輸水壓力管道水壓試驗在較長距離下的應用

任 杰，趙 磊

(北京清河水利建設集團有限公司，北京 100192)

在水利和市政工程中長距離輸水管道一般采用壓力管道，通過施壓實現長距離、從較低高程向較高高程輸水的目的。長距離輸水工程壓力管道安裝完畢且上部覆土回填完成后，需要進行水壓試驗來驗證管道安裝質量以及是否達到設計輸水參數。長距離輸水管線短則幾公里，長則上百公里，水壓試驗應分段進行。由于管道直徑大，水壓試驗需水量大且來水途徑單一，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行水壓試驗。試驗時無法采用盲板在管道中間進行封堵，截取短距離的管道進行試驗，只能依靠現有的蝶閥等設備進行分段，造成每一段距離很長，長距離管道的水壓試驗怎么取得成功是需要解決的問題。南水北調工程大興支線工程壓力管道進行水壓試驗單段長約5km，如此長距離試驗最終取得成功，本文就試驗過程及試驗中的注意事項進行闡述。

1 水壓試驗工程背景

南水北調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46km左右，其中北京段長約33.4km，從起點至終點約每隔5km設置雙道蝶閥，水壓試驗來水從起點南干渠輸送，管線設計運行工作壓力為0.3MPa，水壓試驗壓力取值為0.6MPa。

2 水壓試驗目的及判別標準

2.1 試驗目的

(1)通過充水檢驗管道沿線附屬分水口和閥件等密閉設施；

(2)通過試驗充水到放水全過程檢驗各排氣閥體的閉水和進、排氣性能；

(3)通過充水浸泡和水壓試驗檢驗管道及其配套建筑物在正常工作條件下的強度及嚴密性。

2.2 水壓試驗采用允許壓力降值判定

2.2.1預試驗階段

通過進水管補水增壓，將試驗段管內水壓由起始壓力分級升至試驗壓力并穩壓30min，期間如有壓力下降可注水補壓，但不得高于試驗壓力；升壓與保壓期間實時檢查井室內管道接口、配件等處有無漏水、損壞現象；有漏水、損壞現象并可能造成工程事故或者試驗失敗時，及時停止試驗，查明原因并采取相應措施后重新試驗[1-2]。

2.2.2主試驗階段

停止注水補壓，穩定15min；當15min后壓力下降不超過0.03MPa時，將試驗壓力降至工作壓力并保持恒壓30min，進行外觀檢查，若無漏水現象，則水壓試驗合格。

2.3 水壓試驗采用允許滲水量判定

進行水壓試驗時，開始計時的標志是實際壓力值提升至規定壓力值，在試驗過程中持續向管道中補水，確保試驗水頭恒定，觀測記錄管道滲水量，直至試驗完畢[3]。

主試驗階段：本工程選做最終合格判定依據的指標是補壓情況下的允許滲水量[4]。球墨鑄鐵管的水壓試驗允許滲水量參照計算公式：

(1)

式中，q—允許滲水量，L/(min·km)；D—計算內徑，mm。

在允許壓力降值判定結果與允許滲水量判定結果同時符合標準時，判定水壓試驗通過。經過計算本試驗段每小時允許滲水量為1.48m3。

測試階段持續向管中補水，確保水壓力恒定，但過程中可能造成水面波動影響觀測數據精準性，因此記取水位監測裝置讀數時可允許水面高程偏差有0.1m浮動[5]。觀察記錄管道滲水量數據的時間間隔為5min，連續記錄的數據3次為1組，試驗需記取讀數3組以上，試驗過程中，要求觀測滲水量的時長不得小于60min。

3 試驗前本標段具備的條件

本標段內相關工程已完工且通過驗收，同時應具備以下條件：

(1)管節間接口打壓試驗合格，管道內部已清理干凈。

(2)各類閥件裝配工作已完成且經初步驗收合格，閥門已按相關規定調整到試驗準備狀態。

(3)相關構件及構筑物的混凝土強度等級已達設計強度值，回填工作已達設計高程。

(4)試驗段內管道的全部敞口均封堵嚴密，無漏水現象。

(5)試驗用打壓設備、壓力表已安裝完成，試驗用水源已解決。水壓試驗應配備通過專業檢測機構監測合格的設備，系統中應安裝單流閥，加壓過程中須能保持水壓穩定。

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

(7)觀測制度、記錄表格等工作已落實，試驗壓力標準值已確定，安全監測設備布置完畢，已完成初始值測定。

4 試驗階段

4.1 試驗工作內容

試驗借助前后兩道蝶閥將管道封閉，全程5010.3m，一次進行水壓試驗。試驗工作內容包括：雜物清理、充水、沿線漏水情況檢查，保持充滿水狀態浸泡時間不少于48h，進行試驗并記錄過程資料，檢查漏水情況，排水，管道內部檢查與修補。

4.2 試驗準備

(1)管道安裝施工完成，接口部位全部檢查合格并通過驗收；機電設備完成驗收并滿足試驗要求。

(2)試驗水源、場地、人員已落實，試驗設備已安裝、調試完成。

(3)試驗管段所有敞口堵嚴，臨時封堵措施安全可靠。

(4)水壓試驗前管道滿水浸泡48h。

(5)對加壓設備穩定性、壓力表精準度、連接管、排氣閥、進水管路及各類閥件的工作特性等進行仔細檢查，以保證試驗系統嚴密性。

(6)止推結構、附屬設施施工完成并滿足水壓試驗穩定性和強度要求。

(7)對排氣閥井及檢修井進行改造，在此處設置變頻水泵，能夠對各區段進行補水。

(8)正式加壓前對水泵進行試運轉，確保水泵可正常運行。

4.3 充水及浸泡

充水開啟后，需對管道沿線的排氣閥進行看護，認真查看排氣狀態，保證排氣閥正常工作。同時排氣閥作為觀測水位是否達到要求的標高，最高處排氣閥浮球頂起時，說明全線管道全部充滿。

全線充水后進行浸泡48h，滿管后管線上基本所有閥件處于帶壓狀態，這段時間內檢查所有閥件的密閉性，保證正常打壓過程中閥件處問題已解決。

4.4 補水及打壓預試驗

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

圖1 水壓試驗設備安裝示意圖

(2)補水觀測(預試驗)：補水過程應持續進行，分多次向管道中補水，補水完成后分級升壓(每級0.1MPa)，升壓過程不易過快，壓力值每提高一檔后穩壓時間不少于10min(此時段可向管中補水已保證水壓)，每升一級檢查試驗管段、試驗設備、管身及接口處有無滲漏水，無漏水且系統穩定時方可繼續升壓。升壓過程中，注意排氣。加壓時，觀察壓力表指針出現擺動、不穩，且壓力值上升緩慢時，應排氣后重新加壓。將管道內壓力加升至各區段試驗壓力水值，觀察記錄壓力降值。

(3)滲水量觀測(預試驗)：利用管道連接已經安裝好的50mm補水管對管道分級加壓，達到試驗壓力后，保持恒定壓力，期間持續向管道內補水，觀測記錄一次管道滲水量的時間間隔為5min，3次為1組，本工程中實際試驗數據為4組，即觀測60min。通過設置補水處流量表計算補水量，補水量即為本區段試驗滲水量。允許滲水量判定標準見表1。

表1 允許滲水量判定標準

(4)記錄補水處連接排氣閥壓力表讀數。

(5)在穩壓時，開始進行滲漏量觀測，每5min觀測并記錄一次管道滲水量，3次為1組，試驗記錄數據3組以上，直至試驗結束時。

(6)本試驗段管道工作壓力為0.3MPa，不大于0.5MPa，根據相關驗收規范與技術規程，本工程管道水壓試驗壓力取值為2倍工作壓力，即0.6MPa。上述壓力指管中壓力，打壓點壓力表讀數需將高程引起的壓力核減。當采用允許壓力降值判定與采用允許滲水量判定的結果均符合標準時，最終認定該段通過水壓試驗。

(7)水頭差計算：打壓點管中高程為44.875m，打壓觀測壓力表高程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，管道中心試驗壓力值為0.6MPa，由此計算水壓試驗時打壓壓力表讀數應為0.496MPa，工作壓力讀數為0.196MPa。測定滲水量及壓力降時，打壓觀測壓力表試壓壓力讀數不得小于0.496MPa，工作壓力讀數不小于0.196MPa。

5 試驗成果

預試驗合格后再進行正式試驗，試驗過程同預試驗，采用允許壓力降值判定與允許滲水量判定，兩者同時符合標準時，判定水壓試驗通過。

5.1 壓力值判定

區段打壓點管道中心加壓至試驗壓力0.6MPa，觀測點壓力表讀數為0.496MPa，穩壓15min；壓力下降超過0.008MPa(未超過0.03MPa)，將試驗壓力降至工作壓力0.3MPa，觀測點壓力表實際讀數為0.25MPa，大于0.194MPa，保持30min壓力未下降，進行外觀檢查，無漏水現象，判定第一區段水壓試驗壓力值合格。

5.2 允許滲水量判定

水壓試驗中壓力值提升至0.6MPa后，持續向管道中補水，保持恒定壓力，每5min觀測并記錄一次管道滲水量，3次為1組，本工程試驗記取4組觀測數據，共計觀測60min，60min總計要求滲水量不大于1.48m3。本工程水壓試驗每組滲水量判定標準及具體試驗結果數據見表2。

表2 滲水量判定標準與實測滲水量數據

綜上：4組數據，每5，10，15min滲水量均滿足實驗要求，累計滲水量為0.681m3，未超過1.480m3，結果合格。

6 水壓試驗相關經驗及注意事項

6.1 相關經驗

(1)試驗前需對沿線全面檢查，主要檢查水機設備的開關狀態是否符合試驗要求，排氣閥排氣是否正常等；

(2)充水和加壓過程需要對全線的法蘭連接點進行檢查，檢查是否出現滲漏；如有滲漏，則先停止加壓后再及時堅固，堅固應對稱進行。這就要求在施工時法蘭連接處作為質量控制要點。

(3)加壓設備安裝需合理，具體形式可參考本文中的設備安裝圖。

(4)預試驗是試驗的最關鍵一步，預試驗成功則主試驗也必將成功。預試驗需不停的重復注水加壓和泄壓過程，以保證將管道內的氣體全部排出并使管道管壁充分浸潤，待氣體全部排出和管道浸潤后方能保證壓力值穩定和滲流量的穩定。

6.2 注意事項

(1)水壓試驗過程中，后背頂撐、管道兩端嚴禁站人。

(2)管道水壓試驗時，認真排氣。充水過程中，在每個排氣閥井安排檢查人員，以保證排氣閥工作正常。

(3)水壓試驗時嚴禁修補各類缺陷。

(4)試驗過程中，出現管內壓力值上升緩慢或無明顯變化或管堵損壞時，應立刻終止試驗，查明原因，采取妥善措施后，再重新試驗[6]。

(5)水壓試驗開始后嚴禁敲擊管身、管段接口或對缺陷部位進行修補。如發現缺陷，及時進行標記，待卸壓完畢再采取措施修補。

7 結語

長距離壓力管道水壓試驗需要技術理論與現場經驗相結合；如某環節出問題，則整個試驗就無法順利完成，造成浪費。本文結合實際工程闡述的水壓試驗程序與注意事項，既可以為更長距離水壓試驗的應用研究積累數據，也可在類似工程水壓試驗中規避重復嘗試過程，以節省大量人力、財力投入，提高經濟效益。由于我部標段未出現鋼岔管但有些存在鋼岔管的工程為了降低水壓試驗悶頭制作難度，往往采用縮徑的辦法，縮徑管長度或錐角直接決定了其與主管、悶頭連接部位的母線轉折角以及應力集中程度，影響到水壓試驗能否正常進行，因此如遇此情況還需另進行計算和研究[7]。