輸水壓力管道水壓試驗(yàn)在較長(zhǎng)距離下的應(yīng)用

任 杰，趙 磊

(北京清河水利建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100192)

在水利和市政工程中長(zhǎng)距離輸水管道一般采用壓力管道，通過(guò)施壓實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、從較低高程向較高高程輸水的目的。長(zhǎng)距離輸水工程壓力管道安裝完畢且上部覆土回填完成后，需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證管道安裝質(zhì)量以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)輸水參數(shù)。長(zhǎng)距離輸水管線短則幾公里，長(zhǎng)則上百公里，水壓試驗(yàn)應(yīng)分段進(jìn)行。由于管道直徑大，水壓試驗(yàn)需水量大且來(lái)水途徑單一，只能從一端充水至另一端，所以要在全線管道全部完成后再進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)無(wú)法采用盲板在管道中間進(jìn)行封堵，截取短距離的管道進(jìn)行試驗(yàn)，只能依靠現(xiàn)有的蝶閥等設(shè)備進(jìn)行分段，造成每一段距離很長(zhǎng)，長(zhǎng)距離管道的水壓試驗(yàn)怎么取得成功是需要解決的問(wèn)題。南水北調(diào)工程大興支線工程壓力管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)單段長(zhǎng)約5km，如此長(zhǎng)距離試驗(yàn)最終取得成功，本文就試驗(yàn)過(guò)程及試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述。

1 水壓試驗(yàn)工程背景

南水北調(diào)配套工程大興支線工程采用單根DN2400的K2型接口球墨鑄鐵管，管線全長(zhǎng)46km左右，其中北京段長(zhǎng)約33.4km，從起點(diǎn)至終點(diǎn)約每隔5km設(shè)置雙道蝶閥，水壓試驗(yàn)來(lái)水從起點(diǎn)南干渠輸送，管線設(shè)計(jì)運(yùn)行工作壓力為0.3MPa，水壓試驗(yàn)壓力取值為0.6MPa。

2 水壓試驗(yàn)?zāi)康募芭袆e標(biāo)準(zhǔn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

(1)通過(guò)充水檢驗(yàn)管道沿線附屬分水口和閥件等密閉設(shè)施；

(2)通過(guò)試驗(yàn)充水到放水全過(guò)程檢驗(yàn)各排氣閥體的閉水和進(jìn)、排氣性能；

(3)通過(guò)充水浸泡和水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)管道及其配套建筑物在正常工作條件下的強(qiáng)度及嚴(yán)密性。

2.2 水壓試驗(yàn)采用允許壓力降值判定

2.2.1預(yù)試驗(yàn)階段

通過(guò)進(jìn)水管補(bǔ)水增壓，將試驗(yàn)段管內(nèi)水壓由起始?jí)毫Ψ旨?jí)升至試驗(yàn)壓力并穩(wěn)壓30min，期間如有壓力下降可注水補(bǔ)壓，但不得高于試驗(yàn)壓力；升壓與保壓期間實(shí)時(shí)檢查井室內(nèi)管道接口、配件等處有無(wú)漏水、損壞現(xiàn)象；有漏水、損壞現(xiàn)象并可能造成工程事故或者試驗(yàn)失敗時(shí)，及時(shí)停止試驗(yàn)，查明原因并采取相應(yīng)措施后重新試驗(yàn)[1-2]。

2.2.2主試驗(yàn)階段

停止注水補(bǔ)壓，穩(wěn)定15min；當(dāng)15min后壓力下降不超過(guò)0.03MPa時(shí)，將試驗(yàn)壓力降至工作壓力并保持恒壓30min，進(jìn)行外觀檢查，若無(wú)漏水現(xiàn)象，則水壓試驗(yàn)合格。

2.3 水壓試驗(yàn)采用允許滲水量判定

進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)的標(biāo)志是實(shí)際壓力值提升至規(guī)定壓力值，在試驗(yàn)過(guò)程中持續(xù)向管道中補(bǔ)水，確保試驗(yàn)水頭恒定，觀測(cè)記錄管道滲水量，直至試驗(yàn)完畢[3]。

主試驗(yàn)階段：本工程選做最終合格判定依據(jù)的指標(biāo)是補(bǔ)壓情況下的允許滲水量[4]。球墨鑄鐵管的水壓試驗(yàn)允許滲水量參照計(jì)算公式：

(1)

式中，q—允許滲水量，L/(min·km)；D—計(jì)算內(nèi)徑，mm。

在允許壓力降值判定結(jié)果與允許滲水量判定結(jié)果同時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，判定水壓試驗(yàn)通過(guò)。經(jīng)過(guò)計(jì)算本試驗(yàn)段每小時(shí)允許滲水量為1.48m3。

測(cè)試階段持續(xù)向管中補(bǔ)水，確保水壓力恒定，但過(guò)程中可能造成水面波動(dòng)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性，因此記取水位監(jiān)測(cè)裝置讀數(shù)時(shí)可允許水面高程偏差有0.1m浮動(dòng)[5]。觀察記錄管道滲水量數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為5min，連續(xù)記錄的數(shù)據(jù)3次為1組，試驗(yàn)需記取讀數(shù)3組以上，試驗(yàn)過(guò)程中，要求觀測(cè)滲水量的時(shí)長(zhǎng)不得小于60min。

3 試驗(yàn)前本標(biāo)段具備的條件

本標(biāo)段內(nèi)相關(guān)工程已完工且通過(guò)驗(yàn)收，同時(shí)應(yīng)具備以下條件：

(1)管節(jié)間接口打壓試驗(yàn)合格，管道內(nèi)部已清理干凈。

(2)各類閥件裝配工作已完成且經(jīng)初步驗(yàn)收合格，閥門已按相關(guān)規(guī)定調(diào)整到試驗(yàn)準(zhǔn)備狀態(tài)。

(3)相關(guān)構(gòu)件及構(gòu)筑物的混凝土強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，回填工作已達(dá)設(shè)計(jì)高程。

(4)試驗(yàn)段內(nèi)管道的全部敞口均封堵嚴(yán)密，無(wú)漏水現(xiàn)象。

(5)試驗(yàn)用打壓設(shè)備、壓力表已安裝完成，試驗(yàn)用水源已解決。水壓試驗(yàn)應(yīng)配備通過(guò)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)合格的設(shè)備，系統(tǒng)中應(yīng)安裝單流閥，加壓過(guò)程中須能保持水壓穩(wěn)定。

(6)供電系統(tǒng)連接合格、排水疏導(dǎo)路線已施作完畢，確保排水出路暢通，配備足夠數(shù)量的排水泵及發(fā)電機(jī)。

(7)觀測(cè)制度、記錄表格等工作已落實(shí)，試驗(yàn)壓力標(biāo)準(zhǔn)值已確定，安全監(jiān)測(cè)設(shè)備布置完畢，已完成初始值測(cè)定。

4 試驗(yàn)階段

4.1 試驗(yàn)工作內(nèi)容

試驗(yàn)借助前后兩道蝶閥將管道封閉，全程5010.3m，一次進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)工作內(nèi)容包括：雜物清理、充水、沿線漏水情況檢查，保持充滿水狀態(tài)浸泡時(shí)間不少于48h，進(jìn)行試驗(yàn)并記錄過(guò)程資料，檢查漏水情況，排水，管道內(nèi)部檢查與修補(bǔ)。

4.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)管道安裝施工完成，接口部位全部檢查合格并通過(guò)驗(yàn)收；機(jī)電設(shè)備完成驗(yàn)收并滿足試驗(yàn)要求。

(2)試驗(yàn)水源、場(chǎng)地、人員已落實(shí)，試驗(yàn)設(shè)備已安裝、調(diào)試完成。

(3)試驗(yàn)管段所有敞口堵嚴(yán)，臨時(shí)封堵措施安全可靠。

(4)水壓試驗(yàn)前管道滿水浸泡48h。

(5)對(duì)加壓設(shè)備穩(wěn)定性、壓力表精準(zhǔn)度、連接管、排氣閥、進(jìn)水管路及各類閥件的工作特性等進(jìn)行仔細(xì)檢查，以保證試驗(yàn)系統(tǒng)嚴(yán)密性。

(6)止推結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施施工完成并滿足水壓試驗(yàn)穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求。

(7)對(duì)排氣閥井及檢修井進(jìn)行改造，在此處設(shè)置變頻水泵，能夠?qū)Ω鲄^(qū)段進(jìn)行補(bǔ)水。

(8)正式加壓前對(duì)水泵進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保水泵可正常運(yùn)行。

4.3 充水及浸泡

充水開(kāi)啟后，需對(duì)管道沿線的排氣閥進(jìn)行看護(hù)，認(rèn)真查看排氣狀態(tài)，保證排氣閥正常工作。同時(shí)排氣閥作為觀測(cè)水位是否達(dá)到要求的標(biāo)高，最高處排氣閥浮球頂起時(shí)，說(shuō)明全線管道全部充滿。

全線充水后進(jìn)行浸泡48h，滿管后管線上基本所有閥件處于帶壓狀態(tài)，這段時(shí)間內(nèi)檢查所有閥件的密閉性，保證正常打壓過(guò)程中閥件處問(wèn)題已解決。

4.4 補(bǔ)水及打壓預(yù)試驗(yàn)

(1)補(bǔ)水加壓設(shè)備安裝：充水前，在排氣閥的DN800法蘭蓋上開(kāi)孔連接DN50管，用于補(bǔ)水打壓，DN50管一直延伸至地面的儲(chǔ)水罐內(nèi)，并依次安裝手動(dòng)球閥、泄水管三通、觀測(cè)壓力表、變頻柜壓力表、手動(dòng)球閥、流量計(jì)、變頻水泵。泄水管上依次安裝手動(dòng)球閥和流量計(jì)，水壓試驗(yàn)設(shè)備安裝示意圖如圖1所示。采用水車進(jìn)行補(bǔ)水，每輛容積為11m3，不停向儲(chǔ)水罐內(nèi)加水。

圖1 水壓試驗(yàn)設(shè)備安裝示意圖

(2)補(bǔ)水觀測(cè)(預(yù)試驗(yàn))：補(bǔ)水過(guò)程應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，分多次向管道中補(bǔ)水，補(bǔ)水完成后分級(jí)升壓(每級(jí)0.1MPa)，升壓過(guò)程不易過(guò)快，壓力值每提高一檔后穩(wěn)壓時(shí)間不少于10min(此時(shí)段可向管中補(bǔ)水已保證水壓)，每升一級(jí)檢查試驗(yàn)管段、試驗(yàn)設(shè)備、管身及接口處有無(wú)滲漏水，無(wú)漏水且系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)方可繼續(xù)升壓。升壓過(guò)程中，注意排氣。加壓時(shí)，觀察壓力表指針出現(xiàn)擺動(dòng)、不穩(wěn)，且壓力值上升緩慢時(shí)，應(yīng)排氣后重新加壓。將管道內(nèi)壓力加升至各區(qū)段試驗(yàn)壓力水值，觀察記錄壓力降值。

(3)滲水量觀測(cè)(預(yù)試驗(yàn))：利用管道連接已經(jīng)安裝好的50mm補(bǔ)水管對(duì)管道分級(jí)加壓，達(dá)到試驗(yàn)壓力后，保持恒定壓力，期間持續(xù)向管道內(nèi)補(bǔ)水，觀測(cè)記錄一次管道滲水量的時(shí)間間隔為5min，3次為1組，本工程中實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)為4組，即觀測(cè)60min。通過(guò)設(shè)置補(bǔ)水處流量表計(jì)算補(bǔ)水量，補(bǔ)水量即為本區(qū)段試驗(yàn)滲水量。允許滲水量判定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 允許滲水量判定標(biāo)準(zhǔn)

(4)記錄補(bǔ)水處連接排氣閥壓力表讀數(shù)。

(5)在穩(wěn)壓時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行滲漏量觀測(cè)，每5min觀測(cè)并記錄一次管道滲水量，3次為1組，試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)3組以上，直至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)。

(6)本試驗(yàn)段管道工作壓力為0.3MPa，不大于0.5MPa，根據(jù)相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范與技術(shù)規(guī)程，本工程管道水壓試驗(yàn)壓力取值為2倍工作壓力，即0.6MPa。上述壓力指管中壓力，打壓點(diǎn)壓力表讀數(shù)需將高程引起的壓力核減。當(dāng)采用允許壓力降值判定與采用允許滲水量判定的結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，最終認(rèn)定該段通過(guò)水壓試驗(yàn)。

(7)水頭差計(jì)算：打壓點(diǎn)管中高程為44.875m，打壓觀測(cè)壓力表高程55.275m，高差55.275-44.875=10.4m，壓差10.4÷100=0.104MPa。管道工作壓力為0.3MPa，管道中心試驗(yàn)壓力值為0.6MPa，由此計(jì)算水壓試驗(yàn)時(shí)打壓壓力表讀數(shù)應(yīng)為0.496MPa，工作壓力讀數(shù)為0.196MPa。測(cè)定滲水量及壓力降時(shí)，打壓觀測(cè)壓力表試壓壓力讀數(shù)不得小于0.496MPa，工作壓力讀數(shù)不小于0.196MPa。

5 試驗(yàn)成果

預(yù)試驗(yàn)合格后再進(jìn)行正式試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程同預(yù)試驗(yàn)，采用允許壓力降值判定與允許滲水量判定，兩者同時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，判定水壓試驗(yàn)通過(guò)。

5.1 壓力值判定

區(qū)段打壓點(diǎn)管道中心加壓至試驗(yàn)壓力0.6MPa，觀測(cè)點(diǎn)壓力表讀數(shù)為0.496MPa，穩(wěn)壓15min；壓力下降超過(guò)0.008MPa(未超過(guò)0.03MPa)，將試驗(yàn)壓力降至工作壓力0.3MPa，觀測(cè)點(diǎn)壓力表實(shí)際讀數(shù)為0.25MPa，大于0.194MPa，保持30min壓力未下降，進(jìn)行外觀檢查，無(wú)漏水現(xiàn)象，判定第一區(qū)段水壓試驗(yàn)壓力值合格。

5.2 允許滲水量判定

水壓試驗(yàn)中壓力值提升至0.6MPa后，持續(xù)向管道中補(bǔ)水，保持恒定壓力，每5min觀測(cè)并記錄一次管道滲水量，3次為1組，本工程試驗(yàn)記取4組觀測(cè)數(shù)據(jù)，共計(jì)觀測(cè)60min，60min總計(jì)要求滲水量不大于1.48m3。本工程水壓試驗(yàn)每組滲水量判定標(biāo)準(zhǔn)及具體試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 滲水量判定標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)測(cè)滲水量數(shù)據(jù)

綜上：4組數(shù)據(jù)，每5，10，15min滲水量均滿足實(shí)驗(yàn)要求，累計(jì)滲水量為0.681m3，未超過(guò)1.480m3，結(jié)果合格。

6 水壓試驗(yàn)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及注意事項(xiàng)

6.1 相關(guān)經(jīng)驗(yàn)

(1)試驗(yàn)前需對(duì)沿線全面檢查，主要檢查水機(jī)設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是否符合試驗(yàn)要求，排氣閥排氣是否正常等；

(2)充水和加壓過(guò)程需要對(duì)全線的法蘭連接點(diǎn)進(jìn)行檢查，檢查是否出現(xiàn)滲漏；如有滲漏，則先停止加壓后再及時(shí)堅(jiān)固，堅(jiān)固應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行。這就要求在施工時(shí)法蘭連接處作為質(zhì)量控制要點(diǎn)。

(3)加壓設(shè)備安裝需合理，具體形式可參考本文中的設(shè)備安裝圖。

(4)預(yù)試驗(yàn)是試驗(yàn)的最關(guān)鍵一步，預(yù)試驗(yàn)成功則主試驗(yàn)也必將成功。預(yù)試驗(yàn)需不停的重復(fù)注水加壓和泄壓過(guò)程，以保證將管道內(nèi)的氣體全部排出并使管道管壁充分浸潤(rùn)，待氣體全部排出和管道浸潤(rùn)后方能保證壓力值穩(wěn)定和滲流量的穩(wěn)定。

6.2 注意事項(xiàng)

(1)水壓試驗(yàn)過(guò)程中，后背頂撐、管道兩端嚴(yán)禁站人。

(2)管道水壓試驗(yàn)時(shí)，認(rèn)真排氣。充水過(guò)程中，在每個(gè)排氣閥井安排檢查人員，以保證排氣閥工作正常。

(3)水壓試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)禁修補(bǔ)各類缺陷。

(4)試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)管內(nèi)壓力值上升緩慢或無(wú)明顯變化或管堵?lián)p壞時(shí)，應(yīng)立刻終止試驗(yàn)，查明原因，采取妥善措施后，再重新試驗(yàn)[6]。

(5)水壓試驗(yàn)開(kāi)始后嚴(yán)禁敲擊管身、管段接口或?qū)θ毕莶课贿M(jìn)行修補(bǔ)。如發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)進(jìn)行標(biāo)記，待卸壓完畢再采取措施修補(bǔ)。

7 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)距離壓力管道水壓試驗(yàn)需要技術(shù)理論與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合；如某環(huán)節(jié)出問(wèn)題，則整個(gè)試驗(yàn)就無(wú)法順利完成，造成浪費(fèi)。本文結(jié)合實(shí)際工程闡述的水壓試驗(yàn)程序與注意事項(xiàng)，既可以為更長(zhǎng)距離水壓試驗(yàn)的應(yīng)用研究積累數(shù)據(jù)，也可在類似工程水壓試驗(yàn)中規(guī)避重復(fù)嘗試過(guò)程，以節(jié)省大量人力、財(cái)力投入，提高經(jīng)濟(jì)效益。由于我部標(biāo)段未出現(xiàn)鋼岔管但有些存在鋼岔管的工程為了降低水壓試驗(yàn)悶頭制作難度，往往采用縮徑的辦法，縮徑管長(zhǎng)度或錐角直接決定了其與主管、悶頭連接部位的母線轉(zhuǎn)折角以及應(yīng)力集中程度，影響到水壓試驗(yàn)?zāi)芊裾＿M(jìn)行，因此如遇此情況還需另進(jìn)行計(jì)算和研究[7]。