PCCP管道水壓試驗(yàn)技術(shù)研究

（山西水投汾河水務(wù)有限公司 山西太原030031）

1 工程概述

某工程主體工程為管道建安工程，主要包括PCCP 管、管道陰極防腐各類閥井、閥門、管道附件、構(gòu)（配）件、管道鎮(zhèn)支墩等。主管道為4 根DN3200 的PCCP 管或鋼管。

根據(jù)工程各因數(shù)綜合分析比較，將水壓試驗(yàn)分為1 km 水壓試驗(yàn)和10 km 水壓試驗(yàn)。兩個(gè)試驗(yàn)段內(nèi)的管道沿線均設(shè)計(jì)有排氣閥井和排水閥井，便于注水時(shí)排氣和試驗(yàn)結(jié)束時(shí)排水。

本工程管道水壓試驗(yàn)采用的是注水法，對(duì)已敷設(shè)的PCCP 管道注滿水后，在規(guī)定的時(shí)間和試驗(yàn)壓力值的條件下檢驗(yàn)并計(jì)量在恒壓時(shí)間內(nèi)補(bǔ)入該試驗(yàn)管道內(nèi)的水量是否符合規(guī)定允許的滲水量標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)。它是對(duì)輸水管道、接頭、管件、各種閥件及鎮(zhèn)墩、連通、分水口等附屬構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、施工、安裝階段的綜合驗(yàn)證，是通水之前必須檢測(cè)的一個(gè)主控項(xiàng)目，以驗(yàn)證管道及各附屬構(gòu)（建）筑物是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2 水壓試驗(yàn)技術(shù)要求

PCCP 管材試驗(yàn)壓力為工作壓力加0.3 MPa。管道安裝完成1 km 后，應(yīng)進(jìn)行首段水壓試驗(yàn)。首段水壓試驗(yàn)合格后，隨安裝進(jìn)度利用打壓管逐段進(jìn)行水壓試驗(yàn)，分段長(zhǎng)度不宜超過10 km，解決管道水壓試驗(yàn)的所有限制條件，按所規(guī)定的標(biāo)注及要求進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

因本工程水壓試驗(yàn)采用注水法。依據(jù)《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》將建安工程管道水壓試驗(yàn)分為兩個(gè)試驗(yàn)階段，分別是預(yù)試驗(yàn)階段和主試驗(yàn)階段；兩個(gè)試驗(yàn)階段合格的判定標(biāo)準(zhǔn)是工程是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的判定標(biāo)準(zhǔn)，即為設(shè)計(jì)文件要求和合同文本中規(guī)定的接口、管身無破損及漏水現(xiàn)象且補(bǔ)水量不超過規(guī)定滲水量時(shí)，判定為水壓試驗(yàn)合格。

管道水壓試驗(yàn)前，附屬設(shè)備安裝、管道回填土、排水設(shè)施、供電設(shè)施等需符合相關(guān)的規(guī)定，施工單位還應(yīng)編經(jīng)過監(jiān)理工程師審核并批復(fù)后制試驗(yàn)方案（必要時(shí)還應(yīng)經(jīng)過專家論證）其內(nèi)容必須包括：后背及堵板的設(shè)計(jì)，后背必須設(shè)在原狀土或人工后背上（必要時(shí)需加固土質(zhì)）后背墻體面應(yīng)平整；加壓設(shè)備及壓力計(jì)的選擇應(yīng)滿足本工程水壓試驗(yàn)的要求；進(jìn)水管路的鋪設(shè)排水孔及排氣孔的安裝位置應(yīng)在便于人工操作的位置；升壓分級(jí)的劃分及水壓試驗(yàn)流程圖和水壓試驗(yàn)的具體步驟；試驗(yàn)管段的應(yīng)急措施；注入的水應(yīng)為無污染的天然水，沖洗排出的水，不得影響周圍生態(tài)環(huán)境，應(yīng)采取一系列措施保證人員、交通及本工程設(shè)施和周圍人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全。

在從下游向管道緩慢注水的過程中，要將管道上游頂端和管道高點(diǎn)設(shè)置的排氣閥打開，使管道內(nèi)的氣體隨時(shí)排出管外，以免由于空氣的影響，導(dǎo)致管道水壓試驗(yàn)失敗。

3 水壓試驗(yàn)方案

成立PCCP 管道水壓試驗(yàn)組織機(jī)構(gòu)后，選取合理的1 km 和10 km 水壓試驗(yàn)段，安排時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。

水壓試驗(yàn)管段設(shè)施布置詳見圖1。

圖1 水壓試驗(yàn)管段設(shè)施布置圖

水壓試驗(yàn)工藝流程見圖2。

圖2 水壓試驗(yàn)工藝流程圖

4 水壓試驗(yàn)施工方法

4.1 準(zhǔn)備工作

巡查人員到位并做好充水前的巡查，最后一次檢查供水及供電系統(tǒng)，確認(rèn)系統(tǒng)能正常工作。

4.2 管道充水

1）1 km 水壓試驗(yàn)

水壓試驗(yàn)時(shí)，利用下游側(cè)打壓管的進(jìn)人孔作為注水孔，采用250 QJ100-36 水泵取水，通過DN200 mm的水管向試驗(yàn)管道內(nèi)注水，在水泵出水口一側(cè)安裝高壓閘閥（241H-25-200）及流量計(jì)，控制和記錄水量。本工程擬投入2 臺(tái)水泵同時(shí)注水，水泵的綜合效率取0.75，則需54 h 即可將1 km 水壓試驗(yàn)段管道充滿。

2）10 km 水壓試驗(yàn)

本段試驗(yàn)擬投入3 臺(tái)200L1-2/30 水泵注水，水泵綜合效率取0.75，則需207 h（約8.7 d）可以完成注水作業(yè)。利用管道沿線的排氣閥井作為初始的管道注水口，注水時(shí)在排氣閥井距離的較近的河流中抽水，注水口附近設(shè)置20 m3的水箱作為臨時(shí)儲(chǔ)水箱，管道即將充滿時(shí)，利用上游側(cè)打壓管的進(jìn)人孔作為注水孔，該段由于距離較遠(yuǎn)，采用6 吋污水泵抽水。將敞開的排氣閥井全部關(guān)閉封堵，安裝臨時(shí)排氣閥作為管道充水時(shí)的排氣通道。供水系統(tǒng)布置詳見圖3。

3）管道充滿水后，在水壓試驗(yàn)前，管道浸泡時(shí)間不小于72 h。

4.3 沿線檢查

在管道充水過程中，巡查人員24 h 沿線巡查或檢查排氣閥井工作是否正常，有無地表滲水、變形現(xiàn)象并做好記錄，同時(shí)對(duì)于重點(diǎn)部位應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

圖3 10 km 水壓試驗(yàn)供水系統(tǒng)布置圖

4.4 加壓及觀測(cè)

1）試驗(yàn)壓力

根據(jù)《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和設(shè)計(jì)要求，本工程壓力管道水壓試驗(yàn)壓力為管道工作壓力P+0.3 MPa。1 km 水壓試驗(yàn)段的管道工作壓力均為1.6 MPa，水壓試驗(yàn)壓力為1.9 MPa；10 km 水壓試驗(yàn)段的管道工作壓力變化較大，其中管道高程最高處的工作壓力為1.0 MPa，則根據(jù)設(shè)計(jì)要求規(guī)定，水壓試驗(yàn)壓力為1.3 MPa。

2）壓力分級(jí)

水壓試驗(yàn)應(yīng)采用分級(jí)增壓，增壓一次都必須檢測(cè)管道、管件接口以及附屬設(shè)施，是否出現(xiàn)異常，管道各部位的排氣閥是否打開，增壓過程中，壓力表的指針刻度是否穩(wěn)定上升，如出現(xiàn)異常擺動(dòng)現(xiàn)象，首先考慮排氣，只有在保證此級(jí)增壓安全時(shí)，才可以進(jìn)行下一級(jí)增壓。

本工程水壓試驗(yàn)第一次加壓為0.3 MPa，以后每級(jí)均為0.2 MPa，每次升壓后，穩(wěn)壓時(shí)間不少于15 min（為保持壓力，允許向管內(nèi)補(bǔ)水）。

每次升壓完成后，分析巡查過程中出現(xiàn)的異常情況和記錄的數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

壓力分級(jí)表詳見表1。

3）預(yù)試驗(yàn)階段

預(yù)試驗(yàn)階段是由下游將達(dá)標(biāo)水緩慢的注入管道內(nèi)，注意排氣、滲水、損壞等，將壓力穩(wěn)壓30 min，發(fā)現(xiàn)管道壓力下降時(shí)，可以補(bǔ)水，但不能高于試驗(yàn)壓力，如該階段出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，查明原因，進(jìn)行糾錯(cuò)后，重新預(yù)壓力試驗(yàn)。

4）主試驗(yàn)階段

主試驗(yàn)階段是在預(yù)試驗(yàn)階段補(bǔ)水后，壓力值穩(wěn)定15 min 未降低，或降低沒有超過0.03 MPa 時(shí)，可以將壓力調(diào)整到正常的工作壓力，在30 min 內(nèi)，外觀沒有出現(xiàn)各類部件、附屬設(shè)施異常，各類值都在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，則可以判斷管道水壓試驗(yàn)合格。

表1 壓力分級(jí)表

5）滲水量測(cè)定

（1）水壓試驗(yàn)允許滲水量計(jì)算

本工程PCCP 管道水壓試驗(yàn)允許滲水量根據(jù)下式計(jì)算：

式中：Di——管道內(nèi)徑，mm；

q——允許滲水量，L/（min·km）；

代入數(shù)據(jù)可知，DN3200 的PCCP 管道水壓試驗(yàn)的允許滲水量為7.918 L/（min·km）。

（2）實(shí)測(cè)滲水量計(jì)算

本工程PCCP 管道水壓試驗(yàn)實(shí)測(cè)滲水量根據(jù)下式計(jì)算：

式中：q——實(shí)測(cè)滲水量，L/（min·km）；

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)管段長(zhǎng)度，m。

管道水壓試驗(yàn)時(shí)，實(shí)測(cè)滲水量應(yīng)小于允許滲水量。

6）后背計(jì)算

管道試壓采用止推方式為試壓堵頭后管道與土壤摩擦力為反力方式，故考慮到管線中不同工壓，覆土的管道，按最不利情況計(jì)算止推長(zhǎng)度。即：工壓按設(shè)計(jì)工作壓力1.6 MPa，覆土厚度均按最小2.5 m 為基本條件計(jì)算止推長(zhǎng)度。計(jì)算結(jié)果止推長(zhǎng)度為106 m，管節(jié)為22 節(jié)。具體計(jì)算見下式。

堵頭止推長(zhǎng)度計(jì)算：

輸入管內(nèi)徑Di=320 cm；輸入接頭直徑Dj=334.3 cm；

輸入管外徑Do=378.8 cm；輸入土壤單位重Rs=1.9 t/m3；

輸入設(shè)計(jì)壓力Pw=16 kg/cm2；輸入試水壓力PS=19 kg/cm2；

輸入土壤磨擦系數(shù)C=0.3；每米管長(zhǎng)單位重Wp=8.6 t；

設(shè)計(jì)壓力時(shí)軸向拉力Tw=Pw×3.14×（Dj/2）2=1 404.4 t

試水壓力時(shí)軸向拉力Ts=PS×3.14×（Dj/2）2=1 667.7 t

每米長(zhǎng)覆土重Wr=Rs×Do×B=17.9 t

每米公尺長(zhǎng)管內(nèi)水重Ww=3.14×（Di/2）2=8 t

止推長(zhǎng)度L=Ts ［C×（2Wr+Wp+Ww）］=106 m

最少所需管道數(shù)量22 根。

7）排氣孔和排水孔設(shè)計(jì)

試驗(yàn)段管道包括有排氣閥井，排氣閥井可以作為排氣通道，同時(shí)在上下游管道打壓管上分別安裝一個(gè)復(fù)合式高速排氣閥（型號(hào)為PG4X），排氣管路與上下游進(jìn)人孔相連接，安裝水泵，管道內(nèi)剩余的少量水可以通過排水閥井排出。

8）打壓設(shè)備、壓力表的選擇及安裝

按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，如果要用彈簧壓力計(jì)時(shí)，使用前要有關(guān)部門校正，并出具符合相關(guān)規(guī)范的校核合格證書，精度要大于或等于1.5 級(jí)，最大測(cè)量范圍為該管道試驗(yàn)壓力的1.3～1.5 倍，表殼公稱直徑大于或等于150 mm。為滿足試驗(yàn)要求，在上下游側(cè)分別安裝1 個(gè)精密壓力表（YB-150A），壓力表參數(shù)見表2。管道的試驗(yàn)壓力以最高點(diǎn)（上游側(cè)）為準(zhǔn)。

表2 壓力表參數(shù)表

根據(jù)試驗(yàn)要求，本次試驗(yàn)壓力為1.9 MPa，管道允許最大滲水量為7.2 L/（min·km），則1 km 水壓試驗(yàn)和10 km 水壓試驗(yàn)時(shí)打壓泵的供水流量分別為0.4 m3/h和4 m3/h。所以打壓水泵選型時(shí)流量應(yīng)大于4 m3/h，揚(yáng)程應(yīng)大于190 m，故選用CDLF16-160 多級(jí)離心泵作為加壓泵，揚(yáng)程222 m，滿足試驗(yàn)要求。加壓泵（加壓水泵參數(shù)見表3）從儲(chǔ)水池取水，在出水管道上安裝閘閥（Z414-25-100）和截止閥（DN100 mm）及流量計(jì)表。

表3 加壓水泵參數(shù)表

9）卸壓及排水

水壓試驗(yàn)完成合格后，將管道內(nèi)的水降壓，逐級(jí)泄壓，然后進(jìn)行管道內(nèi)的排水。發(fā)現(xiàn)有排水管路泄漏要及時(shí)處理；將水及時(shí)排放至規(guī)定地點(diǎn)，不得影響周圍環(huán)境和造成安全隱患。

5 結(jié)語

通過對(duì)PCCP 管道的水壓試驗(yàn)實(shí)施準(zhǔn)備、試驗(yàn)段的選擇、試驗(yàn)過程等的控制，PCCP 管道密閉性及安裝質(zhì)量及各類閥井、閥門、管道附件、構(gòu)（配）件等水機(jī)設(shè)備的安裝和運(yùn)行質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和通水要求，本項(xiàng)目PCCP 管道水壓試驗(yàn)取得了成功，為工程驗(yàn)收及通水提供了有力的保證。