輸水工程中大口徑管道單口水壓試驗的改良優(yōu)化

趙嘉偉

(陜西省西咸新區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，陜西 西咸新區(qū) 712000)

近年來，我國各地輸水工程增多，其中以給水排水管道工程居多，為保證施工質(zhì)量，在管道工程施工后應(yīng)及時進行管道功能性試驗。由于輸水工程所采用的管道多為大口徑管道，并且輸水工程管道施工位置往往是較偏僻的缺水地段，所以采用常規(guī)的功能性試驗方法會造成試驗用水量過大，造成水資源的浪費。因此大口徑給水排水管道工程常采用單口水壓試驗的方式檢查管道接口的嚴密性。根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50268—2008)中對于單口水壓試驗的要求和方法，在實際施工過程中，往往存在單口水壓試驗可操作性差、試驗數(shù)據(jù)偏差、受環(huán)境溫度影響大并且存在安全隱患等問題。國內(nèi)學(xué)者及工程人員憑借經(jīng)驗對單口水壓試驗進行改良優(yōu)化和試驗參數(shù)的調(diào)整都不能真正提高單口水壓的試驗質(zhì)量和速度，導(dǎo)致很多適用于單口水壓試驗的管道工程轉(zhuǎn)而按照常規(guī)方法進行管道功能性試驗，造成不必要的資源浪費。鑒于此，本文以輸水工程中大口徑管道單口水壓試驗為研究對象，通過對試驗方法和試驗儀器進行科學(xué)性的改良優(yōu)化，從而提高大口徑管道單口水壓試驗的可操作性和準確性。

1 單口水壓試驗?zāi)壳按嬖诘膯栴}

1.1 進水口的設(shè)置

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50268—2008)中9.2.13條款要求，管道安裝時應(yīng)將單口水壓試驗用的進水口置于管道頂部。這種進水口的設(shè)置方法存在以下問題：?進水孔單孔的設(shè)置在注水時很難排出水壓腔內(nèi)的空氣，在加壓充水過程中經(jīng)常會因壓強傳遞不均勻而在水壓腔間形成氣包，對接口造成破壞；?水壓腔體內(nèi)氣體過多，管道接口即使有泄漏也難以在短期內(nèi)看到壓降，會嚴重影響試驗結(jié)論；?當單口水壓試驗完畢后，由于進水孔位于管道頂部且孔徑較小，水壓腔內(nèi)的水無法自流排出，即使使用抽水設(shè)備也無法完全抽干，水壓腔體內(nèi)的水匯集在一起后形成管底死水，隨著時間的推移水質(zhì)變差，特別是對于給水管道來說，會造成長期的水質(zhì)隱患；?由于進水口設(shè)置在雙密封膠圈之間，試驗中水對密封膠圈的受壓方向與實際工況下管道密封圈的受壓方向不一致，且多數(shù)密封膠圈具有方向性，導(dǎo)致單口水壓試驗的結(jié)果對管道的密封性沒有代表性。

1.2 試驗壓力及穩(wěn)壓時間的要求

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50268—2008)中9.2.13條款要求，管道接口連接完畢后進行單口水壓試驗，試驗壓力為管道設(shè)計壓力的2倍，且不得小于0.2MPa。試壓采用手提式打壓泵，管道連接后將試壓嘴固定在管道承口的試壓孔上，連接試壓泵，將壓力升至試驗壓力，恒壓2min。試驗壓力及穩(wěn)壓對試驗結(jié)果的影響如下：?規(guī)范要求的試驗壓力參數(shù)對管道材質(zhì)、管道特性、接口類型的差異性考慮較少；?常規(guī)水壓試驗前都會進行管道浸泡，消除管道吸水性的影響，但是規(guī)范中對單口水壓試驗的試驗前準備并沒有要求管道浸泡或其他潤濕措施，對試驗結(jié)果有一定的影響；?恒壓2min難以起到真正作用，在操作中工程人員為了能夠使恒壓過程起作用，多數(shù)延長管道恒壓時間，但如果延長恒壓時間，由于水壓腔體內(nèi)水量小，溫度對試驗結(jié)果的影響就會非常明顯，為了降低溫度對試驗結(jié)果的影響又需要縮短恒壓時間，這就造成了無法確認最佳恒壓時間的矛盾。

1.3 試驗壓降的要求

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50268—2008)中9.2.13條款要求，試壓采用手提式打壓泵，管道連接后將試壓嘴固定在管道承口的試壓孔上，連接試壓泵，將壓力升至試驗壓力，恒壓2min，無壓力降為合格。然而規(guī)范條文中對于壓降的要求過于苛刻，個別密封性較好的管道類型可以滿足無壓降的要求，如玻璃鋼加砂管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)管道，但是對于安裝中易變形、管壁粗糙且圓度不高的管道在實際試驗過程中很難保證恒壓時間內(nèi)不產(chǎn)生壓降，如大口徑球墨鑄鐵管和鋼筋混凝土管，而球墨鑄鐵管和鋼筋混凝土管是目前我國輸水管道工程中使用最為廣泛的管道類型。

2 單口水壓試驗的初步改良優(yōu)化

針對目前單口水壓試驗存在的問題，結(jié)合水壓試驗的基本原則和工程經(jīng)驗，可對大口徑管道單口水壓實驗進行改良優(yōu)化。初步改良優(yōu)化主要針對施工難度小、施工試驗設(shè)備投入有限、管道工程量有限和其他不宜進行深度單口水壓試驗設(shè)備改良優(yōu)化的工程，改良優(yōu)化方案見圖1。

圖1 單口水壓試驗的初步改良優(yōu)化

大口徑管道出廠前，可要求管材廠家在大口徑管道的承口上下對稱位置各加工一個直徑20mm的圓孔，即排氣孔和注水孔。安裝時應(yīng)注意將兩圓孔位置調(diào)整至管道安裝后的頂部和底部，處于管道頂部的圓孔為排氣孔，底部的圓孔為注水孔，每個圓孔配置規(guī)格為M10×20mm的不銹鋼螺栓。兩道防水橡膠圈的安裝方法與原單口水壓試驗一致。管道安裝前應(yīng)充分浸泡或潤濕管道的承插接口部分，單口水壓試驗開始前應(yīng)從底部排水口緩慢注水，有助于消除水與管道及橡膠圈的溫差，排出兩道防水橡膠圈和承插接口所形成的空腔體內(nèi)的氣體，直至排氣孔將空腔體內(nèi)氣體全部排出，產(chǎn)生緩慢穩(wěn)定的水流則暫停注水，靜置5min，消除管道表面吸水性能對單口水壓試驗結(jié)果的影響，接著再次進行補水，待排氣孔再次產(chǎn)生緩慢穩(wěn)定的水流則終止補水。補水完成后進行打壓，打壓結(jié)束后同時打開排氣孔和注水孔進行放水，放水完畢后采用熱風(fēng)機或吹風(fēng)機通過底部注水孔通熱風(fēng)，利用熱風(fēng)上升的原理使空腔體內(nèi)水汽完全蒸發(fā)，消除腔體死水對管道內(nèi)水質(zhì)的影響，之后采用規(guī)格為M10×20mm的不銹鋼螺栓將注水孔和排氣孔進行封堵處理。

該改良優(yōu)化方案的優(yōu)點在于克服了常規(guī)單口水壓試驗注水孔單孔在注水時很難排出水壓腔體內(nèi)空氣的問題，消除了因壓強傳遞不均勻而形成的氣包，不但保護了接口，也提高了試驗結(jié)論的準確性；同時雙孔的設(shè)置也解決了單孔試驗中水壓腔內(nèi)的水無法自流排出，匯集在一起后形成管底死水的問題。同時采用空腔體內(nèi)注水、分階段補水的方式消除了管道吸水性和水與管道及橡膠圈的溫差對試驗結(jié)果的影響。

3 單口水壓試驗的深度改良優(yōu)化

初步改良優(yōu)化方案雖對單口水壓試驗的可操作性和準確性都有很大的提升，但對于大多數(shù)采用單口水壓試驗方式的長距離大口徑管道工程，特別是對試驗進度和試驗精度有較高要求且施工環(huán)境惡劣的工程，初步改良優(yōu)化方案仍存在很大的局限性。因此從目前單口水壓試驗所存在的問題入手，通過對試驗設(shè)備儀器操作方式的改進進行深度改良優(yōu)化，具體方案如下：

將單口水壓試驗在管道外側(cè)打壓的方式改為在管道內(nèi)部接口處打壓，由于大多數(shù)采用單口水壓試驗的管道管徑都較大，試驗人員可以進入管道中進行試驗，此打壓方式可以消除溫度和天氣對單口水壓試驗操作性和進度的影響；接著將管道承插接口的兩道防水橡膠圈優(yōu)化為一道防水橡膠圈，該防水橡膠圈按照普通管道承插接口安裝方式安裝即可；深度改良優(yōu)化的重點是對打壓試驗設(shè)備進行優(yōu)化，見圖2。

圖2 單口水壓試驗打壓試驗設(shè)備改良優(yōu)化

打壓試驗設(shè)備的鋼環(huán)架采用模塊化的合金高強度鋼管連接成雙環(huán)結(jié)構(gòu)，外圈具備可伸縮、可增節(jié)段的功能，適用于不同直徑的管道試驗，內(nèi)圈采用小于管道直徑的固定圈環(huán)，保證鋼環(huán)架在打壓過程中的整體性和穩(wěn)定性。內(nèi)圈和外圈鋼環(huán)架通過絲杠連接，在外圈的外側(cè)鋼板上安裝大于接口縫隙的凹形密封橡膠圈，橡膠圈的中央開孔連接打壓注水管。

打壓試驗開始前，采用管道內(nèi)部水洗或者水刷的方式對管道接口處進行潤濕和浸泡，以消除管道吸水性對試驗結(jié)果的影響。將外圈直徑調(diào)整至外圈外側(cè)凹形密封橡膠圈剛好能夠滑入管道內(nèi)的位置，并進行外圈和打壓儀器的連接。將鋼環(huán)架推至管道承插接口的接縫處，使接口接縫剛好處于凹形密封橡膠圈的內(nèi)部，調(diào)節(jié)絲杠，通過外圈擠壓管壁，使凹形密封橡膠圈緊密貼合在管壁上，形成密封腔體。接著通過注水口向密封腔體內(nèi)抽氣緩慢注水，注水完成后可進行打壓試驗。

單口水壓試驗深度改良優(yōu)化方案的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：?管道承口處不設(shè)置注水孔和排氣孔，管道制作速度提高，管道造價有所降低；?試驗位置由管道外側(cè)改為管道內(nèi)側(cè)，由于采用單口水壓試驗的管道多為大口徑管道，試驗人員可以自由進入，可提前對管道接口試驗位置進行提前潤濕和浸泡，消除管道吸水效應(yīng)的影響，大大縮減了單口水壓試驗的時間，此外在管道內(nèi)部進行試驗不受天氣和溫度環(huán)境的影響，提高了試驗效率和試驗準確率；?由管道內(nèi)部接縫向外部打壓，因承插接口防水橡膠圈具有方向性，管道防水橡膠圈受力方向和實際工況相一致，試驗結(jié)果能夠更準確地反映實際管道接口的密封性，并且不用設(shè)置第二道防水橡膠圈，降低了管道安裝施工難度；?鋼環(huán)架可進行伸縮調(diào)整，適用于不同規(guī)格、大小的管道，應(yīng)用范圍更加廣泛；?可更換凹形密封橡膠圈，消除了設(shè)備磨損和老化對試驗結(jié)果準確度的影響。

4 工程應(yīng)用及效果

澇渭水源地供水項目位于陜西省西咸新區(qū)境內(nèi)，該項目包括澇渭水源地水源井工程、引水管網(wǎng)和斗門凈水廠三部分，總投資為55271.87萬元。其中建設(shè)水源井50眼,沿渭河南岸及澇河?xùn)|岸布設(shè),建設(shè)井間聯(lián)絡(luò)管線總長12.448km，配套原水輸送管道約16km，管道類型為球墨鑄鐵管，管徑1200mm，在連霍高速公路南側(cè)防護欄以外30m敷設(shè)。

該工程具有輸水管線長、施工環(huán)境復(fù)雜、施工工期緊且輸水管道施工期處于雨季等特點，采用傳統(tǒng)水壓試驗方式無法保證工程進度和試驗可靠性。因此采用單口水壓試驗的深度改良優(yōu)化方案，可確保雙環(huán)打壓設(shè)備跟隨施工安裝位置，能夠隨安隨測，并且施工人員和設(shè)備在管中行進，不受雨季和周圍環(huán)境的影響，能夠較好地消除管道的吸水影響。通過單口水壓試驗的深度改良優(yōu)化，管道功能性試驗的實際工期比預(yù)計工期縮短了8.5天。另外，因為改良方案的試驗即時性強，所試驗管道功能性試驗不合格可立即進行重新安裝或調(diào)試，大大減少了返工現(xiàn)象的出現(xiàn)，施工單位能迅速進行整改，避免了不必要的工期和生產(chǎn)資源的浪費。由此可見，單口水壓試驗的改良優(yōu)化效果顯著。

5 結(jié) 語

根據(jù)給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范中關(guān)于大口徑管道單口水壓試驗的要求，從工程實際出發(fā)，分析得出大口徑管道單口水壓試驗存在進水口設(shè)置、試驗壓力及穩(wěn)壓時間、試驗壓降等問題，結(jié)合水壓試驗的基本原則以及大口徑管道壓力試驗的特性，通過合理化的優(yōu)化改良，提出大口徑管道單口水壓試驗的初步改良優(yōu)化方案和深度改良優(yōu)化方案，針對不同的試驗條件，使用不同的優(yōu)化改良方案，提高了輸水工程中大口徑管道單口水壓試驗的可操作性和準確性，同時也可為其他管道工程單口水壓試驗的改良優(yōu)化提供參考。