大直徑DIP 管道水壓試驗(yàn)的技術(shù)控制

魏 蕊

管道功能性試驗(yàn)是管道安裝質(zhì)量檢測(cè)中不可缺少的重要一環(huán)，按照《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268-2008）的規(guī)定：給水管道必須水壓試驗(yàn)合格。在大直徑球墨鑄鐵管（簡(jiǎn)稱DIP 管）管道水壓試驗(yàn)過程中，后背墻支撐和加壓過程控制是水壓試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)依托某水源置換工程BOOT 項(xiàng)目中DIP 輸水管道水壓試驗(yàn)段為例，詳細(xì)介紹大直徑DIP管道水壓試驗(yàn)的技術(shù)要點(diǎn)和控制措施。

1.工程概況

該項(xiàng)目中配套輸水管道布置采用單線管道，管道主要采用DN1400DIP管，自南水北調(diào)分水口取水至水廠全線長(zhǎng)30.898km。輸水管道工作壓力為0.6MPa，試驗(yàn)壓力1.1MPa，管線輸水流量為1.16m3/s。

2.管道設(shè)計(jì)參數(shù)

工程DIP 管道直徑1400mm，接口方式為承插式，接口內(nèi)安裝橡膠圈，單管長(zhǎng)度分為8.15m 和6m 兩種，管道溝槽開挖平均深度約3.5m，管頂以上覆土深度約2.1m。管線中共包含排氣閥60 套，平均500m 設(shè)置1 套，全部位于每段管道段的最高點(diǎn)，排氣閥通過排氣三通與主管道相連。

3.管道試驗(yàn)段布置情況

工程開工前先進(jìn)行試驗(yàn)段，并對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行水壓試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)合格后，再進(jìn)行全線施工。該試驗(yàn)段選在牤牛河北岸，試驗(yàn)段末端距牤牛河中心約100m，試驗(yàn)段全長(zhǎng)約985m，全部采用8.14m 長(zhǎng)DIP 管，共安裝121 根，計(jì)劃試驗(yàn)用水量約1516m3。

4.水源及充水排水方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，工程管線所經(jīng)過的區(qū)域，農(nóng)業(yè)灌溉機(jī)井較多、且分布廣泛，水源為深層地下水，水質(zhì)優(yōu)良，可作為試驗(yàn)用水的水源，同時(shí)，該試驗(yàn)段位于牤牛河附近，排水便利。具體充、排水方案如下。

4.1 充水方案

試驗(yàn)段沿線共有8 眼灌溉機(jī)井，選取距2 處排氣三通最近的2 眼機(jī)井和距下游端最近的1 眼機(jī)井作為水源井。

管道充水，先以選取的2 眼水源井通過排氣三通同時(shí)向管道內(nèi)充水，待管道內(nèi)水位到達(dá)最高一處的排氣三通的頂面時(shí)，采用盲板將2 處排氣三通全部密封，排氣三通盲板的上方預(yù)留排氣管和閥門。然后采用下游端的機(jī)井通過管線下游端部盲板上的預(yù)留進(jìn)水口繼續(xù)進(jìn)行充水，同理管線兩端的盲板上均預(yù)留排氣管和閥門，待所有排氣管中都有水溢出時(shí)，關(guān)閉排氣管上的閥門，即管道充水完成。

4.2 排水方案

排水采用管線下游端盲板上預(yù)留的排水管，并連接軟管將水排放至牤牛河內(nèi)即可。

5.管道水壓試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)壓力

工程輸水管道工作壓力為0.6MPa，根據(jù)施工規(guī)范GB50268 的規(guī)定，試驗(yàn)壓力為：P=0.6+0.5=1.1MPa。

5.2 試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)

管道安裝完成后，按照GB50268 的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行管道水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)分為預(yù)試驗(yàn)和主試驗(yàn)階段；試驗(yàn)合格的判定條件為：允許壓力降值和允許滲水量值，同時(shí)滿足規(guī)定時(shí)試驗(yàn)合格。允許壓降值為0.03MPa，允許滲水量計(jì)算公式如下：

式中：

q—允許滲水量，L/min·km；

Di—管道內(nèi)徑為1400mm；

即允許滲水量為：3.74L/min·km。

5.3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

加壓設(shè)備采用200m 揚(yáng)程多級(jí)（6級(jí)）離心泵，試驗(yàn)過程中，現(xiàn)場(chǎng)使用1臺(tái)，備用1 臺(tái)。壓力表采用2 塊0.4 級(jí)YB-150B 壓力表，量程0～1.6MPa。壓力表使用前經(jīng)市級(jí)計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢定合格。水壓試驗(yàn)前，將壓力表安裝在管道兩端的盲板上，其位置與管道軸線相垂直。滲水量采用水表進(jìn)行測(cè)量，水表安裝在打壓泵進(jìn)水管前端。加壓過程中，為保證水源充足，現(xiàn)場(chǎng)配置1 輛200L 的水罐車，加壓泵的水源從水罐中抽取，罐車與水源井通過水龍帶連接，發(fā)現(xiàn)罐車水源不足時(shí)，及時(shí)添加。

圖1 盲板設(shè)計(jì)圖

圖2 水壓試驗(yàn)示意圖

盲板設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝情況，將管道上游端臨時(shí)增加1 套插盤，下游端臨時(shí)增加1 套承盤。承盤與插盤外側(cè)均采用定制盲板進(jìn)行封堵。定制盲板采用30mm 厚鋼板制作而成，盲板背側(cè)增加20mm 厚加勁肋板成“井”字布置，肋板上再增加1 塊20mm 厚腹板，盲板根據(jù)承盤和插盤上的螺栓孔位置，進(jìn)行對(duì)應(yīng)打孔，共設(shè)置φ42mm 螺栓孔36 個(gè)，螺栓采用M39 不銹鋼螺栓進(jìn)行錨固，盲板與承、插盤間采用1.5cm 厚橡膠圈。盲板上設(shè)置進(jìn)水口及排氣口，見圖1。

后背墻設(shè)計(jì)。 管道工作壓力0.6MPa，試驗(yàn)壓力1.1MPa。達(dá)到試驗(yàn)壓力后，總推力N=π×r2×P=3.14×0.7×0.7×1.1=1692KN≈172.7t。

總推力為1692KN，出于安全考慮，安全系數(shù)選取2.0 倍值。為讓后背墻有足夠的穩(wěn)定性和剛性，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并設(shè)置在未擾動(dòng)的土基上，后背墻與盲板之間采用4 個(gè)50t 千斤頂支撐，后背墻受力面加鋪1 層20mm 厚鋼墊板，用于固定千斤頂和分散千斤頂?shù)募惺芰?，防止后背墻集中點(diǎn)性破壞。

后背墻尺寸為長(zhǎng)5m×高3.3m（埋深1m），墻 厚1.5m；鋼 筋 采 用Ф16mm HRB400，間距200mm，雙層鋼筋網(wǎng)，保護(hù)層5cm；混凝土采用C25。

后背墻強(qiáng)度及剛度校核計(jì)算：

圖3 水壓試驗(yàn)流程圖

式中：

R—總推力之反力，kN；

α—系數(shù)，取=1.5～2.5，取2.0；

B—后座墻的寬度，5.0m；

γ—土的容重，19.1kN/m3；

H—后座墻的高度，3.3m；

Kp—被動(dòng)土壓系數(shù)，1.38；

c—土的內(nèi)聚力，15kPa；

h—地面到后座墻頂部土體的高度，1.0m。

3463kN＞1692kN×2=3384kN；后背墻最大抗力大于總頂推力的2.0 倍，經(jīng)校核計(jì)算，后背墻抗力滿足試驗(yàn)壓力時(shí)管道的總推力要求。

電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)共同碳責(zé)任分?jǐn)偡椒?/陳麗霞,孫弢,周云,EllaZHOU,方陳,馮冬涵//(19):106

打壓管線兩端的高點(diǎn)均設(shè)置手動(dòng)排氣閥門，確保打壓管段內(nèi)氣體全部被排出。排氣裝置安裝在打壓盲板的高點(diǎn)處。管身在打壓前進(jìn)行溝槽回填，并保證管身上部覆土不低于50cm。認(rèn)真檢查管道、節(jié)點(diǎn)、接口等外觀，并且在水壓試驗(yàn)前確保管道內(nèi)雜物全部清除干凈。水壓試驗(yàn)前對(duì)管線支墩、鎮(zhèn)墩、后背墻所留存的混凝土試塊進(jìn)行抗壓檢測(cè)，確?；炷翉?qiáng)度100%達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。水壓試驗(yàn)前再次檢查試壓所需的各類機(jī)械、設(shè)備是否配備齊全，并逐一記錄，同時(shí)檢查人員到位情況，并對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全技術(shù)交底，水壓試驗(yàn)的相關(guān)記錄表下發(fā)到位。

5.4 試壓工藝流程

水壓試驗(yàn)示意圖見圖2，水壓試驗(yàn)流程圖見圖3。

5.4.1 注水、排氣、浸泡

注水時(shí)，從試壓管道一端盲板下方注水口進(jìn)行灌注，并通過盲板上方預(yù)留的排氣管口進(jìn)行排氣。注水速度應(yīng)盡量放慢，以便管道內(nèi)空氣能全部排出，防止管內(nèi)產(chǎn)生氣錘或水錘效應(yīng)。注水過程中排氣端要維持閥門開放,讓水流持續(xù)流動(dòng)排氣，流量要充足，進(jìn)水管、排氣管道孔徑需大于100mm。維持足夠時(shí)間后，確保管道內(nèi)的空氣全部排出后再將閥門關(guān)閉。注水完成后，浸泡24h后，再進(jìn)行打壓。

5.4.2 試驗(yàn)過程

在管道充分浸泡24h 后，用加壓水泵進(jìn)行注水加壓。加壓時(shí)，采用分級(jí)加壓，以0.2MPa 為一級(jí)，每級(jí)加壓完成后，對(duì)管道各部位進(jìn)行一次巡視，主要檢查管道接口、配件有無漏水、破壞等情況以及后背、支墩、管身有無位移、破壞情況等，無異?，F(xiàn)象時(shí)進(jìn)行記錄，并繼續(xù)升壓；若發(fā)現(xiàn)問題，先對(duì)問題部位做好標(biāo)記，并立即進(jìn)行卸壓，然后再處理問題部位，嚴(yán)禁在帶壓的情況下進(jìn)行維修處理工作。

預(yù)試驗(yàn)階段，將管道內(nèi)水壓分級(jí)緩慢地升至試驗(yàn)壓力，并保持穩(wěn)壓30min。期間如有壓力下降，通過加壓泵進(jìn)行注水補(bǔ)壓，但不高于試驗(yàn)壓力，并隨時(shí)檢查管道接口、配件等處有無漏水、損壞現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)漏水、損壞現(xiàn)象時(shí)應(yīng)立即停止試壓，卸壓后，查找原因并采取相應(yīng)措施后，方可重新進(jìn)行試壓。

主試驗(yàn)階段，預(yù)試驗(yàn)完成后，停止注水補(bǔ)壓，并穩(wěn)定15min；當(dāng)15min 后壓力下降不超過0.03MPa 時(shí)，將試驗(yàn)壓力降至工作壓力，并保持恒壓30min，同時(shí)對(duì)外觀進(jìn)行檢查，若無漏水現(xiàn)象，則水壓試驗(yàn)合格。

水壓試驗(yàn)允許滲水量測(cè)量及判定標(biāo)準(zhǔn)：在主試驗(yàn)階段時(shí)，試驗(yàn)壓力降至工作壓力后，進(jìn)行恒壓30min，恒壓過程中，為保證工作壓力，采用多級(jí)泵通過注水及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓，并采用水表進(jìn)行測(cè)量注水量，主試驗(yàn)階段全過程中注水量不大于3.74L/min·km 時(shí)，則判定管道水壓試驗(yàn)合格。

管道功能性水壓試驗(yàn)全過程均由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師進(jìn)行旁站監(jiān)理，及時(shí)記錄試驗(yàn)結(jié)果，水壓試驗(yàn)合格并經(jīng)監(jiān)理工程師簽認(rèn)，方可進(jìn)行下一步施工工序，否則需重新進(jìn)行試驗(yàn)，直至合格為止。

管道卸壓、排水：水壓試驗(yàn)合格后，管道及時(shí)進(jìn)行泄壓，由現(xiàn)場(chǎng)專人指揮，泄壓口設(shè)置在管道盲板上，打開卸壓閥時(shí)，附近嚴(yán)禁站人。卸壓完成后，采用軟管將水排放至牤牛河內(nèi)即可。

水壓試驗(yàn)全過程，設(shè)置專人對(duì)試驗(yàn)過程、數(shù)據(jù)、流程等內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤記錄，并留取影像資料。將所有資料匯總成冊(cè)，進(jìn)行驗(yàn)收歸檔。

6.技術(shù)要點(diǎn)

后背墻盡量澆筑在未擾動(dòng)的土體上，條件允許時(shí)，應(yīng)對(duì)土體進(jìn)行預(yù)壓，以增強(qiáng)原狀土承載力。后背墻與盲板的距離要盡量縮短，后背墻與盲板之間應(yīng)采用足夠強(qiáng)度和剛度的工字鋼焊接的桁架進(jìn)行支撐相連，千斤頂要通過焊接固定到架體上。實(shí)驗(yàn)前，將千斤頂打開，提前對(duì)盲板和管身施加預(yù)推力，預(yù)推力應(yīng)盡量大。試驗(yàn)前必須保證管身覆土50cm 以上，回填土按GB50268 的要求，務(wù)必壓實(shí)。管道注水時(shí)，務(wù)必將管道內(nèi)空氣排放干凈，以免影響試驗(yàn)效果。水壓試驗(yàn)時(shí)，注水加壓所需的水源應(yīng)充足。水壓試驗(yàn)加壓過程中，必須分級(jí)加壓，每級(jí)加壓完成后，務(wù)必對(duì)管道的接點(diǎn)、各類管件以及后背墻、支撐桁架、千斤頂進(jìn)行巡查，以防因壓力過大發(fā)生安全事故。設(shè)置專人進(jìn)行資料收集和整理，及時(shí)總結(jié)歸檔。

7.安全要點(diǎn)及技術(shù)措施

一是水壓試驗(yàn)全過程中，后背頂撐、管道兩端嚴(yán)禁站人。二是水壓試驗(yàn)全過程，必須設(shè)專人指揮，分工明細(xì)，一崗至少一人，嚴(yán)禁一人多崗。三是水壓試驗(yàn)前，對(duì)全體人員進(jìn)行安全技術(shù)交底和班前安全教育，針對(duì)危險(xiǎn)工序和注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)講解，以及對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域采用警戒線進(jìn)行攔擋。四是成立應(yīng)急小組，配置應(yīng)急專用車輛，并時(shí)刻與附近醫(yī)院進(jìn)行密切聯(lián)系，同時(shí)工地設(shè)臨時(shí)醫(yī)務(wù)室，并配齊必要的醫(yī)療器械。五是采購(gòu)必要的安全防護(hù)材料，確保施工人員防護(hù)用品充足。六是成立安全領(lǐng)導(dǎo)小組，設(shè)置專人排查現(xiàn)場(chǎng)各安全隱患點(diǎn)，并督促落實(shí)各項(xiàng)安全技術(shù)措施。

8.結(jié)語

通過嚴(yán)格控制后背墻做法，為水壓試驗(yàn)端部提供可靠頂推反力，同時(shí)對(duì)加壓過程嚴(yán)格控制，為管道提供了可靠的水壓試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)，確保試驗(yàn)可按計(jì)劃實(shí)施，不僅檢驗(yàn)了管道安裝質(zhì)量，而且保證了試驗(yàn)過程中人身安全。