 或 水 工 模 型 試 驗, 應 以 取 得 最 佳 功 能 佈 置, 然 後 進 行 硬 體 設 計 包 括 水 利 建 築 結 構 機 械 電 機 地 工 交 通 環 工 等 設 施 安 排, 當 完 成 初 步 設 計 後, 於 細 部 設 計 時 應 特 別 再 對 轉 動 體 所 產 生 之 振 動 問 題 加 以 檢 核, 並 注 意 各 構 造 設 施 對 振 動 衰 減 之 有 效 掌 握, 並 檢 核 地 震 對 結 構 體 之 橫 力 是 否 具 有 破 壞 作 用 力 或 變 形 反 應, 另 外 對 於 出 水 管 路 中 可 能 發 生 的 水 錘 作 用 力 或 湧 壓 均 須 考 量, 並 留 設 適 當 伸 縮 介 面 與 搭 配 足 夠 空 間 之 平 壓 池, 以 作 為 區 隔 預 防 配 置 尤 其 對 於 抽 水 機 的 台 數 設 定 與 操 作 方 面 也 要 有 妥 善 的 風 險 評 量 ( 四 ) 進 行 抽 水 站 大 型 舊 機 械 之 更 新 時, 除 考 慮 舊 機 械 之 檢 修 再 利 用 外, 應 借 用 更 新 機 會 責 由 承 包 製 造 廠 商 做 配 合 研 發, 一 方 面 根 據 拆 解 舊 機 去 檢 查 此 種 機 械 的 操 作 狀 況, 另 一 方 面 針 對 更 新 計 畫 要 求 配 合 研 發, 以 便 解 決 未 來 可 能 遭 遇 之 問 題, 或 提 出 預 防 套 配 措 施 而 該 研 發 工 項 得 指 定 必 須 透 過 研 究 機 構 或 學 術 單 位 進 行, 經 由 水 利 機 械 地 工 量 測 及 監 控 等 實 務 領 域, 建 立 分 案 計 畫, 俾 最 後 可 以 整 體 彙 合 運 用 由 於 合 作 訂 定 綜 合 發 展 產 品 目 標 或 研 發 任 務, 將 有 助 于 累 積 更 新 經 驗, 以 及 改 進 類 似 抽 水 站 之 建 設 與 維 護 具 體 而 言, 如 抽 水 機 轉 動 軸 磨 損 與 溫 升 量 測 監 控 之 設 備 設 計 及 製 造 抽 水 機 出 水 管 路 之 流 量 測 定 裝 置 設 計 與 組 裝 以 及 管 路 末 端 片 閥 啟 閉 與 流 量 機 能 評 量 和 組 裝 抽 水 井 清 淤 配 備 設 計 與 偵 測 裝 置 等 相 關 工 程 或 器 械, 皆 有 值 得 投 入 帶 動 工 業 的 發 展 商 機, 同 時 也 可 利 用 一 站 解 決 相 類 似 多 站 問 題, 一 舉 數 得 過 去 政 府 推 行 建 設, 較 少 從 不 同 單 位 之 多 目 標 發 展 觀 點 要 求 實 現 建 設, 通 常 只 顧 自 身 組 織 之 任 務 目 標, 如 站 在 國 家 資 源 上, 能 以 環 保 永 續 理 念, 將 此 配 合 研 發 落 實, 益 形 增 大 附 加 價 值, 則 本 文 藉 由 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 之 更 新 機 械 案 例 說 明, 其 目 的 也 旨 在 喚 起 吾 人 更 應 注 意 此 一 借 鏡 ( 五 ) 抽 水 站 除 設 備 屆 齡 配 合 更 新 外, 在 平 時 應 注 意 抽 水 站 之 檢 查 維 護 及 保 持 設 備 良 好 操 作 運 轉 狀 況, 方 能 適 應 防 洪 緊 急 應 變 之 需, 同 時 更 應 遵 守 水 工 建 造 物 之 安 全 檢 查 評 估 辦 法, 定 期 安 評 與 改 善, 以 備 彌 補 抽 水 站 建 造 以 後 所 發 現 之 缺 失 與 疏 漏, 並 配 合 時 代 新 技 術 達 到 即 時 監 控 和 自 動 化 之 精 簡 方 便 管 理 目 標 84 水 利 技 術 與 實 務
參 考 文 獻 1. 中 華 顧 問 工 程 司, 雙 園 抽 水 站 改 建 工 程 初 步 設 計 簡 報 資 料,1990 年 6 月 2. 張 炎 清, 日 本 小 名 木 川 抽 水 站 參 觀 心 得,1992 年 12 月 3. 蘇 宗 智, 實 用 防 洪 幫 浦 設 計,1975 年 3 月 4. 國 民 機 器 廠, 雙 園 抽 水 站 改 建 工 程 主 抽 水 機 組 送 審 資 料,1991 年 5. 皇 昌 營 造 公 司, 1999 年 曆 手 冊,1999 年 6. Dengyosha Machine Works, LTD. ONAGI RIVER DRAINAGE 7. PUMPING STATION Tokyo Japan, 1991. 附 圖 圖 1 雙 園 抽 水 站 位 置 圖 2 既 有 雙 園 站 抽 水 機 組 配 置 圖 3 雙 園 站 正 面 立 視 圖 圖 4 雙 園 站 縱 剖 面 圖 (18CMS) 圖 5 雙 園 站 縱 剖 面 圖 (3CMS) 圖 6 雙 園 站 橫 剖 面 圖 圖 7 雙 園 站 先 期 施 工 程 序 圖 圖 8 雙 園 站 先 期 施 工 現 場 照 圖 9 小 名 木 川 抽 水 站 位 置 圖 10 小 名 木 川 抽 水 站 鳥 瞰 圖 圖 11 小 名 木 川 站 正 面 立 視 圖 圖 12 小 名 木 川 站 縱 剖 面 及 平 面 圖 水 利 技 術 與 實 務 85
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