淺談長距離輸水管道壓力試驗

閆志峰

給水管道鋪設完畢后，要對管道系統進行壓力試驗這一環節，它是管道工程質量檢查與驗收的一道重要工序。給水管道的壓力試驗按管道傳承的介質可分為水壓試驗和氣壓試驗，按其目的可分為強度試驗和嚴密性試驗。通過壓力試驗，能準確反映管道強度及滲漏情況，在壓力試驗中要采取正確的方法和措施，特別是對特殊地段及大落差地段的壓力試驗要確保試壓安全，不能使管材遭受破壞、發生安全事故。下面就以我們施工的襄渝二線ZH-1標段達州車站長距離輸水管道水壓試驗為例進行探討交流。

1 輸水管線概況

襄渝二線ZH-1標段達州車站長距離輸水管道全程長14.05 km，管道材質采用DN300球墨鑄鐵管及DN315 PE給水管兩種，管道全程鋪設位置高差起伏較大，要穿越山地、河流、公路及隧道等地段。DN315 PE管道采用直埋的施工方法，管頂覆土厚度不小于0.7 m，管道接口為現場熱熔對焊連接。既有線管道鋪設以DN300球墨鑄鐵管道明鋪為主，采用C20混凝土支墩防護施工法，管道連接采用橡膠圈承插柔性接口形式，其縱向分布圖見圖1。

2 水壓試驗分段設置原則和要求

管道水壓試驗的分段長度:球墨鑄鐵管長度一般不大于1 000 m;PE管無節點連接的管道不大于1 500 m，有節點的管道試驗段長度不大于1 000 m。過河、穿越鐵路、公路、大落差等特殊地段均單獨進行試壓，靈活設置，確保試驗長度滿足“規范”要求。對不同材質、不同工作壓力的管材原則上不能混合進行壓力試驗，否則易造成管道破壞。因襄渝二線長距離輸水管道鋪設受地形和地質的限制，球墨鑄鐵管和PE管交叉使用，這樣對部分區段就必須混合進行管道壓力試驗，因兩種管材比重及與黏土的摩擦系數不同，故在相同管段壓力作用下產生變形不一致，因此需對與球墨鑄鐵短管連接的PE法蘭與球墨鑄鐵管采用管卡抱箍加固，并設置混凝土全包支墩。否則會產生與PE管連接處的球墨鑄鐵管件接口拔出甚至管身產生環向開裂事故。

3 水壓試驗裝置要求

3.1 試壓管段的后背設計

DN300管端承受的壓力:

其中，P為管端所承受的壓力，kN;PS為試驗壓力，MPa;r為管內徑，m。

管口的粘結力:

P1=πK1DLf=3.14×1.08×0.326×0.069×2.5×1 000=191.7 kN。

其中，P1為管口的粘結力，kN;D為管道插口外徑，m;L為接口填料深度，m;f為接口單位面積粘結力，MPa;K1為粘結力修正值。

管道作用后背的力:

其中，R為管端傳遞給后背的作用力，kN;P為試壓管段、管端所承受的壓力，kN;P1為承插口填料粘結力，kN。

經過核算，在此情況進行壓力試驗，管端后背不需要進行加固。

3.2 管內注水及排氣

管內存氣是由管線的高程起伏造成的，如果管內存有氣體進行水壓試驗，滯留在管道內的氣體形成氣囊會影響測試效果，甚至由于管內氣體受到壓縮還可能導致爆管。故在灌水時應從下游緩緩注入，并在試驗管段的上游管頂及管段中的凸起點設排氣閥，排除管內氣體;管道灌水時水流速度不可太快，應使管道的灌水量與管道的排氣量相匹配。若出現以下情況時，可認為管內氣體未排除干凈:對注滿水的管道升壓時，試壓泵不斷向管內充水，但升壓很慢;壓力表指針隨手壓泵柄上下搖動而擺幅較大，讀數也不穩定;灌水排氣，要使排出的水流中不帶氣泡，水流連續，速度不變，作為排氣徹底的標志。

3.3 壓降與滲水量

在進行水壓試驗時，管道內充滿水后還要繼續注水，方可達到試驗壓力要求，主要因為管內的水和未排凈的空氣受壓密度增大而體積縮小及管壁受水壓后產生徐變。按“規范”推算出對球墨鑄鐵管進行試壓，每升壓1 kgf/cm2，需要注入的水量約為管內無壓時水量的1/1 000。為此，在試壓時就可以從10 min的降壓值推算出滲水量。推算公式參考如下:

其中，Δw為管道水壓試驗升壓P時需增補的水量;D1為管道內徑，cm;T為管道平均壁厚，cm;L為管道長度，m;E為管材的彈性模量，kg/cm2，取 0.9×106;β為水的壓縮系數，cm2/ckgf，取 0.475×10-4。

3.4 試壓裝置

試壓裝置主要包括加壓泵、逆止閥、壓力表及表閥等。試壓泵有手動式和電動式，對于試壓管道長度小于1 000 m且落差不超過30 m，現場無電源條件的情況下宜采用手動式;補水量大、距離較長，且落差較大宜采用電動式。彈簧計壓力表計時精度不應低于1.5級，最大量程宜為試驗壓力的1.3倍～1.5倍，表殼的公稱直徑不應小于150 mm，使用前校正。另外，試驗管段不得采用閘閥做堵板，不得含有消火栓、安全閥、水錘消除器、自動排氣閥等附件，在管道的這些附件處應設堵板，將所有的敞口封堵。

4 水壓試驗的判定

本工程輸水管道設計工作壓力為0.8 MPa，按規范試驗壓力為P+0.5 MPa即為1.3 MPa。系統壓力試驗有強度試驗和嚴密性試驗，試驗前3天要對試驗段管道充水浸泡，并要打開管端頂處排氣閥門排氣，管道內氣體排完后，關閉排氣閥門，將管道內水充滿，停止充水，充水在不大于工作壓力條件下充分浸泡后再進行試壓。壓力試驗分兩步進行:第一步是升壓，第二步是按強度試驗要求進行檢查。管道每次升壓0.2 MPa，要求對試驗段管道進行檢查，檢查后背支墩，管身接口無異常現象后，再繼續升壓，每升一次，都要檢查一次。升壓至試驗壓力后，保持10 min，壓降不大于0.05 MPa，檢查管道接口、管身無損壞及漏水現象，認為管道強度水壓試驗合格。其次還要進行管道的嚴密性試驗，嚴密性試驗有兩種:放水法和注水法。管道嚴密性試驗時，不得有漏水現象，同時實測滲水量不大于“規范”規定允許值時為合格。管道內徑不大于400 mm的，且長度不大于1 000 m的試驗段管道，在試驗壓力下，10 min壓降不大于0.05 MPa時，可認為管道嚴密性試驗合格。

5 特殊地段壓力試驗方法

1)對鐵路既有線長大隧道內管道壓力試驗我們采取了氣壓試驗，因為該隧道長2 430 m，隧道每隔60 m處設置避人洞 1座，對避人洞處管道采取45°彎頭下翻，故該段管道注水后存有大量空氣，考慮到既有線行車安全和維護方便，管材采用PE管，但PE管在試壓過程中會帶來諸多不便，主要因為排氣是最大困難，為此對PE管的連接形式作了調整，在每隔500 m位置處設法蘭連接1處，在試壓時對該處安裝帶有排氣裝置鋼質法蘭短管進行排氣，管道每安裝500 m后立即對該段進行壓力試驗。

2)對落差較大的地段，對同一材質管道試壓時，應以地形高程起伏作為區段劃分原則，壓力試驗的裝置設備應設置在試驗管段的最低處，最高處安裝排氣閥。因為沿線地勢產生的高差，使得試驗段灌水結束后低洼段管道內的靜壓值較高，最低端管道內壓力達到0.7 MPa，若試壓裝置設置在頂端，當壓力達到試驗壓力1.3 MPa時，低洼段管道承受壓力已達到2.0 MPa，這樣將會使管材受到破壞，并存在諸多安全隱患。

6 結語

以上為該工程在水壓試驗中需要解決和注意的一些問題，同時通過對本工程的水壓試驗，使得我們對長距離、大落差及其他特殊地段的壓力管道水壓試驗采用的方法和措施也有一定經驗積累，特別是對不同管材混合試壓時應采取的加固措施作為新的問題予以交流。

[1] TB 10209-2002，鐵路給水排水施工規范[S].

[2] 給水排水工程結構設計手冊編委會.給水排水工程結構設計手冊[M].第 2版.北京:中國建筑工業出版社，2007.