大伙房水庫輸水工程 PCCP管道水壓試驗(yàn)方法

王金陸

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司鞍山管理處，遼寧 鞍山 110000)

大伙房水庫輸水工程 PCCP管道水壓試驗(yàn)方法

王金陸

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司鞍山管理處，遼寧 鞍山 110000)

水壓試驗(yàn)是壓力管道竣工驗(yàn)收之前必須履行的一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，是對(duì)壓力輸水管道工程中的管道、接頭、管件，各種閥件及鎮(zhèn)墩、分水口等附屬構(gòu)筑物設(shè)計(jì)、施工的綜合驗(yàn)證，它是保證質(zhì)量的最后一道關(guān)口，是竣工驗(yàn)收前必須履行的試驗(yàn)項(xiàng)目。

大伙房水庫；輸水管道；水壓試驗(yàn)；PCCP

1 工程概況

大伙房水庫輸水是將渾江流域調(diào)來的水由大伙房水庫調(diào)節(jié)后，向遼寧省撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦、大連等七城市輸水的一項(xiàng)大型區(qū)域性水資源配置工程，全長 231.7km。工程建設(shè)對(duì)遼寧省經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、加快老工業(yè)基地調(diào)整改造和沿海經(jīng)濟(jì)帶開發(fā)具有重要意義。

大伙房水庫輸水（二期）工程輸水管線建筑及安裝工程第七標(biāo)段輸水管道為鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）2 種，其中過河、過路部位及其他穿越施工使用鋼管，其他部位均使用 PCCP 管道。第七標(biāo)段管線安裝工程位于鞍山市境內(nèi)，管線全長 41.6km，設(shè)計(jì)壓力 0.6×1.5MPa。

2 試驗(yàn)要求

按照工程合同要求，管道全部回填之前進(jìn)行管道的強(qiáng)度、嚴(yán)密性試驗(yàn)及兩膠圈間的嚴(yán)密性試驗(yàn)。根據(jù) GB50268-97《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》在監(jiān)理人或其代表在場的情況下進(jìn)行水壓試驗(yàn)。安裝七標(biāo)為根據(jù)本合同段的實(shí)際情況和業(yè)主要求對(duì)全段工程管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

1）PCCP 管的試驗(yàn)壓力為：DN2400PCCP 管工作壓力為 0.6MPa，試驗(yàn)壓力為 0.9MPa，在 10分鐘壓降為 0.03MPa，為合格。

2）必須在管道充滿水后，經(jīng)過 72h，方可進(jìn)行水壓試驗(yàn)。先升至試驗(yàn)壓力，恒壓不小于 2h（為保持壓力允許向管內(nèi)補(bǔ)水），檢查接口及管道附件未發(fā)生破壞及較重滲水現(xiàn)象，即可進(jìn)行滲水試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下 PCCP 管的滲水量不超過 2.22L/min· km 為試驗(yàn)合格。

3）試壓所需的設(shè)備儀器并保持其良好狀態(tài)。

4）試壓段要用封堵堵死以頂住試驗(yàn)壓力(試壓完畢負(fù)責(zé)拆除)，試壓時(shí)不許關(guān)閉閥門。排泥閥和隔離閥要打開，并用法蘭堵死。已裝好的排氣閥在試壓時(shí)可以使用。

5）管線注水方法需要監(jiān)理人審定，管內(nèi)空氣通過排氣閥置換掉，管線內(nèi)保持 10～20m 水頭，持續(xù)若干小時(shí)直至不需加壓時(shí)為止。然后慢慢的增到試驗(yàn)壓力開始試壓。

當(dāng)試壓合格后，將管內(nèi)的水用水泵從排水口排入排入井點(diǎn)降水的臨時(shí)排水溝，保證管溝內(nèi)不得有積水，同時(shí)將管內(nèi)積水排盡，滿足下一工序繼續(xù)的要求。

3 試驗(yàn)設(shè)施

儀表：選用 1.5MPa 壓力彈簧水壓計(jì)。

不銹鋼球閥：排氣閥 DN50/PN1.0MPa、注水閥DN100/PN1.0MPa，排水閥 DN100/PN1.0MPa。

水泵：注水泵選用 4”潛水泵、升壓泵選用 6 級(jí)2.0MPa高壓泵。

連接管件：各種連接管件選用相應(yīng)管徑無縫鋼管。

4 試壓方案

4.1 封堵盲板管件

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，選用 Q235φ20 鋼板，單面間隔600mm 焊接高 200mm 網(wǎng)狀豎筋，筋板材質(zhì)與盲板相同。

4.2 試驗(yàn)原理

管道試驗(yàn)段兩端設(shè)置封堵盲板，試驗(yàn)段內(nèi)的排泥三通、排氣三通等開口管件使用法蘭盲板管件進(jìn)行封堵，使試驗(yàn)段形成一個(gè)封閉管段。注水點(diǎn)排氣三通法蘭盲板上安裝注水球閥，在排水點(diǎn)排氣三通法蘭盲板上安裝排水球閥，在試驗(yàn)段全段最低點(diǎn)排氣三通法蘭盲板上安裝試驗(yàn)檢驗(yàn)儀表。在各個(gè)排氣三通法蘭盲板上安裝排氣球閥。

通過注水點(diǎn)注水球閥向管內(nèi)注水，同時(shí)打開各個(gè)排氣球閥，使管內(nèi)空氣排出。管內(nèi)注滿水后，關(guān)閉排氣球閥，將升壓泵與注水球閥連接，進(jìn)行升壓注水。

水壓試驗(yàn)合格后將排水球閥打開，進(jìn)行泄壓排水。試驗(yàn)原理，見圖 1。

圖1 試驗(yàn)原理

4.3 力學(xué)計(jì)算、校核

1）封堵盲板水壓力計(jì)算

封堵盲板水壓力F的計(jì)算按公式：

F=Q×S （1）

式中：F——水壓試驗(yàn)對(duì)封堵盲板產(chǎn)生的壓力，N；Q——水壓試驗(yàn)壓 強(qiáng)，0.9MPa；S——封堵盲板面積，4.53m2。

代入?yún)?shù)得出：

F=Q×S=0.9×106×4.53=4.08×106N （2）

2）封堵管件土摩擦力計(jì)算

溝埋管道與土的摩擦力按照 GB50268-97《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中第 6.4.8 條款規(guī)定的頂管頂力計(jì)算公式推導(dǎo)：

P=frp1［2H+（2H+D1）tg2（45°-φ/2）

+ω/rD1］L+Pf（3）

式中：P——計(jì)算的總頂力，kN；r——管道所處土層 的 重 力 密 度 ，kN/m3；D1——管 道 的 外 徑 ，m；H——管道頂部以上覆土層的厚，m；L——管道的計(jì)算頂進(jìn)長度，m；Pf——頂進(jìn)時(shí)，工具管的迎面阻力，kN；f——頂進(jìn)時(shí)，管道表面與周圍土層之間的摩擦系數(shù)；φ——管道所處土層的內(nèi)摩擦角，°；ω——管道單位長度的自重，kN/m。

頂管的總頂力P減去頂進(jìn)中工具管的迎面阻力 Pf得出溝埋管道與土的摩擦力 PM。即：

PM=frp1［2H+（2H+D1）tg2（45°-φ/2）

+ω/rD1］L （4）

式 中 ：f=0.25；r=17kN/m3；D1=2.8；H=1.5m；φ = 18°；ω=43kN/m；L=6m 各參數(shù)值。

將表中所列參數(shù)值代入公式計(jì)算得出：

PM=0.25×17×2.8［2×1.5+（2×1.5+2.8）tg2（45° -18/2）+43/17×2.8］×6=496.9kN （5）

計(jì)算得出的PM即為單根管的最大土摩擦力。3）最大管接口壓力強(qiáng)度計(jì)算：

水壓試驗(yàn)對(duì)封堵盲板產(chǎn)生的壓力F與管道的土摩擦力平衡。管道土摩擦力為多根管道土摩擦力的合力，單根管之間的摩擦力通過管接口壓力傳遞進(jìn)行疊加。其中最大管接口壓力位于和封堵盲板管件連接的第一道接口，接口結(jié)構(gòu)尺寸，見圖 2。

圖2 接口結(jié)構(gòu)圖

接口壓力作用在接口填料上，從圖中可以求出接口填料的受力面積 S1：

S1=3.14（2.82-2.42）/4=1.63m2（6）

第一道接口壓力值：

F1=F-PM=4077-496.9=3.58×103kN （7）

應(yīng)用壓力強(qiáng)度公式得出最大管接口壓力強(qiáng)度 q1：q1=F1/S=3.58×106/1.63=2.2×106Pa

=2.2MPa （8）

4）管接口壓力強(qiáng)度校核

水壓試驗(yàn)對(duì)封堵盲板產(chǎn)生的壓力F與管道疊加土摩擦力∑P 平衡，最大接口壓力 F1 作用在與封堵管件連接的第一道接口，第二道，第三道，……接口壓力依次按梯形遞減：

當(dāng)接口壓力強(qiáng)度大于接口填料的材料強(qiáng)度時(shí)，接口填料將被擠壓破壞，使管道產(chǎn)生軸向位移，從而破壞管接口。因此，水壓試驗(yàn)管接口填料的材料強(qiáng)度 QM必須大于最大接口壓力強(qiáng)度 q1，既滿足：QM＞q1

安裝規(guī)程要求使用 M10的砂漿填充內(nèi)外接口，則：

QM=10MPa＞q1=2.2MPa （9）

保證了水壓試驗(yàn)不會(huì)對(duì)管道接口形成破壞。

5 試驗(yàn)操作

1）在系統(tǒng)注水，加壓全過程中旁通閥全開啟狀態(tài)，自動(dòng)排氣閥排氣，保持全線水壓均等，且一旦升壓過程中有問題時(shí)，試壓段的壓力能及時(shí)調(diào)整一致而中間裝置不移動(dòng)。

2）全線壓力均升到 0.9MPa，觀察末端試壓后背 10min，無異?，F(xiàn)象后，關(guān)閉旁通閥分段進(jìn)行滲漏量檢驗(yàn)。

觀察壓力表并記錄從試驗(yàn)壓力保水狀態(tài)自然壓降 0.1MPa 所經(jīng)時(shí)間 T1，min；將管道壓力補(bǔ)到試驗(yàn)壓力 0.9MPa；通過放水口人工放水，人為將壓力下降 0.1MPa，并收集人工放水量 W，L，記錄人工放水時(shí)間 T2，min；然后進(jìn)行實(shí)測滲漏量計(jì)算：

式中：L——試驗(yàn)管段長度，km；W——人工 T2時(shí)間內(nèi)放水量，L;

此工程設(shè)計(jì)允許滲漏量 2.22L/min·km。

3）滲漏量檢驗(yàn)完畢后，將所有中間裝置的旁通閥打開，進(jìn)行均壓后進(jìn)行降壓。壓力降到零時(shí)打開末端放空閥進(jìn)行組織排水。

4）管道內(nèi)水排完后，從排氣閥門進(jìn)入管內(nèi)將鋼隔板割除掉，并將注水管割除封焊完畢。鋼隔板割除后，鋼管進(jìn)行內(nèi)外防腐，內(nèi)壁防腐采用焊接鋼絲網(wǎng)非收縮水泥砂漿襯砌。

6 試驗(yàn)結(jié)果

2010 年 11 月22 日，安裝七標(biāo)對(duì)全線進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試壓長度 41.6km。23 日上午 9∶30 管道內(nèi)壓力 達(dá) 到 0.6MPa，24 日 14∶18 達(dá) 到 試 壓 壓 力 0.9 MPa 進(jìn)行穩(wěn)壓。根據(jù) GB00268-2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求穩(wěn)定 15min，壓力降為 0.004MPa，小于規(guī)范要求壓力降 0.03MPa，強(qiáng)度試驗(yàn)合格。

14∶33-16∶33 進(jìn)行滲水量試驗(yàn)，壓力升至試驗(yàn)壓力后開始計(jì)時(shí)，每當(dāng)壓力下降，及時(shí)向管道內(nèi)補(bǔ)水，最大壓力降小于規(guī)范要求壓力降 0.03MPa，保持管道試驗(yàn)壓力恒定，時(shí)間 2h，試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)總計(jì)補(bǔ)水量為 1814L，經(jīng)計(jì)算，平均滲水量為 0.36L/ min·km，小于核定規(guī)定的 2.22L/min·km，嚴(yán)密性試驗(yàn)合格。

7 結(jié)語

以上對(duì) PCCP 管道水壓試驗(yàn)方法進(jìn)行了介紹，結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，通過水壓試驗(yàn)，使得我們對(duì)長距離輸水壓力管道水壓試驗(yàn)采用的方法和措施有了一定的經(jīng)驗(yàn)積累，其經(jīng)驗(yàn)值得類似工程參考借鑒。

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2013-12-20