大型PCCP管道靜水壓力試驗(yàn)技術(shù)

□張 輝 □陳占柱 □蘇陽旭 □汝會(huì)通 □王 紅

（中國水利水電第十一工程局有限公司）

PCCP管道靜水壓試驗(yàn)是竣工驗(yàn)收之前必須履行的一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，通過水壓試驗(yàn)來驗(yàn)證管道各個(gè)部件在正常運(yùn)行工況下的管道強(qiáng)度及封閉狀況。國內(nèi)外大多工程在竣工驗(yàn)收前只對(duì)管道接頭、獨(dú)立分段進(jìn)行了水壓試驗(yàn)驗(yàn)證，而南水北調(diào)北京段PCCP工程利用檢修閥作為堵板、連通井鎮(zhèn)墩作為靠背，連通井處排氣閥作為充水位置，采取全線充水、分段打壓，不僅對(duì)管道強(qiáng)度和封閉狀況進(jìn)行了驗(yàn)證，還對(duì)工程設(shè)計(jì)、施工安裝進(jìn)行了綜合驗(yàn)證，也演練了排水人員素質(zhì)及設(shè)備性能、并為大口徑管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量的研究提供了依據(jù)。

1.水壓試驗(yàn)簡介

南水北調(diào)北京段PCCP管道受距離長、管徑大，水源、工期、靠背工程等條件限制，在實(shí)際工程施工中，不適宜采用<1.0km分段水壓試驗(yàn)，經(jīng)過參加各方共同努力，多位專家論證，對(duì)水壓設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多次論證，決定采用在全線管道逐個(gè)接頭水壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采取長距離（>1km）的分段方法，全線分四段進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

對(duì)PCCP壓力輸水管道工程中的管道、接頭、管件、閥件及鎮(zhèn)墩、連通、分水口等附屬建筑物設(shè)計(jì)、施工、安裝階段的質(zhì)量進(jìn)行綜合檢驗(yàn)。

通過管道水壓試驗(yàn)，驗(yàn)證管道及各附屬建筑物在正常運(yùn)行工況下的管道強(qiáng)度及水封嚴(yán)密性。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

PCCP管道水壓試驗(yàn)包括：打壓準(zhǔn)備、PCCP管道充水、沿線檢查、分段試驗(yàn)、打壓、數(shù)據(jù)采集、打壓設(shè)備拆除、水壓試驗(yàn)完工驗(yàn)收等。

1.3 試驗(yàn)方法

每個(gè)試驗(yàn)段采用分級(jí)升壓（每級(jí)0.1 MPa），每升一級(jí)后穩(wěn)壓≥10分鐘（為保持壓力，允許向管內(nèi)補(bǔ)水），檢查試驗(yàn)管段有無滲漏點(diǎn)，情況正常時(shí)方可繼續(xù)升壓。水壓升至試驗(yàn)壓力后開始記時(shí)。每當(dāng)壓力下降，及時(shí)向管道內(nèi)補(bǔ)水，但降壓≤0.03 MPa，使管道試驗(yàn)壓力始終保持恒定，延續(xù)時(shí)間≥2 h，并計(jì)量恒壓時(shí)間內(nèi)補(bǔ)入試驗(yàn)管段內(nèi)的水量。

2.PCCP靜水壓施工流程

試驗(yàn)步驟：條件具備→關(guān)閉兩端檢修閥→開啟連通閥→管道水壓試驗(yàn)

工藝流程見圖1。

3.PCCP靜水壓施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

水源、加壓設(shè)備、壓力計(jì)的選擇及安裝完成。壓力試驗(yàn)設(shè)備必須是經(jīng)過專業(yè)檢測(cè)部門率定的合格的專用設(shè)備，必須設(shè)置單向逆止閥，壓水時(shí)能夠保證水壓的穩(wěn)定。引接的電源及排水疏導(dǎo)路線施工完成，確保排水出路暢通，排水泵及發(fā)電機(jī)數(shù)量足夠。試驗(yàn)壓力分級(jí)及觀測(cè)制度（觀測(cè)人員、表格等）落實(shí)到位。安全監(jiān)測(cè)設(shè)施布設(shè)完畢，完成初始值測(cè)量。對(duì)試壓設(shè)備、壓力表、連接管、排氣管、進(jìn)水管及管件進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保系統(tǒng)的嚴(yán)密性。對(duì)試驗(yàn)管道的彎頭及三通等處的支撐牢固度進(jìn)行詳細(xì)檢查。安裝測(cè)量：打壓設(shè)備安裝完畢后，測(cè)量出壓力表中心高程H，進(jìn)行壓力換算；壓力換算：根據(jù)壓力表中心高程H和設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)水位124.2 m，換算出設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力，設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力=(124.2-H)/100（單位：MPa）；對(duì)安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)基點(diǎn)校核，并進(jìn)行控制點(diǎn)加密；對(duì)連通壓力傳感器進(jìn)行修復(fù)。質(zhì)量和安全保證措施、應(yīng)急預(yù)案制定、落實(shí)。

3.2 靜水壓試驗(yàn)組織機(jī)構(gòu)

圖1 工藝流程框圖

成立以項(xiàng)目經(jīng)理為首的水壓試驗(yàn)領(lǐng)導(dǎo)小組，全面負(fù)責(zé)水壓試驗(yàn)的組織實(shí)施工作，下設(shè)6個(gè)小組，并明確各小組職能。

打壓組：負(fù)責(zé)啟動(dòng)及關(guān)閉加壓泵及對(duì)壓力表讀數(shù)；看護(hù)組：負(fù)責(zé)在升壓過程中閥件的看護(hù)；巡查組：負(fù)責(zé)對(duì)沿線建筑物進(jìn)行巡查；檢修組：負(fù)責(zé)處理在打壓過程中閥件可能出現(xiàn)的問題；數(shù)據(jù)采集分析組：負(fù)責(zé)對(duì)打壓過程中數(shù)據(jù)的采集和最后對(duì)數(shù)據(jù)分析；后勤保障組：負(fù)責(zé)水壓試驗(yàn)人員的生活和后勤服務(wù)等問題。

3.3 充水

靜水壓試驗(yàn)采用附近管線的水源進(jìn)行PCCP管道充水，關(guān)閉泵站出口檢修閥、1#連通井上、下游蝶閥，開啟張坊～南水北調(diào)連接站左右線調(diào)節(jié)閥進(jìn)行充水，充水過程中控制單線充水流量＜0.2 m3/s，當(dāng)調(diào)壓池水位達(dá)到60.0 m時(shí)停止補(bǔ)水。

充水過程中，巡查人員查看沿線排氣閥、排空井、連通井工作是否正常，有無地表滲水、變形現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.4 打壓設(shè)備安裝

采用2臺(tái)電動(dòng)試壓泵（規(guī)格：Q=33 m3/h、揚(yáng)程1.0 MPa、功率15 kW），并配備DN100、DN50連接鋼管，DN100蝶閥，DN100逆止閥，DN100球閥，DN50排氣閥，DN100水表，指針壓力表（0～1.6 MPa）等，水壓試驗(yàn)設(shè)備安裝示意圖見圖2。

圖2 水壓試驗(yàn)設(shè)備安裝示意圖

3.5 閥門啟閉順序

由打壓總指揮下達(dá)命令，關(guān)閉泵檢修閥、連通井上、下游蝶閥（1#、2#、3#、4#蝶閥）。開啟連通井中間連通閥（5#、6#蝶閥），做好打壓前最后的準(zhǔn)備工作。

3.6 打壓泵加壓

采取分級(jí)打壓，逐步分級(jí)升壓（每級(jí)0.1 MPa），每升一級(jí)后穩(wěn)壓≥10分鐘（為保持壓力，及時(shí)向管內(nèi)補(bǔ)水）；檢驗(yàn)試驗(yàn)管段有無漏處及采集相關(guān)數(shù)據(jù)，情況正常則繼續(xù)升壓，當(dāng)壓力升至設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力時(shí)停止加壓。

每升級(jí)一次壓力后，進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集工作。如出現(xiàn)閥件漏水、地表滲水等異常情況，由搶修組及有關(guān)人員進(jìn)行處理，如情況正常則繼續(xù)升壓。

3.7 監(jiān)測(cè)制度

打壓過程中由閥井看護(hù)組、巡查組及安全監(jiān)測(cè)組人員對(duì)各種閥件及構(gòu)筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在打壓期間，根據(jù)逐步分級(jí)升壓（每級(jí)0.1 MPa），每升一級(jí)后穩(wěn)壓10 min內(nèi)，對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)：

3.7.1 閥件監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

排氣閥檢驗(yàn)：排氣狀況及嚴(yán)密性。監(jiān)測(cè)方法：打壓過程中，注意觀測(cè)閥件連接部、閥門處等，看是否存在滲水現(xiàn)象。排空閥檢驗(yàn)：檢驗(yàn)密封性能。監(jiān)測(cè)方法：注意觀測(cè)閥件連接部、閥門處等，看是否存在滲水現(xiàn)象。連通閥：檢驗(yàn)密閉性能。

3.7.2 地表滲水、變性及異常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

進(jìn)行裂縫處理過的管道段；出現(xiàn)過打壓不合格的管道接頭部位；本試驗(yàn)段鎮(zhèn)墩、閥井、跨路等建筑物。

3.7.3 安全監(jiān)測(cè)

打壓期間穩(wěn)壓后10 min內(nèi)，在1#連通井壓力計(jì)處進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。鎮(zhèn)鐓結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定監(jiān)測(cè)：結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)：在試驗(yàn)壓力穩(wěn)定2 h內(nèi)對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)并采集3套數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括:土壓力分布、混凝土鎮(zhèn)鐓應(yīng)變、鎮(zhèn)鐓鋼筋應(yīng)力；穩(wěn)定監(jiān)測(cè)：每升一級(jí)后穩(wěn)壓后10 min內(nèi)，對(duì)應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)并采集數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)與PCCP間縫隙、鎮(zhèn)鐓沉降及位移。

3.8 排水、卸壓、拆除打壓設(shè)備

逐步緩慢卸除管道內(nèi)的水壓力，卸壓完畢后立即進(jìn)行排水工作，并拆除打壓設(shè)備，完成打壓工作。開啟連通井蝶閥，使PCCP管道正常運(yùn)行。靜水壓試驗(yàn)完成后，及時(shí)上報(bào)打壓成果；設(shè)備及試驗(yàn)人員有序退場(chǎng)，恢復(fù)試驗(yàn)用地。

4.水壓試驗(yàn)成果

4.1 水壓試驗(yàn)結(jié)果判定要求

水壓試驗(yàn)采用水量補(bǔ)償進(jìn)行實(shí)際滲水量測(cè)定。按照《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268-2008要求，水壓試驗(yàn)時(shí)不得有漏水現(xiàn)象，且當(dāng)每公里每分鐘補(bǔ)償水量<8.85 L即為合格。

4.2 水壓試驗(yàn)成果整理方法

管道密封性試驗(yàn)時(shí)，不得有漏水現(xiàn)象，且實(shí)測(cè)滲水量應(yīng)≤允許滲水量。

實(shí)測(cè)滲水量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：q—實(shí)測(cè)滲水量（L/（min·m）；W—恒壓時(shí)間內(nèi)補(bǔ)入管道的水量（L）；T—從開始計(jì)時(shí)至保持恒壓結(jié)束的時(shí)間（min）；L—試驗(yàn)管段的長度（m）；以第一試驗(yàn)段為例：試驗(yàn)段2 h恒壓時(shí)間內(nèi)共補(bǔ)水232 L，根據(jù)以上公式算出實(shí)測(cè)滲水量為0.167 L/(min·km)。

允許滲水量按下列公式計(jì)算：

式中：Q—允許滲水量（L/（min·km））；D—管道內(nèi)徑（mm）。根據(jù)以上公式第一試驗(yàn)段的允許滲水量為8.85L/（min·km）。因?yàn)閷?shí)測(cè)滲水量遠(yuǎn)小于允許滲水量，所以靜水壓試驗(yàn)是合格的，并按以上標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其它試驗(yàn)段進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.質(zhì)量和安全保證措施

5.1 水壓試驗(yàn)質(zhì)量控制措施

5.1.1 打壓準(zhǔn)備的質(zhì)量控制

水壓試驗(yàn)有關(guān)材料向監(jiān)理報(bào)驗(yàn)，并獲得批復(fù)。管道水壓試驗(yàn)實(shí)施方案及看護(hù)方案提前報(bào)送監(jiān)理審批。做好水壓試驗(yàn)可能出現(xiàn)險(xiǎn)情的應(yīng)急預(yù)案。打壓技術(shù)準(zhǔn)備到位，各種施工設(shè)備配合到位，完善各種施工準(zhǔn)備。打壓設(shè)備安裝完成后進(jìn)行調(diào)試，確保打壓設(shè)備運(yùn)行良好。

5.1.2 水壓試驗(yàn)過程質(zhì)量控制

水壓試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工方案進(jìn)行操作，確保打壓施工質(zhì)量。另外，打壓過程中各小組成員及時(shí)溝通，保證通訊順暢，確保水壓試驗(yàn)順利進(jìn)行。

5.1.3 水壓試驗(yàn)結(jié)果質(zhì)量控制

水壓試驗(yàn)完畢后，及時(shí)整理水壓試驗(yàn)成果報(bào)告，對(duì)水壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，為以后的大型PCCP靜水壓試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)。

5.2 水壓試驗(yàn)安全控制措施

加強(qiáng)施工人員的安全培訓(xùn)，形成嚴(yán)格的管理機(jī)制，遇到問題時(shí)及時(shí)報(bào)告，確保問題得到及時(shí)解決。嚴(yán)格執(zhí)行水壓試驗(yàn)操作步驟，每項(xiàng)試驗(yàn)前均確保具備試驗(yàn)條件。水壓試驗(yàn)過程中，由專人現(xiàn)場(chǎng)值班負(fù)責(zé)安全工作，指導(dǎo)施工人員安全作業(yè)。水壓試驗(yàn)過程中，嚴(yán)禁后背支撐、管道兩端人員停留。水壓試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)禁對(duì)管身、接口敲打或修補(bǔ)缺陷。遇有缺陷，作出標(biāo)記，卸壓后修補(bǔ)。打壓過程中，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)排氣閥、排空井、連通井、末端閥井和管道沿線的看護(hù)工作，有問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后及時(shí)處理，避免安全問題的產(chǎn)生。

6.結(jié)語

在全線管道逐個(gè)接頭水壓試驗(yàn)、全線閉水試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采取對(duì)供水影響小的“利用閥件部分段水壓試驗(yàn)”是合理的、可行的。

利用閥件部分段水壓試驗(yàn)施工簡單，不存在棄水問題，投資省，工期短，符合工程實(shí)際情況，可操作性強(qiáng)。