南水北調(diào)中線供水配套工程靜水壓試驗方案淺析

□李長安 □楊書統(tǒng) □李連水

（1 河南省水利水電學校；2 河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司；3 河南水利與環(huán)境職業(yè)學院）

0 前言

南水北調(diào)中線工程主要由總干渠主體工程、總干渠分水口門至城市自來水廠入口之間的供水配套工程、城市水廠及管網(wǎng)工程三部分組成。三部分工程應(yīng)同步建成才能實現(xiàn)南水北調(diào)工程巨大的社會和經(jīng)濟效益。目前，全省的供水配套工程建設(shè)已接近尾聲，預(yù)計2014年6月將全部建成，按計劃汛后與總干渠同步具備通水條件。為順利實現(xiàn)配套工程試驗性充水，在試驗性充水前，有必要通過靜水壓試驗，對輸水管道的管材、管道接口、各類閥件、計量設(shè)備、附屬建筑物及其它相關(guān)設(shè)施進行安全性檢驗，及時發(fā)現(xiàn)并處理管道及閥件等在制造、施工過程中可能存在的質(zhì)量問題，排查安全隱患，為試驗性充水順利進行創(chuàng)造條件。

1 工程概況

12 號馬莊分水口門位于魯山縣辛集鄉(xiāng)馬莊村東南總干渠右岸，主要供平頂山市新城區(qū)規(guī)劃水廠用水，年均分配水量7300 萬m3。口門處總干渠設(shè)計樁號為SH(3)20+004.90，設(shè)計水位130.18m，加大水位130.83m，渠底高程123.18m。輸水管線起點位于馬莊分水口門出口涵洞末端，終點為平頂山新區(qū)規(guī)劃水廠，線路總長6.97km，設(shè)計流量2.60m3/s，采用DN1400PCCP管。輸水管線自進水池引水后，向東偏南經(jīng)馬街南、西王營南至焦莊西北規(guī)劃水廠。沿線共布置穿越工程2 座，分別為樁號2+990 處鋼管穿越鄭堯高速、樁號4+770 處PCCP 管穿越應(yīng)河；各類閥井23 座，其中控制閥、檢修閥井7 座，空氣閥井10 座，排空閥井3 座，流量計井2 座，調(diào)流閥空氣閥井1 座，鎮(zhèn)墩24 個。

2 靜水壓試驗方案及實施計劃

2.1 靜水壓試驗分段

靜水壓試驗分段可結(jié)合工程總體布置從以下幾方面考慮：①管材壓力等級；②工程分標；③檢修分段；④管材分段。根據(jù)12 號口門供水工程現(xiàn)場條件，實現(xiàn)全線分段靜水壓試驗，以檢修閥作為分段節(jié)點，并結(jié)合輸水管線控制閥、放空閥設(shè)置和管材壓力等級、水源及排水條件等因素，確定分兩段進行。第一段：進口1#檢修閥井至鄭堯高速9#檢修閥井；第二段：鄭堯高速9#檢修閥井至新城區(qū)規(guī)劃水廠23#檢修閥井。詳見表1。

表1 12 號口門輸水管道靜水壓試驗段劃分明細表

2.2 試驗壓力值

靜水壓試驗壓力值從以下方面考慮：①試驗壓力取值采用豫調(diào)建[2013]60 號文規(guī)定：當管道工作壓力Pw≤1.50MPa 時，管道水壓試驗取值為1.20Pw，當Pw＞1.50MPa 時，管道水壓試驗取值為Pw+0.30MPa；②試驗壓力一般不大于試驗段內(nèi)最不利點管材的設(shè)計工作壓力；③試驗壓力不得小于正常運行通過加大流量時的管線內(nèi)水壓力。

根據(jù)12 號口門管道設(shè)計靜水壓力，對應(yīng)試驗段選取相應(yīng)試驗壓力值。12 號口門輸水管道進口最高水位為130.73m；第一試驗段管道最低點為樁號2+914.33 處，高程為114.82m；第二試驗段管道最低點為樁號4+695.27 處，高程為105.30m。當末端閥門關(guān)閉時，各試驗段試驗壓力值見表2。

表2 各試驗段試驗壓力數(shù)值表

2.3 靜水壓試驗方案實施計劃

靜水壓試驗方案實施計劃包括：①靜水壓試驗方案；②靜水壓試驗實施方案；③堵頭設(shè)計；④水源點選取、注水口位置及排水設(shè)計；⑤試驗壓力分級及觀測制度規(guī)定；⑥加壓設(shè)備、壓力計選擇及通訊設(shè)備；⑦質(zhì)量和安全保障措施；⑧組織機構(gòu)安排；⑨應(yīng)急預(yù)案。

2.3.1 堵板及靠背設(shè)計

根據(jù)豫調(diào)建【2013】60 號文規(guī)定，閥門可做為靜水試驗的堵頭，但應(yīng)復(fù)核受力條件，必要時設(shè)置特制堵頭止水。根據(jù)試驗分段，12 號口門1，9，23#檢修閥門可作為堵板，閥井做靠背。閥門的設(shè)計工作壓力均為1.00MPa，大于試驗壓力0.20，0.30MPa，且閥門在出廠前應(yīng)已進行閥體密封性試驗及強度試驗，滿足堵板的安全要求。但若有不能滿足試壓要求的，則應(yīng)將閥門卸掉焊接堵板或采取其他措施，以確保試壓安全。

前期設(shè)計考慮了在檢修閥井前后設(shè)置止推環(huán)，以抵抗閥門關(guān)閉后由靜水壓力產(chǎn)生的推力，并通過止推環(huán)傳到閥井上，可利用閥井作靠背，但應(yīng)通過計算確認閥井是否滿足抗滑穩(wěn)定要求，若不滿足則應(yīng)在閥井前后加設(shè)鎮(zhèn)墩以加強靠背。第一試驗段壓力較小，且1#閥井前、9#閥井后均設(shè)有鎮(zhèn)墩，因此選擇第二試驗段23#檢修閥井進行靠背計算。經(jīng)計算在考慮主動土壓力情況下，檢修閥井抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K＝T/R＝4.82＞1.25，滿足安全要求。

2.3.2 水源、注水口位置及排水線路各試驗段水源、注水口及排水口位置詳見表3。

表3 各試驗段水源、注水口及排水口位置表

若試驗段內(nèi)有多個排空閥，可分段開啟具有排水條件的排空閥進行自流排水，過閥流速≤0.30m/s。對自流不盡的管道積水進行強排，管道底部通過長軸深井泵排不凈的少量存水，可放入便攜式潛水電泵進行排水。

2.3.3 試驗壓力分級及觀測

重點對試驗段安全檢測設(shè)施進行觀測。逐步緩慢分級升壓，每級0.10MPa，每升一級后穩(wěn)壓≥15min，對應(yīng)檢查后背、支墩、管身、鎮(zhèn)墩、閥井、閥件及接口，并及時進行安全監(jiān)測采集數(shù)據(jù)，當無異?，F(xiàn)象時，再繼續(xù)升壓。

2.3.4 試驗組織機構(gòu)及工作職責

一是成立由建管局、設(shè)計、監(jiān)理、施工、設(shè)備廠家等單位人員組成的試驗工作指導(dǎo)小組，負責試驗的組織、實施、技術(shù)指導(dǎo)、突發(fā)事件處理、試驗結(jié)果確認等工作。二是成立由12 號口門施工標段監(jiān)理、施工等單位人員組成的試驗工作實施小組；施工單位為試驗責任主體，其項目經(jīng)理為實施小組責任人，負責實施小組一切試驗工作落實和完成；負責完成各試驗段的人員配置、注水、試驗記錄、突發(fā)事件應(yīng)急處理、修補、排水、試驗資料整理等各項工作。

3 靜水壓試驗實施方案

3.1 試驗具備的條件

靜水壓試驗開始前必須滿足實施計劃所列出的條件方可進行，試驗前由設(shè)計、設(shè)備廠家等專業(yè)人員進行試驗前技術(shù)培訓、各崗位培訓，熟練掌握操作規(guī)程。

3.2 靜水壓試驗步驟及工作流程

試驗前準備注水試壓結(jié)果判定合格泄壓排水。

3.2.1 第一段靜水壓力試驗

先把1#～9#閥井之間所有排氣閥、檢修閥、控制閥等閥門打開，排空閥閥門關(guān)閉，再把1#，9#閥井處的排氣閥、檢修閥卸掉，從1#閥井進人孔向管道內(nèi)注水，全線觀察，待水位快到1#，9#閥井進人孔口時，分別用法蘭裝上裝有試壓泵、壓力表、表彎、三通旋塞閥等的管道。這樣在1#，9#閥井處同時各安裝有2 個壓力表，繼續(xù)向管內(nèi)注水至壓力0.20MPa，觀察靜水壓力情況。

3.2.2 第二段靜水壓力試驗

過程基本同第一靜水壓力試驗過程，只是可先把第一試驗段管內(nèi)的水先直排至第二試驗段，能排進去的排，不能排進去用水泵在9#閥井處強排至附近的自然溝道內(nèi)。當水源充足時，宜采用全線充水分段打壓試驗比較安全。試驗段起始、終端閥井處用法蘭裝上裝有試壓泵、壓力表、表彎、三通旋塞閥等的管道。靜水壓試驗工作流程詳見圖1。

圖1 靜水壓試驗工作流程圖

4 結(jié)語

靜水壓試驗實施方案還包括質(zhì)量、安全保證措施及應(yīng)急預(yù)案，這些也是靜水壓試驗?zāi)茼樌麑嵤┑谋夭豢缮俚牟糠?，?yīng)予以足夠的重視。靜水壓試驗是壓力管道竣工驗收之前履行的一個試驗項目，是對壓力輸水管道的綜合驗證。因此從防止惡性事故發(fā)生、系統(tǒng)檢驗工程質(zhì)量、減少管道滲漏損失、確保工程運行調(diào)度可控、為試驗性通水提供技術(shù)保障、為工程驗收提供技術(shù)資料、確保工程順利投入運行等多方面考慮，配套工程在竣工驗收前進行靜水壓試驗是必要的。