輸水管道水壓試驗的技術總結

成　雷

(山東省膠東調水局東營分局， 山東 廣饒　257300)

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輸水管道水壓試驗的技術總結

成雷

(山東省膠東調水局東營分局， 山東 廣饒257300)

【摘要】輸水管道施工中的水壓試驗是對管材、接口、施工等質量的綜合檢查，更是工程驗收前必不可少的關鍵試驗項目。本文通過對螺旋鋼管、PCCP管和玻璃鋼管三種不同材質輸水管道水壓試驗的綜合分析，為同類水利工程管道施工提供借鑒。

【關鍵詞】膠東調水； 輸水管道； 水壓試驗

山東省膠東地區(qū)引黃調水工程，設計年調水量近4億m3,是山東省投資最大、距離最長、跨區(qū)域最多的大型水資源調配工程。工程建成后，黃河水從博興自漁張引黃閘引出，利用原有明渠輸水至昌邑宋莊泵站，后分水經新建暗渠、輸水管道輸水至棲霞門樓水庫，再經分水通過輸水管道輸水至文登米山水庫。其中門樓水庫至米山水庫段設計輸水管道一根，全長107.7km，根據地形、地質等實際情況采用DN1600～DN2200螺旋鋼管、PCCP管和玻璃鋼管三種輸水管道。

1水壓試驗前的準備工作

1.1后背設計

管道的后背需要承受水壓試驗過程中對管道產生的所有推力，后背必須堅固結實，否則管道會發(fā)生縱向位移，損壞壓蘭和固定螺栓，管道甚至發(fā)生環(huán)向開裂，造成安全事故。因此試驗前要對后背的允許推力進行認真核算。

a.后背土墻的允許抗力。當管堵傳遞給后背的作用力與后背墻被動土壓力的合力作用點重合時，后靠背允許抗力可按式(1)計算：

(1)

式中Ep——后 背墻每米寬度上的被動土壓力,kN/m；

γ——后背土的重力密度,kN/m3，取19kN/m3;

H——后背墻高度,m,取4m；

h——后背墻頂端至地面高度，m，取1m；

φ——后背土體的內摩擦角，取12°；

c——后背土體的黏聚力，24kPa(24kN/m2)；

Kp——被動土壓力系數，按式(2)計算。

(2)

b.作用在后背的力。試壓時，管道作用在后背的力按式(3)計算：

(3)

式中R——管堵傳遞給后背的作用力；

P——試壓管段管端承受的壓力。

c.承受的壓力P可由式(4)計算：

(4)

式中P——試壓管段管端承受的壓力；

Ps——試驗壓力,N/mm2；

r——管道內徑,mm。

d.后背墻受力寬度B可由式(5)計算：

(5)

式中B——后背受力寬度,m；

R——管堵傳遞給后背的作用力；

Ep——后背墻每米寬度上的被動土壓力,kN/m。

其中2為安全系數。

e.后背土層長度L可由式(6)計算：

(6)

式中L——沿后背受力方向長度,m；

LR——附加安全長度,m,取0.5[1]。

以DN2000的螺旋鋼管為例，其水體產生的作用力計算得3140kN，這么巨大的作用力對盲板焊接質量及位置選擇要求非常高。根據管節(jié)布置情況，盲板均選擇設置在管道彎頭前，與管節(jié)方向垂直，盲板按管節(jié)的內徑尺寸下料，壁厚2cm，放在管節(jié)內雙面均勻焊接，考慮其穩(wěn)定性，盲板背撐采用10cm×10mm的槽鋼雙面焊接，待試壓完成后在鋼管頂部開“人孔”取出盲板。

1.2管道末端后背設計

試驗管節(jié)盲板均設置在鋼制彎頭前面，彎處要制作加筋混凝土鎮(zhèn)墩，且在混凝土達到強度等級后方能進行壓力試驗，這樣便能有效抵擋沿管節(jié)方向對盲板的作用力。管道末端后背采用C25混凝土墩和天然原狀土體作為支撐，以DN2000螺旋鋼管為例，起點、終點端部的支墩做法詳見圖1。

圖1　DN2000螺旋鋼管起點、終點端部的支墩做法

1.3堵板設計

膠東調水工程所用的輸水管道內徑都大于600mm，因此管道端部的首個接口必須使用柔性接口，這樣可以避免后背產生微小縱向位移對管道產生的損壞，同時通過監(jiān)測柔性接口變化及時采取措施防止事故發(fā)生。

1.4試驗設備

壓力表采用彈簧壓力表，精度不低于1.5級，數目不少于兩塊，滿刻度不小于1.3倍的試驗壓力，表殼的公稱直徑宜大于150mm，且在周檢期內并經鑒定合格；采用多級離心泵作增壓泵。增壓泵、壓力計應安裝在試驗輸水管道首尾兩端的支管上，支管要與管道軸線相垂直。

1.5水源及排水疏導措施

試驗管道靠近外夾河、內夾河等天然河流，水源充足，水質優(yōu)良，能滿足試驗用水要求。試驗完成后,采用鋪設導管的方法將管道內的試驗用水放空排到附近市政排水管道中，嚴禁隨意排放，造成淹地問題。

1.6水壓試驗前的其他事項

a.封閉試驗管段的所有敞口，確保沒有滲水漏水現象。

b.嚴禁用閘閥做試驗管段的堵板，安全閥等附件要盡數拆除。

c.試驗前將管內清除干凈，不得有雜物遺留，將管內氣體排盡。

d.玻璃鋼管管道中最后一個焊接接口焊接完畢1h以上方可進行水壓試驗。

e.試驗前將管道附屬設備檢查一遍，確保按設計要求緊固合格；支墩等混凝土強度滿足試驗要求。

f.為方便檢查滲漏處，管道頂部回填土宜留出接口位置[2]。

2水壓試驗

2.1管道水壓試驗原理

管道水壓試驗如圖2所示。

圖2　試壓示意圖

2.2管道浸泡

試驗前將管道充滿水，在小于或等于設計壓力下使管道充分浸泡，不同材質的管道具體浸泡時間如表1所列。充水時水自管道下游向上游慢慢流入，同時打開排氣閥，不停充水至排出連續(xù)水流且不再帶有氣泡為止，停止充水將排氣閥關緊。

表1　壓力管道水壓試驗前浸泡時間

2.3管道升壓

水壓試驗前，要多次進行初步升壓才能排盡管道內的氣體，只有確定管道內氣體徹底排出后才可進行，否則容易出安全事故。如果出現下列情況表明管道內氣體還沒有徹底排出排盡，需要繼續(xù)排氣直到徹底排出。

a.升壓時，水泵雖然不停充水，但壓力表升壓速度非常緩慢。

b.升壓時，壓力表指針大幅度左右擺動且讀數不穩(wěn)。

c.當升壓至0.4MPa時，停止充水打開放水閥，水柱中有“突突”的聲響并有許多氣泡噴出。

2.4水壓試驗

a.預試驗階段。給管道充水緩慢分級升壓到試驗壓力，穩(wěn)壓0.5h。升壓期間如果發(fā)現壓力下降可通過注水補壓。穩(wěn)壓期間觀察壓力表有無壓降，管道及其接口有無滲漏現象,當發(fā)現有漏水或損壞現象時應立即停止試壓，找出原因并泄壓后再進行修補，經再次檢查合格后才可重新進行試壓。

b.主試驗階段。停止注水后穩(wěn)壓0.25h；當0.25h后壓力降小于或等于(P+0.5)MPa，再將試驗壓力降至設計壓力并保持恒壓0.5h，不同材質的管道壓力降未超過表2的允許值，且沒有漏水現象發(fā)生，則說明水壓試驗合格[3]。

表2　壓力管道水壓試驗的允許壓力降

2.5試驗管道的穩(wěn)定措施和安全措施

a.升壓過程中，發(fā)現壓力表讀數不穩(wěn)，表針不停左右擺動，升壓速度緩慢時，說明管道內存有氣體，需要重新排氣，將氣體排盡后再升壓。

b.升壓時要緩慢分級，每級穩(wěn)壓10min，同時認真檢查管道、接口及其固定件，如無異常再繼續(xù)升壓。

c.水壓試驗時，后背頂撐、管道兩端嚴禁站人。

d.由于管徑大，注水打壓是一個較慢長的過程，兩端設置盲板處土方不能回填，考慮長時間地下水的滲透對邊坡影響，溝槽底可砌筑1m磚砌擋墻，上部邊坡按安全系數放坡，溝槽上方設置臨時圍擋，掛牌警示。

2.6異常情況的排除

在試壓過程中，如果出現下列情況應停止試壓，及時檢查處理搶修后再重新根據流程試壓。

a.閘閥、法蘭盤漏水，應檢查橡膠墊是否墊好，螺絲是否緊固到位。

b.兩管間接頭漏水，應檢查管道承接是否到位，橡膠圈承接時由于用力過猛，是否錯位。

c.彎頭處漏水，檢查支墩是否被擠壞，接口處是否已出橡膠圈，承接橡膠圈是否錯位。

3沖洗消毒

管道沖洗應用清潔水沖洗至出口水樣濁度小于3NTU為止，沖洗流速應大于1m/s，連續(xù)沖洗。管道第二次沖洗應在第一次沖洗后，用有效氯離子含量不低于20mg/L的清潔水浸泡24h，再用清潔水進行第二次沖洗直至水質檢測部門取樣化驗合格為止[4]。

4結語

輸水管道具有流速快、蒸發(fā)損失小、避免水質污染等優(yōu)點，在水利工程中應用越來越廣泛，膠東調水工程于2013年竣工通水，3年輸水檢驗證明：本文總結的水壓試驗技術要點對管道施工質量起到了很好的檢驗作用。

參考文獻

[1]李石勇.阿爾及利亞安納巴輸水管道工程水壓試驗研究[J].陜西水利, 2010(1):87-88.

[2]馬從茗,鞏娜,曲玉增.大直徑輸水工程壓力管道水壓試驗[J].山東水利,2011(9):37-38.

[3]徐鋒,劉先念,李雙麟.大伙房水庫輸水應急入連工程PCCP鋪裝工程七標段分段水壓試驗方案[J].水利建設與管理,2012(S1):73-77.

[4]賴紅波.論給排水管道施工質量控制[J].工程建設與設計, 2013(11):123-125.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.008

中圖分類號：TV672+.2

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0027- 04

Technical summary of water pipe hydraulic test

CHENG Lei

(ShandongJiaodongWaterDiversionBureauDongyingBranch,Guangrao257300,China)

Abstract：Hydraulic test in water pipe construction refers to a comprehensive examination on quality of pipe materials, interface, construction, etc. It is also an essential key test item before project acceptance. In the paper, hydraulic test in water pipe made of three different materials are analyzed comprehensively, including spiral steel pipe, PCCP pipe and glass steel pipe, thereby providing reference for pipeline construction in similar water resources projects.

Key words：Jiaodong water diversion; water pipe; hydraulic test