供水工程輸水線路水壓試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

裴 劍，高永亮，張建庭

(山西省水利建筑工程局有限公司，太原 030000)

1 工程背景

山西晉中東山供水工程是山西省供飲水系統(tǒng)中的骨干工程之一，也是提升山西省水資源配置效率所修建的大型互連互通工程，該工程建成后主要從水資源相對富裕的晉中東部左權(quán)縣、榆社縣、長治市等向水資源匱乏的晉中南部平遙縣、太谷縣、靈石縣等地區(qū)調(diào)水，以補(bǔ)充水資源匱乏地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水。東山供水工程輸水線路總長度255km。東山供水工程輸水管線施工27標(biāo)段主要進(jìn)行室外球墨鑄鐵管給水管道安裝，管道結(jié)構(gòu)外徑DN=1200，為大口徑輸水管道。

為進(jìn)行輸水管道、閥件、鎮(zhèn)墩、閥室等建筑物在試驗(yàn)壓力條件下的安全情況，必須在施工結(jié)束后進(jìn)行其安裝施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，并通過水壓試驗(yàn)檢測滲流量是否符合設(shè)計(jì)要求。東山供水工程輸水線路全線水壓試驗(yàn)過程中面臨諸多困難：①輸水管道起止點(diǎn)處存在40m高差，難以保證試驗(yàn)壓力；②輸水線路較長，在進(jìn)行打壓時很容易發(fā)生滲漏，且較難排查。輸水管道注水完成后，應(yīng)通過允許壓力降和允許滲漏量互相印證的方式展開分段水壓試驗(yàn)，只有壓力降和滲漏量[1]均符合《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的情況下，才能確定管道施工質(zhì)量合格。

2 水壓試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)壓力

為降低工程投資，東山供水工程采用多管材交錯布置的形式，為此，應(yīng)根據(jù)管材壓力等級并選擇不同管段長度最長、試驗(yàn)控制標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的管段分段確定管段試驗(yàn)壓力。按照相關(guān)規(guī)范選取工作壓力最大值為相應(yīng)管段水壓試驗(yàn)壓力值，但其取值必須小于管段內(nèi)設(shè)備公稱壓力，所確定的山西晉中東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道水壓試驗(yàn)壓力。東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道試驗(yàn)壓力，見表1。由表中數(shù)據(jù)可知，東山供水工程輸水管路從起始到末端的工作壓力有0.4MPa、0.5MPa和0.7MPa三種，并分別采用的0.9MPa、1.0MPa和1.2MPa的試驗(yàn)壓力。若要對輸水管路全線進(jìn)行水壓試驗(yàn)，則管道起始點(diǎn)試驗(yàn)壓力達(dá)到0.9MPa的基礎(chǔ)上，其末端試驗(yàn)壓力必須增加至1.2MPa，壓力增幅達(dá)到33.33%，會對輸水管道安全產(chǎn)生不利影響；若降低管道末端試驗(yàn)壓力，則無法達(dá)到水壓試驗(yàn)的目的。

表1 東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道試驗(yàn)壓力

為此，必須加強(qiáng)輸水管道、閥件、鎮(zhèn)墩、閥室等在試驗(yàn)壓力下安全程度的檢驗(yàn)，具體而言，應(yīng)檢測管道和閥件等的安裝質(zhì)量、滲流量等是否符合設(shè)計(jì)要求，同時又不影響輸水管道安全運(yùn)行。此外，還應(yīng)對東山供水工程輸水管道實(shí)行分段水壓試驗(yàn)，以降低水壓試驗(yàn)對輸水管道安全的影響程度。

2.2 管道試驗(yàn)段長度確定

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，壓力輸水管道水壓試驗(yàn)段長度應(yīng)控制在1.0km以內(nèi)，而無壓力輸水管道閉水試驗(yàn)段長度應(yīng)控制在5個連續(xù)井段內(nèi)。東山供水工程輸水管道采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，管材在出廠前已經(jīng)經(jīng)過水壓試驗(yàn)，在安裝時也已經(jīng)進(jìn)行了管段接頭的打壓試驗(yàn)，并嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行管道回填施工。所以，本供水工程輸水管道水壓試驗(yàn)段長度可在規(guī)范基礎(chǔ)上適當(dāng)加長，但是管材壓力等級差距不能過大[2]。輸水管道共設(shè)置7座閥門井，且閥門井之間管道長度應(yīng)控制在3.5km以內(nèi)，管道壓力差不得超出0.2MPa，考慮到施工及操作運(yùn)行過程的便捷性，以閥門井為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管道水壓試驗(yàn)分段，東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道水壓試驗(yàn)分段，見表2。

表2 東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道水壓試驗(yàn)分段

2.3 管道分段處封堵設(shè)計(jì)

在東山供水工程輸水線路輸水管道沿線7座閥門井下游及管道起止點(diǎn)處分別設(shè)置封堵設(shè)施，每套封堵設(shè)施均包括封堵板、封堵鋼管、法蘭、連通管、壓力表、連通閥門、試壓墩等。封堵設(shè)施的具體設(shè)置形式，封堵設(shè)施具體設(shè)置形式，見圖1。在所有封堵設(shè)施中，只有混凝土試壓墩設(shè)置在試壓井內(nèi)，其余設(shè)施均設(shè)置在試壓井外。為便于集中布設(shè)，封堵板和試驗(yàn)墩均按照所能承受的壓力差設(shè)計(jì)，尺寸和所能承受的荷載小，布置形式簡單；通過焊接形式連接封堵板和封堵鋼管，而封堵鋼管和連通管及上下游鋼管均通過法蘭連接。待結(jié)束水壓試驗(yàn)后用法蘭鋼管替換掉封堵鋼管。

圖1 封堵設(shè)施具體設(shè)置形式

2.4 充水控制

輸水管道充水控制是水壓試驗(yàn)成功與否的前提，在壓力管道處于空管的狀態(tài)下，若打開主水泵出口閥門，則會因主水泵流量迅速增大而增加主水泵運(yùn)行的不穩(wěn)定性，所以，主水泵初次啟動或停泵后重新啟動時必須進(jìn)行壓力管道充水控制?？紤]到輸水管道運(yùn)行過程中主水泵可能面臨頻繁的停泵、重新啟動、檢修、更換等操作，所以，除應(yīng)在供水工程建設(shè)過程中進(jìn)行管道水壓試驗(yàn)和充水控制外，在工程運(yùn)行中也面臨管道水壓試驗(yàn)和充水控制，為此，必須選擇操作簡單可靠的管道水壓試驗(yàn)和充水控制方案[3]，以保證東山供水工程大口徑輸水管道安全運(yùn)行。

東山供水工程輸水線路沿線主要為山區(qū)丘陵地形，地表水水量無法滿足水壓試驗(yàn)的需要，通過打井開采地下水源的方式費(fèi)用較高，所以東山供水工程管道水壓試驗(yàn)主要以泵站前池為充水水源，并采用泵站前池輔助水泵充水的方式，分兩段進(jìn)行充水控制：①借助泵站前池水位和輸水管道高程差完成自流充水；②在自流充水的基礎(chǔ)上將專用輔助泵設(shè)置在泵站前池內(nèi)進(jìn)行管道充水。在管道充水試驗(yàn)過程中，必須將管段末端連通閥門的2處封堵設(shè)施關(guān)閉，并將其余閥門設(shè)施全部開啟。將2臺潛水泵設(shè)置在輔助泵內(nèi)并吊裝在前池側(cè)墻內(nèi)壁后向出水管充水，泵站出水管為鋼管材質(zhì)，并與埋地鋪設(shè)充水鋼管相連，在連接段處增設(shè)閥門井，伸縮器和截止閥均設(shè)置在閥門井內(nèi)。

2.5 水壓試驗(yàn)步驟

為保證輸水管道運(yùn)行的穩(wěn)定安全性，應(yīng)進(jìn)行單根管道水壓試驗(yàn)，輸水管道沿線所設(shè)置的7座閥門井和封堵設(shè)施將輸水管道劃分成6段，自上游向下游依次編號為1#-6#管段和1#-7#封堵設(shè)施。待完成管道充水與浸泡后先初升壓，待管段內(nèi)氣體徹底排出后若出現(xiàn)彈簧壓力計(jì)指針快速擺動、升壓緩慢等情況，必須再次排氣，直至管段內(nèi)氣體徹底排出后才能開始正式的水壓試驗(yàn)。東山供水工程輸水管道水壓試驗(yàn)按照以下步驟進(jìn)行：先將泵站前池輔助泵全部開啟后升壓，待6#和7#封堵設(shè)施位置壓力表所顯示的壓力值達(dá)到6#管段試驗(yàn)壓力后，按照設(shè)計(jì)要求開始水壓試驗(yàn)；待完成水壓試驗(yàn)后將6#封堵設(shè)施連通閥門關(guān)閉；將泵站前池處輔助泵開啟后升壓，待5#和6#封堵設(shè)施位置壓力表所顯示的壓力值達(dá)到5#管段試驗(yàn)壓力后，按照設(shè)計(jì)要求開始水壓試驗(yàn)；按照以上試驗(yàn)步驟繼續(xù)對剩余管段進(jìn)行水壓試驗(yàn)，全部結(jié)束后將排水井內(nèi)閥門及封堵設(shè)施連通閥門，使管段內(nèi)氣水徹底排出，再將封堵鋼管用法蘭鋼管替換，并確保輸水管道正式運(yùn)行。

3 結(jié) 論

通過文章對東山供水工程輸水線路水壓試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)分析表明，通過水壓試驗(yàn)可全面檢查輸水管道管材、接口等處的施工質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求，以保證水泵系統(tǒng)正常啟動、安全運(yùn)行。大口徑輸水管道水壓試驗(yàn)壓力荷載大、管段多，所以水壓試驗(yàn)費(fèi)用較高，待試驗(yàn)完成后部分水壓試驗(yàn)設(shè)施必須拆除，為此必須提升管道水壓試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，避免再次進(jìn)行水壓試驗(yàn)而造成的重復(fù)建設(shè)與投資。