王 青 ，李雅萍 ，賈 楠

（1.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟(jì)南 250014；2.成武縣公路管理局，山東 成武 274200）

山東省黃水東調(diào)應(yīng)急工程是為解決膠東地區(qū)尤其是濰坊北部地區(qū)工業(yè)和生活供水嚴(yán)重不足而建設(shè)的應(yīng)急性調(diào)水工程，工程設(shè)計年引水量為4.52億m3，供水流量為15m3/s。長距離調(diào)水工程試壓段較多，而且后背墻澆筑完畢后達(dá)到一定強(qiáng)度后才能進(jìn)行水壓試驗，試驗結(jié)束后還需要拆除，因此對工期緊張的項目非常不利。本文以山東省黃水東調(diào)應(yīng)急工程為例，在閥門井設(shè)計過程中，綜合考慮施工階段中水壓試驗因素，利用閥門井作為后背代替試壓墩進(jìn)行水壓試驗，使其既能滿足閥門井的正常使用、檢修功能，又能滿足水壓試驗的要求。

1 閥門井作為試壓墩進(jìn)行水壓試驗

1.1 正常水壓試驗存在的問題

1）試壓裝置復(fù)雜，包括千斤頂、鋼板、堵板、后背等，試驗段試壓前澆筑后背，試壓后需拆除，費(fèi)時費(fèi)力。

2）大口徑管道試壓時推力較大，如沿線原狀土質(zhì)較差可能存在支撐力不足導(dǎo)致土體變形較大的情況。

3）不能進(jìn)行連續(xù)試壓，試壓過程耗時較長，不能滿足工期較緊的項目。

1.2 閥門井作為試壓墩進(jìn)行水壓試驗的設(shè)計方案

閥門井代替后背作為試壓墩的設(shè)計方案，是指閥門井集試壓墩和正常功能于一體，運(yùn)行工況下，能滿足管道的正常使用和檢修，試壓情況下，作為試壓墩滿足管道水壓試驗的需求。

水壓試壓時，閥門井承擔(dān)管段試壓壓力，起到固定管道的作用，防止管道發(fā)生位移及對下游的玻璃鋼管造成破壞。閥門井配合一體化封堵板（一體化封堵板采用兩端帶有法蘭、內(nèi)部設(shè)有盲板的短鋼管，封堵板上下游法蘭間尺寸與所需安裝的閥門尺寸一致，封堵板兩端法蘭與上下游管道連接，將管道分割成相鄰的上下游試壓管端）使用，完成試壓段管道的水壓試驗。試壓完畢后將封堵板更換為通孔法蘭短管或閥門。

1.3 參與水壓試驗的閥門井結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)水壓試驗要求和沿線管道井分布情況，黃水東調(diào)應(yīng)急工程主要是利用閥門井、連通井和部分其他功能井進(jìn)行水壓試驗。閥門井根據(jù)埋深、設(shè)備尺寸和操作空間要求，順?biāo)騼糸L8.5m，凈寬 9.5～12.0m，高 6.0～9.0m。以凈寬 9.5m，凈高7.5m閥門井為例，介紹相關(guān)設(shè)計情況，結(jié)構(gòu)布置如圖1。

閥門井根據(jù)設(shè)計要求，主要存在兩種工況：1）試壓工況；2）正常運(yùn)行工況。

1.4 試壓工況的設(shè)計

試壓工況，結(jié)構(gòu)主要進(jìn)行井壁受力分析、整體穩(wěn)定性驗算和鋼管與井壁之間抗剪計算。

圖1 閥門井結(jié)構(gòu)圖

1）井壁受力分析。井體上下游井壁承受水壓推力和土壓力，試壓壓力最大為1.3MPa。為方便計算，不考慮井壁節(jié)點(diǎn)處彎矩分配，水壓推力等效局部圓形荷載作用在管道穿井壁處，上下游井壁分別承受一半的水壓推力，水壓推力作用下上游井壁受力采用有限元法進(jìn)行計算；土壓力作用下的井壁受力按三邊固結(jié)、一邊自由雙向板計算。根據(jù)井壁受力情況，經(jīng)綜合考慮，井壁厚度取1.6m。

2）閥門井穩(wěn)定驗算。土壓力計算，上游井壁按主動土壓力、下游按被動土壓力計算，正常試壓時填土高度一般為管頂以上0.5m，填土高4.7m。根據(jù)工程地質(zhì)報告，回填土容重18.5kN/m3，綜合內(nèi)摩擦角30°；被動土壓力折減系數(shù)k′取0.5；閥井兩側(cè)壁厚按0.8m考慮，L=11.1m。經(jīng)計算，試壓穩(wěn)定安全系數(shù)K為1.07，滿足水壓試驗后背設(shè)計要求。

3）安全措施。閥門井作為試壓墩的方案要求管道與井壁采用剛性連接，根據(jù)工程經(jīng)驗，管道穿井壁處下方混凝土經(jīng)常存在振搗不密實的問題，為防止管道沿與井壁結(jié)合處孔洞滑動，管道在穿井壁位置處可焊接短錨筋，加大與墻壁的抗剪力。對于位于沿線土質(zhì)較差位置的閥門井，閥門井上下游側(cè)填土可回填至地面高程，或周邊換填其他土體，增大抗滑穩(wěn)定系數(shù)。

1.5 正常運(yùn)行工況的設(shè)計

正常運(yùn)行情況，地下水位為地面以下1.0m，閥門井需對井壁進(jìn)行受力復(fù)核和抗浮計算。井體抗浮一般均滿足規(guī)范要求，在此不再進(jìn)行計算。

井壁主要受力為側(cè)向土壓力和水壓力，土壓力按靜止土壓力計算。井壁按三邊固定、一邊自由的雙向板計算，不考慮井壁節(jié)點(diǎn)處的彎矩調(diào)整，井壁最大彎矩為356.36kN·m。壁厚滿足要求。

2 結(jié)語

1）閥門井參與試壓的設(shè)計方案通過臨時工程與永久工程相結(jié)合的方式簡化了施工環(huán)節(jié)，閥門井澆筑完畢后，整個試壓過程只有一體化封堵板安裝、試壓、拆除封堵板、安裝閥門等步驟，施工方便，可以有效節(jié)約工時、縮短工期。

2）經(jīng)方案比較，參與試壓的閥門井使用的混凝土方量約為不參與試壓的1.5～2.0倍，工程材料有所增加。但是通過簡化流程，重復(fù)利用封堵設(shè)施，減少了人工費(fèi)用、機(jī)械費(fèi)用、其他臨時費(fèi)用和設(shè)備損耗，總體而言，投資較為經(jīng)濟(jì)合理。

3）取消后背墻的澆筑，減少了拆除棄渣量和土方的開挖回填量，節(jié)約了能源和土地占用，有利于降低工程造價。

目前山東省黃水東調(diào)應(yīng)急工程輸水管道已完成水壓試驗，經(jīng)現(xiàn)場檢測，試驗過程中管道未發(fā)生明顯位移，管道無漏水、法蘭密封無損壞等，充分說明在大直徑管道水壓試驗過程中閥門井代替后背作為試壓墩是可行的，尤其是對一些工期緊的項目，可以優(yōu)先考慮此方案。