供水工程輸水線路水壓試驗方案設(shè)計

裴 劍，高永亮，張建庭

(山西省水利建筑工程局有限公司，太原 030000)

1 工程背景

山西晉中東山供水工程是山西省供飲水系統(tǒng)中的骨干工程之一，也是提升山西省水資源配置效率所修建的大型互連互通工程，該工程建成后主要從水資源相對富裕的晉中東部左權(quán)縣、榆社縣、長治市等向水資源匱乏的晉中南部平遙縣、太谷縣、靈石縣等地區(qū)調(diào)水，以補(bǔ)充水資源匱乏地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水。東山供水工程輸水線路總長度255km。東山供水工程輸水管線施工27標(biāo)段主要進(jìn)行室外球墨鑄鐵管給水管道安裝，管道結(jié)構(gòu)外徑DN=1200，為大口徑輸水管道。

為進(jìn)行輸水管道、閥件、鎮(zhèn)墩、閥室等建筑物在試驗壓力條件下的安全情況，必須在施工結(jié)束后進(jìn)行其安裝施工質(zhì)量的檢驗，并通過水壓試驗檢測滲流量是否符合設(shè)計要求。東山供水工程輸水線路全線水壓試驗過程中面臨諸多困難：①輸水管道起止點處存在40m高差，難以保證試驗壓力；②輸水線路較長，在進(jìn)行打壓時很容易發(fā)生滲漏，且較難排查。輸水管道注水完成后，應(yīng)通過允許壓力降和允許滲漏量互相印證的方式展開分段水壓試驗，只有壓力降和滲漏量[1]均符合《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》的情況下，才能確定管道施工質(zhì)量合格。

2 水壓試驗方案設(shè)計

2.1 試驗壓力

為降低工程投資，東山供水工程采用多管材交錯布置的形式，為此，應(yīng)根據(jù)管材壓力等級并選擇不同管段長度最長、試驗控制標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的管段分段確定管段試驗壓力。按照相關(guān)規(guī)范選取工作壓力最大值為相應(yīng)管段水壓試驗壓力值，但其取值必須小于管段內(nèi)設(shè)備公稱壓力，所確定的山西晉中東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道水壓試驗壓力。東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道試驗壓力，見表1。由表中數(shù)據(jù)可知，東山供水工程輸水管路從起始到末端的工作壓力有0.4MPa、0.5MPa和0.7MPa三種，并分別采用的0.9MPa、1.0MPa和1.2MPa的試驗壓力。若要對輸水管路全線進(jìn)行水壓試驗，則管道起始點試驗壓力達(dá)到0.9MPa的基礎(chǔ)上，其末端試驗壓力必須增加至1.2MPa，壓力增幅達(dá)到33.33%，會對輸水管道安全產(chǎn)生不利影響；若降低管道末端試驗壓力，則無法達(dá)到水壓試驗的目的。

表1 東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道試驗壓力

為此，必須加強(qiáng)輸水管道、閥件、鎮(zhèn)墩、閥室等在試驗壓力下安全程度的檢驗，具體而言，應(yīng)檢測管道和閥件等的安裝質(zhì)量、滲流量等是否符合設(shè)計要求，同時又不影響輸水管道安全運行。此外，還應(yīng)對東山供水工程輸水管道實行分段水壓試驗，以降低水壓試驗對輸水管道安全的影響程度。

2.2 管道試驗段長度確定

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，壓力輸水管道水壓試驗段長度應(yīng)控制在1.0km以內(nèi)，而無壓力輸水管道閉水試驗段長度應(yīng)控制在5個連續(xù)井段內(nèi)。東山供水工程輸水管道采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，管材在出廠前已經(jīng)經(jīng)過水壓試驗，在安裝時也已經(jīng)進(jìn)行了管段接頭的打壓試驗，并嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計要求進(jìn)行管道回填施工。所以，本供水工程輸水管道水壓試驗段長度可在規(guī)范基礎(chǔ)上適當(dāng)加長，但是管材壓力等級差距不能過大[2]。輸水管道共設(shè)置7座閥門井，且閥門井之間管道長度應(yīng)控制在3.5km以內(nèi)，管道壓力差不得超出0.2MPa，考慮到施工及操作運行過程的便捷性，以閥門井為節(jié)點進(jìn)行管道水壓試驗分段，東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道水壓試驗分段，見表2。

表2 東山供水工程輸水線路大口徑輸水管道水壓試驗分段

2.3 管道分段處封堵設(shè)計

在東山供水工程輸水線路輸水管道沿線7座閥門井下游及管道起止點處分別設(shè)置封堵設(shè)施，每套封堵設(shè)施均包括封堵板、封堵鋼管、法蘭、連通管、壓力表、連通閥門、試壓墩等。封堵設(shè)施的具體設(shè)置形式，封堵設(shè)施具體設(shè)置形式，見圖1。在所有封堵設(shè)施中，只有混凝土試壓墩設(shè)置在試壓井內(nèi)，其余設(shè)施均設(shè)置在試壓井外。為便于集中布設(shè)，封堵板和試驗墩均按照所能承受的壓力差設(shè)計，尺寸和所能承受的荷載小，布置形式簡單；通過焊接形式連接封堵板和封堵鋼管，而封堵鋼管和連通管及上下游鋼管均通過法蘭連接。待結(jié)束水壓試驗后用法蘭鋼管替換掉封堵鋼管。

圖1 封堵設(shè)施具體設(shè)置形式

2.4 充水控制

輸水管道充水控制是水壓試驗成功與否的前提，在壓力管道處于空管的狀態(tài)下，若打開主水泵出口閥門，則會因主水泵流量迅速增大而增加主水泵運行的不穩(wěn)定性，所以，主水泵初次啟動或停泵后重新啟動時必須進(jìn)行壓力管道充水控制。考慮到輸水管道運行過程中主水泵可能面臨頻繁的停泵、重新啟動、檢修、更換等操作，所以，除應(yīng)在供水工程建設(shè)過程中進(jìn)行管道水壓試驗和充水控制外，在工程運行中也面臨管道水壓試驗和充水控制，為此，必須選擇操作簡單可靠的管道水壓試驗和充水控制方案[3]，以保證東山供水工程大口徑輸水管道安全運行。

東山供水工程輸水線路沿線主要為山區(qū)丘陵地形，地表水水量無法滿足水壓試驗的需要，通過打井開采地下水源的方式費用較高，所以東山供水工程管道水壓試驗主要以泵站前池為充水水源，并采用泵站前池輔助水泵充水的方式，分兩段進(jìn)行充水控制：①借助泵站前池水位和輸水管道高程差完成自流充水；②在自流充水的基礎(chǔ)上將專用輔助泵設(shè)置在泵站前池內(nèi)進(jìn)行管道充水。在管道充水試驗過程中，必須將管段末端連通閥門的2處封堵設(shè)施關(guān)閉，并將其余閥門設(shè)施全部開啟。將2臺潛水泵設(shè)置在輔助泵內(nèi)并吊裝在前池側(cè)墻內(nèi)壁后向出水管充水，泵站出水管為鋼管材質(zhì)，并與埋地鋪設(shè)充水鋼管相連，在連接段處增設(shè)閥門井，伸縮器和截止閥均設(shè)置在閥門井內(nèi)。

2.5 水壓試驗步驟

為保證輸水管道運行的穩(wěn)定安全性，應(yīng)進(jìn)行單根管道水壓試驗，輸水管道沿線所設(shè)置的7座閥門井和封堵設(shè)施將輸水管道劃分成6段，自上游向下游依次編號為1#-6#管段和1#-7#封堵設(shè)施。待完成管道充水與浸泡后先初升壓，待管段內(nèi)氣體徹底排出后若出現(xiàn)彈簧壓力計指針快速擺動、升壓緩慢等情況，必須再次排氣，直至管段內(nèi)氣體徹底排出后才能開始正式的水壓試驗。東山供水工程輸水管道水壓試驗按照以下步驟進(jìn)行：先將泵站前池輔助泵全部開啟后升壓，待6#和7#封堵設(shè)施位置壓力表所顯示的壓力值達(dá)到6#管段試驗壓力后，按照設(shè)計要求開始水壓試驗；待完成水壓試驗后將6#封堵設(shè)施連通閥門關(guān)閉；將泵站前池處輔助泵開啟后升壓，待5#和6#封堵設(shè)施位置壓力表所顯示的壓力值達(dá)到5#管段試驗壓力后，按照設(shè)計要求開始水壓試驗；按照以上試驗步驟繼續(xù)對剩余管段進(jìn)行水壓試驗，全部結(jié)束后將排水井內(nèi)閥門及封堵設(shè)施連通閥門，使管段內(nèi)氣水徹底排出，再將封堵鋼管用法蘭鋼管替換，并確保輸水管道正式運行。

3 結(jié) 論

通過文章對東山供水工程輸水線路水壓試驗方案的設(shè)計分析表明，通過水壓試驗可全面檢查輸水管道管材、接口等處的施工質(zhì)量是否符合設(shè)計要求，以保證水泵系統(tǒng)正常啟動、安全運行。大口徑輸水管道水壓試驗壓力荷載大、管段多，所以水壓試驗費用較高，待試驗完成后部分水壓試驗設(shè)施必須拆除，為此必須提升管道水壓試驗方案設(shè)計的科學(xué)性與合理性，避免再次進(jìn)行水壓試驗而造成的重復(fù)建設(shè)與投資。