馬志華

(河南省水利第一工程局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000)

目前，我國長距離輸水管道工程水壓試驗方法和驗收標(biāo)準(zhǔn)參照的規(guī)范是《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50268—2008)[1]。但其中個別條款不適合長距離輸水管道工程水壓試驗，例如9.1.1條第1項規(guī)定：“壓力管道應(yīng)按本規(guī)范第9.2節(jié)的規(guī)定進(jìn)行壓力管道水壓試驗，試驗分為預(yù)試驗和主試驗階段；試驗合格的判定依據(jù)分為允許壓力降值和允許滲水量值，按設(shè)計要求確定；設(shè)計無要求時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，選用其中一項值或同時采用兩項值作為試驗合格的最終判定依據(jù)”；9.1.9條規(guī)定：“管道的試驗長度除本規(guī)范規(guī)定和設(shè)計另有要求外，壓力管道水壓試驗的管段長度不宜大于1.0km”；9.2.5條第2項規(guī)定：“水泵、壓力計應(yīng)安裝在試驗段的兩端部與管道軸線相垂直的支管上”；9.2.7條規(guī)定管道安裝檢查合格后即可進(jìn)行回填土施工，管道頂部回填土留出接口位置；9.2.8條第2項規(guī)定：“試驗管段不得用閘閥做堵板，不得含有消火栓、水錘消除器、安全閥等附件”。

針對長距離輸水管道工程戰(zhàn)線長、口徑大、工況復(fù)雜的特點，筆者結(jié)合南水北調(diào)登封供水工程水壓試驗實例，通過對水壓試驗方法和驗收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討和分析，試圖提出修改現(xiàn)行規(guī)范相關(guān)條款的一些建議。

1 工程概況

南水北調(diào)登封市供水配套一期工程位于河南省境內(nèi), 南水北調(diào)中線16號口門位于河南省禹州市火龍鎮(zhèn)任坡村。從南水北調(diào)中線總干渠16號口門引水至河南省登封市告成鎮(zhèn)白沙飲水一級泵站前池，管線全長33.5km，管線最大高差137m。

泵站至3+000、河道穿越、道路穿越及聯(lián)通閥管線為雙排涂塑復(fù)合鋼管，管道材質(zhì)為Q345C，管徑1000mm，管壁厚14mm；其余均為雙排球墨鑄鐵管，1000mm，檢修閥選用PN25雙向密封蝶閥。全線管道設(shè)計工作壓力為1.5MPa，試驗壓力為2.0MPa。

2 水壓試驗總體方案

2.1 準(zhǔn)備工作

根據(jù)閥井設(shè)計位置和現(xiàn)場交通實際情況，管線共劃分六個試驗段，試驗段長度平均5km；選用兩個相同型號的壓力計，分別安裝在試驗段兩端附近的排氣閥下方的定制短管上；管道安裝后及時按照設(shè)計進(jìn)行土方回填至原始地面，檢查管道附件及管道附屬設(shè)施，最后進(jìn)行整體水壓試驗。

在試驗段一端的檢修空氣閥井內(nèi)，將空氣閥卸掉，臨時替換上定制的試壓盲板，經(jīng)過球閥后用壓力軟管引到井外，與加壓泵連接。

2.2 充水及排水

為能夠重復(fù)利用充水試壓段內(nèi)的試壓用水，按管線地勢，從高到低依次充水試壓，每段試壓完成后，開啟兩端檢修閥，讓水自流到下一個試驗段，直至試壓結(jié)束；試壓結(jié)束(或中間維修)需要全部排空管內(nèi)存水時，從試驗段放空閥排出。

2.3 試壓

為減小檢修閥的單向受力，將試驗段及其上下游相鄰試驗段充滿水并加壓至1MPa(試驗壓力的50%)，測算管腔內(nèi)存空氣量并采取排氣措施；然后將試驗段兩端的檢修閥關(guān)閉，并作為試驗段的兩端靠背繼續(xù)升壓工作。

當(dāng)壓力升至1.5MPa(工作壓力)時，開始分級升壓；壓力升至2.0MPa(試驗壓力)，必要時進(jìn)行壓力值修正；穩(wěn)壓15min后，當(dāng)壓力降值小于0.03MPa(GB 50268—2008規(guī)定的球墨鑄鐵管壓力降允許值)時，即判定試壓合格。

3 水壓試驗方法探討

3.1 水壓試驗段長度劃分

長距離輸水管道工程一般是指管線長度超過10km的供水、引水工程。GB 50268—2008規(guī)定，為便于試驗操作，壓力管道水壓試驗的試驗段長度不宜大于1.0km。

但是，長距離輸水管道的工程特點是口徑大，沿途地形復(fù)雜，試壓段長度過短，不僅所需封堵費用高，而且管道合攏接頭多，施工安裝難度大；反之，如果水壓試驗的管段過長，則管道試驗壓力受管腔內(nèi)存氣量的影響較大，并且不便于操作，而且一旦出現(xiàn)異常情況，應(yīng)急處理成本反而增大[2]。

根據(jù)檢修閥的設(shè)計參數(shù)，符合條件的檢修閥可做試壓堵板[3]，試壓段的最小長度應(yīng)根據(jù)檢修閥井之間的距離確定。檢修閥井布置考慮了輸水系統(tǒng)的排水分水功能、管道分段檢修及排水時間等因素，宜每3～10km設(shè)置為一個試壓段[4]。

3.2 壓力表安裝位置對試驗壓力的影響

長距離輸水管道水壓試驗一般利用檢修閥門作為靠背，試驗段的兩端是雙向密封蝶閥。如果在閥門附近的主管道上開孔安裝水泵或壓力計，勢必影響管道系統(tǒng)的強度和耐久性。所以，應(yīng)采用定制的連接件，將壓力表安裝在容易拆卸的閥件上。

由于水具有很小的壓縮性，即可認(rèn)為管腔內(nèi)液體是一種毫無空隙的連續(xù)體，在管道內(nèi)沒有空氣的情況下，管路系統(tǒng)的壓力波傳遞速度略小于聲速[5]。假設(shè)試驗段的長度為10km，從管道一端加壓，在有少量空氣的情況下，壓力波傳遞到另一端所需的時間不足60s。所以，當(dāng)試壓段長度小于10km時，由于壓力傳遞時差造成的壓降(GB 50268—2008規(guī)定穩(wěn)壓測定時間15min)偏差可以忽略。

但是，管腔內(nèi)不可避免地存有少量空氣，使流體的體積彈性模量降低，從而降低壓力波傳遞速度；長距離輸水管道本身是彈性體，管道升壓時，管壁會發(fā)生膨脹，壓力波傳遞速度降低。所以，當(dāng)管道試壓段過長時，在同一時刻，安裝在不同位置的壓力表讀數(shù)存在一定的誤差。

3.3 管道頂部土方回填對管道的影響

隨著球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管等承插口類型的管道接口質(zhì)量不斷提高，單口打壓[6]合格率接近100%，管線漏水大多是由于管道安裝后土方回填機械擾動破壞造成的，包括挖掘機械對管身的碰撞破口或碾壓機械過重造成的管口橢圓滲漏；對于長距離鋼質(zhì)管道來說，大量的管道接口外露，水溫隨著外部環(huán)境溫度的變化而變化。

管道土方回填前進(jìn)行水壓試驗，不但水溫變化會影響試驗結(jié)果，而且試驗結(jié)果不能代表管道工作狀態(tài)下(回填土達(dá)到設(shè)計覆土深度)系統(tǒng)的質(zhì)量情況。所以試壓試驗宜在土方回填完成后進(jìn)行整體試驗。

4 水壓試驗驗收標(biāo)準(zhǔn)分析

4.1 滲水量與降壓的關(guān)系

進(jìn)行管道水壓試驗時，管腔內(nèi)充滿水以后，仍要繼續(xù)向管腔內(nèi)注水，才能在管腔內(nèi)產(chǎn)生水壓直至達(dá)到試驗壓力，所以就需要向管道內(nèi)增補水量；反之，試驗段泄壓時，就需要排出或滲漏出這些水量。以登封供水工程為例，管材為K12球墨鑄鐵管，管道內(nèi)徑1m，公稱壁厚0.018m，試驗段長度為10km，由于壓降所泄出的水量按式(1)[7]計算：

ΔV=VΔP(1/Ew+Di/enEp)

(1)

式中：ΔV為升壓所增加的水量,L；V為試壓管段總?cè)莘e,L；ΔP為升壓量,MPa；Ew為水的體積模量,MPa；Di為管材內(nèi)徑, m；en為管材公稱壁厚, m；Ep為管材彈性模量,MPa。

由計算得出：在管道試壓時就可以推算出15min時降壓值為0.03MPa，滲水量為1.3L/(min·km)，GB 50268—2008表9.2.11允許滲水量為3.0 L/(min·km)。經(jīng)過對比可以看出，在不考慮內(nèi)存空氣和水溫變化的影響時，管道水壓試驗的允許壓力降標(biāo)準(zhǔn)值相對允許滲水量值標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格；管道水壓試驗的壓力降和滲漏量成線性關(guān)系，試壓分段長度對管道水壓試驗驗收標(biāo)準(zhǔn)沒有影響。

4.2 管道內(nèi)存空氣對壓力降的影響

長距離輸水管道試壓段長度宜劃分為1～10km，中間設(shè)計排氣閥。但在設(shè)計管線坡度比較平緩的管道工程中，由于施工誤差極容易形成反坡，導(dǎo)致充水時管頂最高點存氣且不能有效排除，壓力試驗時需要對壓力降數(shù)值進(jìn)行修正。見式(2)：

ΔW=Q[1/(P1+1)-1/(P2+1)]

(2)

式中：ΔW為由于管道內(nèi)殘余空氣，需要向管道內(nèi)多增補的水量, L；Q為管道內(nèi)殘余空氣體積, L；P1為測量初始壓力, kgf/cm2；P2為測量結(jié)束壓力, kgf/cm2。

根據(jù)式(1)可以畫出P-V理論曲線[8]，根據(jù)現(xiàn)場實際滲漏測量值畫出實際P-V曲線，經(jīng)過P-V理論曲線和P-V實際曲線對比，可以及時發(fā)現(xiàn)管道是否有泄漏或管道中是否存有大量的空氣；根據(jù)式(2)，按照向管腔內(nèi)注入水量的多少可以計算管腔內(nèi)存有多少空氣。

以5km長DN1000球墨鑄鐵管為例，在管腔內(nèi)沒有空氣的情況下，穩(wěn)壓15min后，壓降0.3 kgf/cm2，根據(jù)式(1)計算可知滲水量為1.3L/(min·km)，泄漏總量為97.5L；在管腔內(nèi)存有1%空氣的情況下，壓降0.3 kgf/cm2，根據(jù)式(2)可以計算出因內(nèi)存空氣增加的滲水量為102L，泄漏總量為97.5+102=199.5L。

根據(jù)以上計算結(jié)果可以看出，當(dāng)管道內(nèi)存有大量空氣時，由于空氣容易被壓縮，致使升壓時需要另外注入大量的水，造成升壓過程比較緩慢，穩(wěn)壓時達(dá)到相同的壓降值所需要的時間相對延長[9]。

4.3 溫度對水壓試驗的影響

試驗段管道容積的變化受壓力和溫度影響，特別是鋼制管道管腔內(nèi)存有大量空氣時，管道外部環(huán)境溫度發(fā)生變化對管道的容積變化影響較大[10]。

對于球墨鑄鐵、PCCP等材質(zhì)承插口工藝輸水管道，如果大量管身外漏，在炎熱的夏季或寒冷的冬季，管道內(nèi)水溫和氣體溫度變化較大，必將影響水壓試驗結(jié)果。所以，待管道頂部回填土全部完成后進(jìn)行整體水壓試驗，可以減少溫度變化對壓力值的影響。

5 結(jié) 語

根據(jù)長距離輸水管道口徑大、線路環(huán)境復(fù)雜的特點，GB 50268—2008中有關(guān)水壓試驗的部分條款不適用長距離輸水管道水壓試驗的實施及驗收，建議及時制定試驗規(guī)程或?qū)B 50268—2008進(jìn)行修訂：

a.建議將管道水壓試驗段長度修改為不宜大于10km。

b.試壓階段管道內(nèi)任意一點壓力的變化將迅速等值傳遞到另外任意點，壓力表的安裝位置對試驗壓力值沒有任何影響。為避免壓力計損壞不被發(fā)現(xiàn)或試驗段中間閥門忘記開啟，應(yīng)采用兩個壓力計并分別安裝在試驗段兩端附近。

c.靜水壓試驗需在管道頂部回填土全部完成后，整體進(jìn)行水壓試驗。但缺點是升壓時一旦漏水，不易查找漏點，所以長距離輸水管道應(yīng)在開工前制定管道測漏技術(shù)措施。

d.建議將水壓試驗合格判定的依據(jù)改為允許壓力降值。

e.內(nèi)存氣體不能有效排出時，應(yīng)測定存氣量對壓力的影響，修正壓力表讀數(shù)或穩(wěn)壓時間。