成　雷

(山東省膠東調(diào)水局東營分局， 山東 廣饒　257300)

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輸水管道水壓試驗(yàn)的技術(shù)總結(jié)

成雷

(山東省膠東調(diào)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(yàn)是對(duì)管材、接口、施工等質(zhì)量的綜合檢查，更是工程驗(yàn)收前必不可少的關(guān)鍵試驗(yàn)項(xiàng)目。本文通過對(duì)螺旋鋼管、PCCP管和玻璃鋼管三種不同材質(zhì)輸水管道水壓試驗(yàn)的綜合分析，為同類水利工程管道施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】膠東調(diào)水； 輸水管道； 水壓試驗(yàn)

山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程，設(shè)計(jì)年調(diào)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(diào)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(jīng)新建暗渠、輸水管道輸水至棲霞門樓水庫，再經(jīng)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(shè)計(jì)輸水管道一根，全長107.7km，根據(jù)地形、地質(zhì)等實(shí)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(yàn)前的準(zhǔn)備工作

1.1后背設(shè)計(jì)

管道的后背需要承受水壓試驗(yàn)過程中對(duì)管道產(chǎn)生的所有推力，后背必須堅(jiān)固結(jié)實(shí)，否則管道會(huì)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(yàn)前要對(duì)后背的允許推力進(jìn)行認(rèn)真核算。

a.后背土墻的允許抗力。當(dāng)管堵傳遞給后背的作用力與后背墻被動(dòng)土壓力的合力作用點(diǎn)重合時(shí)，后靠背允許抗力可按式(1)計(jì)算：

(1)

式中Ep——后 背墻每米寬度上的被動(dòng)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(nèi)摩擦角，取12°；

c——后背土體的黏聚力，24kPa(24kN/m2)；

Kp——被動(dòng)土壓力系數(shù)，按式(2)計(jì)算。

(2)

b.作用在后背的力。試壓時(shí)，管道作用在后背的力按式(3)計(jì)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(jì)算：

(4)

式中P——試壓管段管端承受的壓力；

Ps——試驗(yàn)壓力,N/mm2；

r——管道內(nèi)徑,mm。

d.后背墻受力寬度B可由式(5)計(jì)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(dòng)土壓力,kN/m。

其中2為安全系數(shù)。

e.后背土層長度L可由式(6)計(jì)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(chǎn)生的作用力計(jì)算得3140kN，這么巨大的作用力對(duì)盲板焊接質(zhì)量及位置選擇要求非常高。根據(jù)管節(jié)布置情況，盲板均選擇設(shè)置在管道彎頭前，與管節(jié)方向垂直，盲板按管節(jié)的內(nèi)徑尺寸下料，壁厚2cm，放在管節(jié)內(nèi)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(shè)計(jì)

試驗(yàn)管節(jié)盲板均設(shè)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(dá)到強(qiáng)度等級(jí)后方能進(jìn)行壓力試驗(yàn)，這樣便能有效抵擋沿管節(jié)方向?qū)γぐ宓淖饔昧?。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(diǎn)、終點(diǎn)端部的支墩做法詳見圖1。

圖1　DN2000螺旋鋼管起點(diǎn)、終點(diǎn)端部的支墩做法

1.3堵板設(shè)計(jì)

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

1.4試驗(yàn)設(shè)備

壓力表采用彈簧壓力表，精度不低于1.5級(jí)，數(shù)目不少于兩塊，滿刻度不小于1.3倍的試驗(yàn)壓力，表殼的公稱直徑宜大于150mm，且在周檢期內(nèi)并經(jīng)鑒定合格；采用多級(jí)離心泵作增壓泵。增壓泵、壓力計(jì)應(yīng)安裝在試驗(yàn)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(dǎo)措施

試驗(yàn)管道靠近外夾河、內(nèi)夾河等天然河流，水源充足，水質(zhì)優(yōu)良，能滿足試驗(yàn)用水要求。試驗(yàn)完成后,采用鋪設(shè)導(dǎo)管的方法將管道內(nèi)的試驗(yàn)用水放空排到附近市政排水管道中，嚴(yán)禁隨意排放，造成淹地問題。

1.6水壓試驗(yàn)前的其他事項(xiàng)

a.封閉試驗(yàn)管段的所有敞口，確保沒有滲水漏水現(xiàn)象。

b.嚴(yán)禁用閘閥做試驗(yàn)管段的堵板，安全閥等附件要盡數(shù)拆除。

c.試驗(yàn)前將管內(nèi)清除干凈，不得有雜物遺留，將管內(nèi)氣體排盡。

d.玻璃鋼管管道中最后一個(gè)焊接接口焊接完畢1h以上方可進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

e.試驗(yàn)前將管道附屬設(shè)備檢查一遍，確保按設(shè)計(jì)要求緊固合格；支墩等混凝土強(qiáng)度滿足試驗(yàn)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(yàn)

2.1管道水壓試驗(yàn)原理

管道水壓試驗(yàn)如圖2所示。

圖2　試壓示意圖

2.2管道浸泡

試驗(yàn)前將管道充滿水，在小于或等于設(shè)計(jì)壓力下使管道充分浸泡，不同材質(zhì)的管道具體浸泡時(shí)間如表1所列。充水時(shí)水自管道下游向上游慢慢流入，同時(shí)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(guān)緊。

表1　壓力管道水壓試驗(yàn)前浸泡時(shí)間

2.3管道升壓

水壓試驗(yàn)前，要多次進(jìn)行初步升壓才能排盡管道內(nèi)的氣體，只有確定管道內(nèi)氣體徹底排出后才可進(jìn)行，否則容易出安全事故。如果出現(xiàn)下列情況表明管道內(nèi)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(shí)，水泵雖然不停充水，但壓力表升壓速度非常緩慢。

b.升壓時(shí)，壓力表指針大幅度左右擺動(dòng)且讀數(shù)不穩(wěn)。

c.當(dāng)升壓至0.4MPa時(shí)，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(yàn)

a.預(yù)試驗(yàn)階段。給管道充水緩慢分級(jí)升壓到試驗(yàn)壓力，穩(wěn)壓0.5h。升壓期間如果發(fā)現(xiàn)壓力下降可通過注水補(bǔ)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(xiàn)象,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有漏水或損壞現(xiàn)象時(shí)應(yīng)立即停止試壓，找出原因并泄壓后再進(jìn)行修補(bǔ)，經(jīng)再次檢查合格后才可重新進(jìn)行試壓。

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

表2　壓力管道水壓試驗(yàn)的允許壓力降

2.5試驗(yàn)管道的穩(wěn)定措施和安全措施

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

b.升壓時(shí)要緩慢分級(jí)，每級(jí)穩(wěn)壓10min，同時(shí)認(rèn)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(yàn)時(shí)，后背頂撐、管道兩端嚴(yán)禁站人。

d.由于管徑大，注水打壓是一個(gè)較慢長的過程，兩端設(shè)置盲板處土方不能回填，考慮長時(shí)間地下水的滲透對(duì)邊坡影響，溝槽底可砌筑1m磚砌擋墻，上部邊坡按安全系數(shù)放坡，溝槽上方設(shè)置臨時(shí)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(xiàn)下列情況應(yīng)停止試壓，及時(shí)檢查處理搶修后再重新根據(jù)流程試壓。

a.閘閥、法蘭盤漏水，應(yīng)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(yīng)檢查管道承接是否到位，橡膠圈承接時(shí)由于用力過猛，是否錯(cuò)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(cuò)位。

3沖洗消毒

管道沖洗應(yīng)用清潔水沖洗至出口水樣濁度小于3NTU為止，沖洗流速應(yīng)大于1m/s，連續(xù)沖洗。管道第二次沖洗應(yīng)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(jìn)行第二次沖洗直至水質(zhì)檢測(cè)部門取樣化驗(yàn)合格為止[4]。

4結(jié)語

輸水管道具有流速快、蒸發(fā)損失小、避免水質(zhì)污染等優(yōu)點(diǎn)，在水利工程中應(yīng)用越來越廣泛，膠東調(diào)水工程于2013年竣工通水，3年輸水檢驗(yàn)證明：本文總結(jié)的水壓試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)對(duì)管道施工質(zhì)量起到了很好的檢驗(yàn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李石勇.阿爾及利亞安納巴輸水管道工程水壓試驗(yàn)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(yàn)[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(yīng)急入連工程PCCP鋪裝工程七標(biāo)段分段水壓試驗(yàn)方案[J].水利建設(shè)與管理,2012(S1):73-77.

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

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

中圖分類號(hào)：TV672+.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：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