閥門井在黃水東調(diào)水壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

王 青 ，李雅萍 ，賈 楠

（1.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014；2.成武縣公路管理局，山東 成武 274200）

山東省黃水東調(diào)應(yīng)急工程是為解決膠東地區(qū)尤其是濰坊北部地區(qū)工業(yè)和生活供水嚴(yán)重不足而建設(shè)的應(yīng)急性調(diào)水工程，工程設(shè)計(jì)年引水量為4.52億m3，供水流量為15m3/s。長距離調(diào)水工程試壓段較多，而且后背墻澆筑完畢后達(dá)到一定強(qiáng)度后才能進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后還需要拆除，因此對(duì)工期緊張的項(xiàng)目非常不利。本文以山東省黃水東調(diào)應(yīng)急工程為例，在閥門井設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮施工階段中水壓試驗(yàn)因素，利用閥門井作為后背代替試壓墩進(jìn)行水壓試驗(yàn)，使其既能滿足閥門井的正常使用、檢修功能，又能滿足水壓試驗(yàn)的要求。

1 閥門井作為試壓墩進(jìn)行水壓試驗(yàn)

1.1 正常水壓試驗(yàn)存在的問題

1）試壓裝置復(fù)雜，包括千斤頂、鋼板、堵板、后背等，試驗(yàn)段試壓前澆筑后背，試壓后需拆除，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2）大口徑管道試壓時(shí)推力較大，如沿線原狀土質(zhì)較差可能存在支撐力不足導(dǎo)致土體變形較大的情況。

3）不能進(jìn)行連續(xù)試壓，試壓過程耗時(shí)較長，不能滿足工期較緊的項(xiàng)目。

1.2 閥門井作為試壓墩進(jìn)行水壓試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案

閥門井代替后背作為試壓墩的設(shè)計(jì)方案，是指閥門井集試壓墩和正常功能于一體，運(yùn)行工況下，能滿足管道的正常使用和檢修，試壓情況下，作為試壓墩滿足管道水壓試驗(yàn)的需求。

水壓試壓時(shí)，閥門井承擔(dān)管段試壓壓力，起到固定管道的作用，防止管道發(fā)生位移及對(duì)下游的玻璃鋼管造成破壞。閥門井配合一體化封堵板（一體化封堵板采用兩端帶有法蘭、內(nèi)部設(shè)有盲板的短鋼管，封堵板上下游法蘭間尺寸與所需安裝的閥門尺寸一致，封堵板兩端法蘭與上下游管道連接，將管道分割成相鄰的上下游試壓管端）使用，完成試壓段管道的水壓試驗(yàn)。試壓完畢后將封堵板更換為通孔法蘭短管或閥門。

1.3 參與水壓試驗(yàn)的閥門井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)水壓試驗(yàn)要求和沿線管道井分布情況，黃水東調(diào)應(yīng)急工程主要是利用閥門井、連通井和部分其他功能井進(jìn)行水壓試驗(yàn)。閥門井根據(jù)埋深、設(shè)備尺寸和操作空間要求，順?biāo)騼糸L8.5m，凈寬 9.5～12.0m，高 6.0～9.0m。以凈寬 9.5m，凈高7.5m閥門井為例，介紹相關(guān)設(shè)計(jì)情況，結(jié)構(gòu)布置如圖1。

閥門井根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主要存在兩種工況：1）試壓工況；2）正常運(yùn)行工況。

1.4 試壓工況的設(shè)計(jì)

試壓工況，結(jié)構(gòu)主要進(jìn)行井壁受力分析、整體穩(wěn)定性驗(yàn)算和鋼管與井壁之間抗剪計(jì)算。

圖1 閥門井結(jié)構(gòu)圖

1）井壁受力分析。井體上下游井壁承受水壓推力和土壓力，試壓壓力最大為1.3MPa。為方便計(jì)算，不考慮井壁節(jié)點(diǎn)處彎矩分配，水壓推力等效局部圓形荷載作用在管道穿井壁處，上下游井壁分別承受一半的水壓推力，水壓推力作用下上游井壁受力采用有限元法進(jìn)行計(jì)算；土壓力作用下的井壁受力按三邊固結(jié)、一邊自由雙向板計(jì)算。根據(jù)井壁受力情況，經(jīng)綜合考慮，井壁厚度取1.6m。

2）閥門井穩(wěn)定驗(yàn)算。土壓力計(jì)算，上游井壁按主動(dòng)土壓力、下游按被動(dòng)土壓力計(jì)算，正常試壓時(shí)填土高度一般為管頂以上0.5m，填土高4.7m。根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告，回填土容重18.5kN/m3，綜合內(nèi)摩擦角30°；被動(dòng)土壓力折減系數(shù)k′取0.5；閥井兩側(cè)壁厚按0.8m考慮，L=11.1m。經(jīng)計(jì)算，試壓穩(wěn)定安全系數(shù)K為1.07，滿足水壓試驗(yàn)后背設(shè)計(jì)要求。

3）安全措施。閥門井作為試壓墩的方案要求管道與井壁采用剛性連接，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，管道穿井壁處下方混凝土經(jīng)常存在振搗不密實(shí)的問題，為防止管道沿與井壁結(jié)合處孔洞滑動(dòng)，管道在穿井壁位置處可焊接短錨筋，加大與墻壁的抗剪力。對(duì)于位于沿線土質(zhì)較差位置的閥門井，閥門井上下游側(cè)填土可回填至地面高程，或周邊換填其他土體，增大抗滑穩(wěn)定系數(shù)。

1.5 正常運(yùn)行工況的設(shè)計(jì)

正常運(yùn)行情況，地下水位為地面以下1.0m，閥門井需對(duì)井壁進(jìn)行受力復(fù)核和抗浮計(jì)算。井體抗浮一般均滿足規(guī)范要求，在此不再進(jìn)行計(jì)算。

井壁主要受力為側(cè)向土壓力和水壓力，土壓力按靜止土壓力計(jì)算。井壁按三邊固定、一邊自由的雙向板計(jì)算，不考慮井壁節(jié)點(diǎn)處的彎矩調(diào)整，井壁最大彎矩為356.36kN·m。壁厚滿足要求。

2 結(jié)語

1）閥門井參與試壓的設(shè)計(jì)方案通過臨時(shí)工程與永久工程相結(jié)合的方式簡化了施工環(huán)節(jié)，閥門井澆筑完畢后，整個(gè)試壓過程只有一體化封堵板安裝、試壓、拆除封堵板、安裝閥門等步驟，施工方便，可以有效節(jié)約工時(shí)、縮短工期。

2）經(jīng)方案比較，參與試壓的閥門井使用的混凝土方量約為不參與試壓的1.5～2.0倍，工程材料有所增加。但是通過簡化流程，重復(fù)利用封堵設(shè)施，減少了人工費(fèi)用、機(jī)械費(fèi)用、其他臨時(shí)費(fèi)用和設(shè)備損耗，總體而言，投資較為經(jīng)濟(jì)合理。

3）取消后背墻的澆筑，減少了拆除棄渣量和土方的開挖回填量，節(jié)約了能源和土地占用，有利于降低工程造價(jià)。

目前山東省黃水東調(diào)應(yīng)急工程輸水管道已完成水壓試驗(yàn)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，試驗(yàn)過程中管道未發(fā)生明顯位移，管道無漏水、法蘭密封無損壞等，充分說明在大直徑管道水壓試驗(yàn)過程中閥門井代替后背作為試壓墩是可行的，尤其是對(duì)一些工期緊的項(xiàng)目，可以優(yōu)先考慮此方案。