南水北調中線供水配套工程靜水壓試驗方案淺析

□李長安 □楊書統 □李連水

（1 河南省水利水電學校；2 河南省水利勘測設計研究有限公司；3 河南水利與環境職業學院）

0 前言

南水北調中線工程主要由總干渠主體工程、總干渠分水口門至城市自來水廠入口之間的供水配套工程、城市水廠及管網工程三部分組成。三部分工程應同步建成才能實現南水北調工程巨大的社會和經濟效益。目前，全省的供水配套工程建設已接近尾聲，預計2014年6月將全部建成，按計劃汛后與總干渠同步具備通水條件。為順利實現配套工程試驗性充水，在試驗性充水前，有必要通過靜水壓試驗，對輸水管道的管材、管道接口、各類閥件、計量設備、附屬建筑物及其它相關設施進行安全性檢驗，及時發現并處理管道及閥件等在制造、施工過程中可能存在的質量問題，排查安全隱患，為試驗性充水順利進行創造條件。

1 工程概況

12 號馬莊分水口門位于魯山縣辛集鄉馬莊村東南總干渠右岸，主要供平頂山市新城區規劃水廠用水，年均分配水量7300 萬m3?？陂T處總干渠設計樁號為SH(3)20+004.90，設計水位130.18m，加大水位130.83m，渠底高程123.18m。輸水管線起點位于馬莊分水口門出口涵洞末端，終點為平頂山新區規劃水廠，線路總長6.97km，設計流量2.60m3/s，采用DN1400PCCP管。輸水管線自進水池引水后，向東偏南經馬街南、西王營南至焦莊西北規劃水廠。沿線共布置穿越工程2 座，分別為樁號2+990 處鋼管穿越鄭堯高速、樁號4+770 處PCCP 管穿越應河；各類閥井23 座，其中控制閥、檢修閥井7 座，空氣閥井10 座，排空閥井3 座，流量計井2 座，調流閥空氣閥井1 座，鎮墩24 個。

2 靜水壓試驗方案及實施計劃

2.1 靜水壓試驗分段

靜水壓試驗分段可結合工程總體布置從以下幾方面考慮：①管材壓力等級；②工程分標；③檢修分段；④管材分段。根據12 號口門供水工程現場條件，實現全線分段靜水壓試驗，以檢修閥作為分段節點，并結合輸水管線控制閥、放空閥設置和管材壓力等級、水源及排水條件等因素，確定分兩段進行。第一段：進口1#檢修閥井至鄭堯高速9#檢修閥井；第二段：鄭堯高速9#檢修閥井至新城區規劃水廠23#檢修閥井。詳見表1。

表1 12 號口門輸水管道靜水壓試驗段劃分明細表

2.2 試驗壓力值

靜水壓試驗壓力值從以下方面考慮：①試驗壓力取值采用豫調建[2013]60 號文規定：當管道工作壓力Pw≤1.50MPa 時，管道水壓試驗取值為1.20Pw，當Pw＞1.50MPa 時，管道水壓試驗取值為Pw+0.30MPa；②試驗壓力一般不大于試驗段內最不利點管材的設計工作壓力；③試驗壓力不得小于正常運行通過加大流量時的管線內水壓力。

根據12 號口門管道設計靜水壓力，對應試驗段選取相應試驗壓力值。12 號口門輸水管道進口最高水位為130.73m；第一試驗段管道最低點為樁號2+914.33 處，高程為114.82m；第二試驗段管道最低點為樁號4+695.27 處，高程為105.30m。當末端閥門關閉時，各試驗段試驗壓力值見表2。

表2 各試驗段試驗壓力數值表

2.3 靜水壓試驗方案實施計劃

靜水壓試驗方案實施計劃包括：①靜水壓試驗方案；②靜水壓試驗實施方案；③堵頭設計；④水源點選取、注水口位置及排水設計；⑤試驗壓力分級及觀測制度規定；⑥加壓設備、壓力計選擇及通訊設備；⑦質量和安全保障措施；⑧組織機構安排；⑨應急預案。

2.3.1 堵板及靠背設計

根據豫調建【2013】60 號文規定，閥門可做為靜水試驗的堵頭，但應復核受力條件，必要時設置特制堵頭止水。根據試驗分段，12 號口門1，9，23#檢修閥門可作為堵板，閥井做靠背。閥門的設計工作壓力均為1.00MPa，大于試驗壓力0.20，0.30MPa，且閥門在出廠前應已進行閥體密封性試驗及強度試驗，滿足堵板的安全要求。但若有不能滿足試壓要求的，則應將閥門卸掉焊接堵板或采取其他措施，以確保試壓安全。

前期設計考慮了在檢修閥井前后設置止推環，以抵抗閥門關閉后由靜水壓力產生的推力，并通過止推環傳到閥井上，可利用閥井作靠背，但應通過計算確認閥井是否滿足抗滑穩定要求，若不滿足則應在閥井前后加設鎮墩以加強靠背。第一試驗段壓力較小，且1#閥井前、9#閥井后均設有鎮墩，因此選擇第二試驗段23#檢修閥井進行靠背計算。經計算在考慮主動土壓力情況下，檢修閥井抗滑穩定安全系數K＝T/R＝4.82＞1.25，滿足安全要求。

2.3.2 水源、注水口位置及排水線路各試驗段水源、注水口及排水口位置詳見表3。

表3 各試驗段水源、注水口及排水口位置表

若試驗段內有多個排空閥，可分段開啟具有排水條件的排空閥進行自流排水，過閥流速≤0.30m/s。對自流不盡的管道積水進行強排，管道底部通過長軸深井泵排不凈的少量存水，可放入便攜式潛水電泵進行排水。

2.3.3 試驗壓力分級及觀測

重點對試驗段安全檢測設施進行觀測。逐步緩慢分級升壓，每級0.10MPa，每升一級后穩壓≥15min，對應檢查后背、支墩、管身、鎮墩、閥井、閥件及接口，并及時進行安全監測采集數據，當無異?，F象時，再繼續升壓。

2.3.4 試驗組織機構及工作職責

一是成立由建管局、設計、監理、施工、設備廠家等單位人員組成的試驗工作指導小組，負責試驗的組織、實施、技術指導、突發事件處理、試驗結果確認等工作。二是成立由12 號口門施工標段監理、施工等單位人員組成的試驗工作實施小組；施工單位為試驗責任主體，其項目經理為實施小組責任人，負責實施小組一切試驗工作落實和完成；負責完成各試驗段的人員配置、注水、試驗記錄、突發事件應急處理、修補、排水、試驗資料整理等各項工作。

3 靜水壓試驗實施方案

3.1 試驗具備的條件

靜水壓試驗開始前必須滿足實施計劃所列出的條件方可進行，試驗前由設計、設備廠家等專業人員進行試驗前技術培訓、各崗位培訓，熟練掌握操作規程。

3.2 靜水壓試驗步驟及工作流程

試驗前準備注水試壓結果判定合格泄壓排水。

3.2.1 第一段靜水壓力試驗

先把1#～9#閥井之間所有排氣閥、檢修閥、控制閥等閥門打開，排空閥閥門關閉，再把1#，9#閥井處的排氣閥、檢修閥卸掉，從1#閥井進人孔向管道內注水，全線觀察，待水位快到1#，9#閥井進人孔口時，分別用法蘭裝上裝有試壓泵、壓力表、表彎、三通旋塞閥等的管道。這樣在1#，9#閥井處同時各安裝有2 個壓力表，繼續向管內注水至壓力0.20MPa，觀察靜水壓力情況。

3.2.2 第二段靜水壓力試驗

過程基本同第一靜水壓力試驗過程，只是可先把第一試驗段管內的水先直排至第二試驗段，能排進去的排，不能排進去用水泵在9#閥井處強排至附近的自然溝道內。當水源充足時，宜采用全線充水分段打壓試驗比較安全。試驗段起始、終端閥井處用法蘭裝上裝有試壓泵、壓力表、表彎、三通旋塞閥等的管道。靜水壓試驗工作流程詳見圖1。

圖1 靜水壓試驗工作流程圖

4 結語

靜水壓試驗實施方案還包括質量、安全保證措施及應急預案，這些也是靜水壓試驗能順利實施的必不可少的部分，應予以足夠的重視。靜水壓試驗是壓力管道竣工驗收之前履行的一個試驗項目，是對壓力輸水管道的綜合驗證。因此從防止惡性事故發生、系統檢驗工程質量、減少管道滲漏損失、確保工程運行調度可控、為試驗性通水提供技術保障、為工程驗收提供技術資料、確保工程順利投入運行等多方面考慮，配套工程在竣工驗收前進行靜水壓試驗是必要的。