汪觀鴻 何勇

中國水利水電第五工程局有限公司 四川成都 610225

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）是由薄鋼板、混凝土等材料構(gòu)成的復(fù)合管材，具有高密封性、高強度和高抗?jié)B的特性。依托工程采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）雙線同槽鋪設(shè)（a、b線），為了檢驗輸水管道在規(guī)定的內(nèi)水壓作業(yè)下的安全可靠性和嚴(yán)密性，在連續(xù)安裝完成1公里管道后，應(yīng)進行首段水壓試驗，試驗段兩端采用打壓管作為封堵，由于PCCP管材試驗壓力為工作壓力加0.3MPa，水壓試驗壓力大，管線長，采用常規(guī)的鋼板堵頭、封堵氣囊進行封堵無法滿足試驗要求。

1 堵頭結(jié)構(gòu)設(shè)計

下面以PCCPDN3800×5000mm管線為例，通過對比試驗計算數(shù)據(jù)進一步說明：

圖1

圖2

在打壓管內(nèi)部設(shè)置封堵鋼板作為堵頭時，通過以下結(jié)構(gòu)計算確定打壓管封堵板的厚度。

計算條件：

（1）管材內(nèi)徑：3800mm；

（2）打壓管內(nèi)徑：3860mm；

（3）工作壓力：Pw=1.0MPa；

（4）管線試驗壓力：Pft=1.3MPa；

（5）接頭直徑：Dj=3973mm；

（6）管材外徑：Bc=4.454m；

打壓管結(jié)構(gòu)設(shè)計計算（依據(jù)GB150.3-2011標(biāo)準(zhǔn)）

①打壓管圓形平蓋封頭板厚計算

平蓋厚度按式（5-33）計算，式中符號意義及取值：

δp為計算板厚；

Dc為打壓管內(nèi)徑=3860mm；

K為結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，打壓管的封堵板與主管（設(shè)計板厚δ=24mm）筒體內(nèi)直徑沿圓周向連續(xù)焊接連接，屬于周邊固支情況，取值為0.188；

Pc為計算壓力，取管線試驗壓力最大值=1.3MPa；

[σ]t為設(shè)計溫度下選用材料的許用應(yīng)力，本工程中管配件材料牌號為Q345，查GB150.2表2取值=181MPa；

φ為焊接接頭系數(shù)，查GB150.1取值為0.8；

所以打壓管封堵板應(yīng)考慮帶筋平板封頭方案。

②加筋圓形平蓋封頭計算

（1）加筋平蓋厚度按式（5-36）計算，式中符號意義及取值：

δp為計算板厚；

d為當(dāng)量直徑，設(shè)計選取d=L3=511mm；

Pc=1.3MPa；

按照平蓋與筒體厚度之比≤3的結(jié)構(gòu)常規(guī)，選取加筋平蓋設(shè)計厚度=40mm。

（2）結(jié)合工程經(jīng)驗，打壓管加筋封頭在管線水壓試驗中不允許產(chǎn)生變形。本設(shè)計采用矩形截面的雙面加筋板方案，加筋板的高厚比一般取值為5-8，選取加筋板厚度=40mm，高度=300mm。加筋板的分布形式考慮3860mm屬于大直徑試驗條件，同時遵循軸對稱和等間距結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，采用“井”字網(wǎng)格分布，結(jié)合抗彎模量的多次計算，最終確定當(dāng)量直徑=相鄰徑向筋板的最小間距=511mm。

通過打壓管結(jié)構(gòu)設(shè)計計算可以看出，若采用圓形平蓋封頭板，則需160mm厚鋼板，厚鋼板焊接工藝差，無法保證焊接工藝水平。采用雙面加筋平板堵頭裝置，能夠提高封堵板的焊接工藝，減少原材料的浪費，生產(chǎn)效率高，更能保證打壓試驗的一次成功率。

2 打壓試驗

首段1km打壓試驗驗證：

（1）準(zhǔn)備工作：

A.管線試壓段內(nèi)外接口砂漿必須施工完成，試壓段止推范圍內(nèi)的砂漿強度滿足試壓要求。

兩端止推段水壓試驗壓力分別為0.85MPa、0.72MPa。

砂漿抗壓強度驗算按0.85MPa計算：

堵板面積 S堵板=πr2=3.14×1.92=11.35 ㎡

接口砂漿受力面積S砂漿=πr12-πr22=3.14×2.2272-3.14×1.92=4.24㎡；

接口砂漿受壓強度P1=P×S堵板/S砂漿=0.85×11.35/4.24=2.3MPa；

水壓試驗時止推范圍內(nèi)的內(nèi)外縫砂漿均已達到28d強度，滿足試壓要求。

B.在管線封堵之前，必須對管道內(nèi)進行徹底的清掃，確保管內(nèi)無雜物，對管道內(nèi)接口進行全面的檢查，確保所有接口完成處理。

C.試驗管段兩端打壓管及打壓段范圍內(nèi)的空氣閥井、排水閥井、鎮(zhèn)支墩等部位安排專人負(fù)責(zé)觀測，并配備通訊工具，保持通訊暢通，以便試壓時發(fā)現(xiàn)問題及時聯(lián)系、及時采取處理措施?，F(xiàn)場施工道路保持暢通。

D.管線進行試壓前，要求試驗段管道安裝完成且檢查合格，管頂以上已經(jīng)回填完成，管段內(nèi)止推體系管道接縫砂漿已經(jīng)完成并達到強度要求。

E.根據(jù)水源位置及管線情況，鋪設(shè)注水、加壓臨時管線并安裝水泵、壓力計等。試壓注水位置在排氣三通DN1000支管上，支管上加裝悶頭，悶頭上設(shè)置注水口、排氣口并安裝壓力表。排水位置設(shè)置在排水三通DN1000支管上。

F.臨時管線進水管選擇DN150塑料管，試壓管段兩端各安裝壓力計一支，靠表處連接一閥門，接裝壓力計時應(yīng)把支管內(nèi)的空氣排凈，以防止升壓時壓力計指針波動頻繁而損壞壓力計。

根據(jù)試壓段試驗壓力，選用最大量程1.6MPa壓力計，壓力計精度等級1.6級，表盤直徑150mm，壓力計在使用前進行校正。

管道內(nèi)注水量計算：11.34×1059=12009m3

根據(jù)試壓段壓力選擇注水泵和試壓泵型號。向管道內(nèi)注水選擇QJ50-78/6型深井潛水泵。試壓選用ISW80-350臥式多級離心泵，揚程150m。滲漏試驗時采用刻度水箱進行注水量計量，記錄好注水量。

（2）試壓方法和措施。

A.向試壓管道內(nèi)注水：注水口設(shè)置在排氣三通支管上，充水時要打開管線所有排氣閥門以排除氣體，泄水系統(tǒng)排水閥門關(guān)閉，當(dāng)充水至排除的水流中不帶氣泡，水流連續(xù)時，即可關(guān)閉排氣閥門停止充水。

注水時，安排人員沿線進行巡視，檢查各閥門、管身及接口等部位是否有滲水漏水現(xiàn)象發(fā)生。一旦發(fā)生應(yīng)及時停止注水并進行處理。

為使管道內(nèi)壁及接口材料充分吸水，水充滿后應(yīng)充分浸泡后再進行試壓，浸泡時間不少于72小時[1]。

B.試壓方法：升壓時按照每0.1Mpa為一級緩慢升壓，每升一級應(yīng)檢測閥門、支墩、管身及接口等部位，如無異?，F(xiàn)象，再繼續(xù)升壓。

試驗管段兩端打壓管以及沿線空氣閥井、泄水閥井等部位安排人員負(fù)責(zé)觀測并做好記錄；每升壓一級，各部位觀測人員應(yīng)記錄實際情況并向水壓試驗調(diào)度負(fù)責(zé)人匯報；試壓時如有任何情況，觀測人員應(yīng)及時向水壓實驗調(diào)度負(fù)責(zé)人匯報。

a.預(yù)試驗階段：將管道內(nèi)水壓升至試驗壓力并穩(wěn)壓30min，穩(wěn)壓期間如有壓力下降可注水補壓，但不得高于試驗壓力；檢查管道接口、配件等處有無漏水、損壞現(xiàn)象；若有漏水、損壞現(xiàn)象要及時停止試壓，查明原因采取措施后重新試壓。

b.主試驗階段：停止注水補壓，穩(wěn)定15min；當(dāng)15min后壓力下降不超過0.03MPa時，將試驗壓力降至工作壓力并保持恒壓30min，進行外觀檢查若無漏水現(xiàn)象，則水壓試驗合格。

壓力升至試驗壓力后開始計時，每當(dāng)壓力下降，應(yīng)及時向管道內(nèi)補水，但最大壓降不得大于0.03MPa，保持管道試驗壓力恒定，恒壓延續(xù)時間不得少于2h，并計算恒壓時間內(nèi)補入試驗管段內(nèi)的水量，若實測滲水量小于，則水壓試驗合格。

試驗記錄表格見附件。

水壓試驗及時填寫相關(guān)記錄，合格后整理、提交水壓試驗報告。

c.卸壓、排水：試壓段排水根據(jù)現(xiàn)場實際情況可通過泄水系統(tǒng)就近排回至附近河溝。排水時應(yīng)防止形成負(fù)壓，排水過程中應(yīng)注意控制閥門的打開度。

在管線排水結(jié)束后，應(yīng)檢查排氣閥及排水口處的水位，確認(rèn)無危險后方可緩慢打開泄水閥門，拆除充水、排水臨時設(shè)施。

3 結(jié)語

打壓管水壓試驗經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)理、建設(shè)單位、施工單位等共同驗收合格通過。有效的解決了管道打壓試驗段打壓管堵頭裝置質(zhì)量不宜保障、材料浪費等問題，提高了打壓試驗成功率。