長距離輸水壓力管線通水試運行關鍵技術

羅一

（中交四航局第二工程有限公司，廣州 510230）

1 引言

長距離大直徑輸水管道在施工過程中均經過分段水壓試驗，分段長度宜小于1 km，試運行通水階段，由于距離較長不適合整體加壓，檢驗管道整體抗壓能力尤為關鍵，且管道安裝由于地形地勢變化大，管道軸線高差大，管道通水過程中排氣能力和水壓對通水制約性強，保通水防爆管是一項嚴峻考驗。

2 工程概況

引邱入城管線工程自邱莊水庫取水，經加壓泵站升壓后由壓力管道輸水至終點北湖，管線全長36.5 km，設計供水能力13.7 萬m3/d，工作壓力0.8 MPa，選用Dg1 420 mm 的供水管道，單管供水。巖石、碎石段及塌陷波及區采用Dg1 420 mm×12 mm 鋼制管道；沙壤土段采用埋置式預應力鋼筒混凝土管（PCCP 管，DN1 400），埋置式雙膠圈密封（PCCPDE）。

主管線井室共67 座，其中，閥門井14 座，排氣井39 座，泄水井3 座，分水口井室4 座閥門井、4 座流量計井，2 座檢修閥井，1 座調流減壓井。除泄水濕井外均采用鋼筋混凝土矩形結構。

與管線配套的引水泵站設置4 臺單級雙吸泵，為用三備一，水泵設計流量為0.55 m3/s，揚程為36 m，吸程大于5 m，配套10 kV 電壓電機。

3 通水前準備工作

3.1 組織機構管理

引邱入城工程試通水系統由邱莊水庫引水口、加壓泵站、壓力管道系統及北湖組成。該系統引水距離長，地形復雜，且為封閉引水系統，必須全力做好通水謀劃準備工作，才可能完成從邱莊水庫引水全線貫通試運行的過程。成立了“引邱入城工程試運行通水辦公室”，統籌協調相關參建單位、部門和現場調度試通水工作[1]，下設“試通水調度中心”直接指揮8 個工作組共同完成通水任務，試通水組織框架圖如圖1 所示。

圖1 試通水組織框架圖

3.2 管道、泵站閘室水池等構筑物雜物清潔檢查

試運行通水前，對引水管道全部井室、泵站2 個進水閘室、進水前池、泵房等構筑物內部殘留的雜物進行全面檢查與清理，確保所有構筑物內部雜物清理干凈，清理水庫引水渠進水口樹枝、垃圾等雜物，防止雜物對閘門、水泵、閥門等正常運行產生阻礙和破壞。

3.3 管線設備檢查

1）通水前一天，安排專人對管線全程巡線并熟悉管道走向，做好有積水或濕軟地帶標記，重點在較大轉點處。

2）檢查井室內自動化監測設備是否正常，檢查所有閥門是否完好，啟閉是否靈活及記錄啟閉閥門所用時間。

其中，排氣井內復合排氣閥由2 個閥門組成，頂部是排氣閥，底部是蝶閥（當排氣閥損壞時維修用），頂部排氣閥隨著管道壓力自動啟閉（啟閉無須人工操作），底部蝶閥為手動啟閉，啟閉1 次時間約2 min，閥門井閥門為偏心半球閥，手動啟閉，啟閉1 次時間約10～15 min。

3）將里程8+176、13+944、28+966、33+761、36+402 處的分水口偏心半球閥、25+025 泄水井偏心半球閥關閉，0+000～36+517 線路內閥門井內偏心半球閥打開，陡河補水口24+043 處支管偏心半球閥打開，26+031 處閥門井偏心半球閥打開一半，36+517 處閥門井偏心半球閥打開1/4，8+434 泄水井、16+804 泄水井偏心半球閥打開。

3.4 泵站設備檢查

1）檢查前池水位滿足要求，落實供水量能夠滿足試運行要求。2）檢查供配電系統滿足運行要求，落實供電保障情況。

3）檢查自動化儀表系統運行情況，測量、控制、監視和保護滿足機組啟動條件。

4）清除引水渠及其周邊可能淹沒的一切物資，關閉水庫溢洪道3 道主閘門。

5）調試放水洞檢修門，引水渠放水前啟閉2 次。

6）打開1#、2#、5#、6#號閘門，直至把前池水放滿。

7）檢查泵組電機與泵頭連接螺絲是否安裝到位，檢查泵組閥門是否按要求在開閉狀態（每臺泵組進水閥門關，出水閥門開，總閥關狀態）。

8）通過泵站自來水管將泵頭注水直至灌滿（因為離心泵頭是空的，要注水排出空氣）。

9）泵組抽真空（進水管高于前池水位，內部有空氣，用泵站內真空系統將管道內空氣抽空）。

4 試通水總體方案

4.1 充水方案的確定

由于管道線路長，充水過程中受地形高差影響大，管內水位上升必然不均勻，管內空氣不易排出，充水時間勢必相對較長，考慮充水過程中還可能發生問題需要返工，充水過程還需延長，因此，需要分段充水，分段選在泄水口位置，按泄水井附近河渠進行試通水分段的劃分，根據劃分區段和管線設計情況[2]，充水做了兩個方案比較。

方案一：先充后洗法[3]。即對管線分4 段（第一段泵站至引水管線8+434 處泄水井；第二段引水管線8+434～16+413 處泄水井；第三段引水管線16+413～24+630 處泄水井；第四段引水管線24+630 至北湖出水口），按照段落先后順序依次充水，待整條管道充水完成后，再分段對管道沖洗消毒，然后試運行。

方案二：邊沖邊洗法。把管線按方案一分4 段，按段落將一段充水完成后即進行消毒沖洗。例如，先充滿第一段泵站至引水管線8+434 處泄水井管道并沖洗干凈，然后進行第二段管道充滿并沖洗干凈，以此類推。待管道完全充水沖洗并檢查各種設施正常后，然后試運行。

方案一的先充后洗法由于充水過程要求小流量，剛開始的運行調度比較簡單[4]，管道浸泡時間較長，但后期沖洗時泵的切換也頻繁；而方案二的分段充水沖洗分段進行作業，問題比較集中，人員比較節省，若管道有泥沙或污物，不會帶到下游區。經過詳細對比相關項目經驗及本項目特點，決定選用方案二。

4.2 總用水量估算

引水管道充水、試通水的用水計算，不考慮打壓時的剩余水量，總需水量計算包括以下幾項。

4.2.1 管道充水及消毒沖洗的用水量

1）第一段管道充水及消毒沖洗的用水量

泵站前池至引水管線8+434 處泄水井，管道長8 434 m，管道直徑Dg1 420 mm，第一段管道充滿水狀態需水約13 350 m3；按沖洗流量1.58 m3/s，沖洗1 h 的需水量約為5 688 m3；管道浸泡消毒用水約為13 350 m3。理論計算[5]管道充水、沖洗1 h 和消毒沖洗的需水量約為32 388 m3。

2）第二段管道充水及消毒沖洗的用水量

第二段引水管線8+434～16+413 處泄水井，管道長7 979 m，管道直徑Dg1 420 mm，第二段管道充滿水狀態需水約12 630 m3；按沖洗流量1.58 m3/s，沖洗1 h 的需水量約為5 688 m3；管道浸泡消毒用水約為12 630 m3。理論計算管道充水、沖洗1 h 和消毒沖洗的需水量約為30 948 m3。

3）第三段管道充水及沖洗的用水量

第三段引水管線16+413～24+630 處泄水井，管道長8 217 m，管道直徑Dg1 420 mm，第三段管道充滿水狀態需水約13 007 m3；沖洗流量為1.58m3/s，沖洗1 h 的需水量約為5 688 m3；管道浸泡消毒用水約為13 007 m3。理論計算管道充水、沖洗1 h 和消毒沖洗的需水量約為31 702 m3。

4）第四段管道充水及沖洗的用水量

第四段引水管線24+630 至北湖出水口36+523，管道長11 893 m，管道直徑Dg1 420 mm，第三段管道充滿水狀態需水約18 825 m3；沖洗流量為1.58 m3/s，沖洗1 h 的需水量約為5 688 m3；管道浸泡消毒用水約為18 825 m3。理論計算管道充水、沖洗1 h 和消毒沖洗的需水量約為43 338 m3。

4 段管道合計充水用水量約為57 812 m3，沖洗用水量約為22 752 m3，消毒沖洗用水量約為57 812 m3；充水、沖洗用水量合計約為138 376 m3。

4.2.2 預估出現事故所需沖水量

管道充水過程中有可能會出現事故，需排空部分管道后二次充水，預估用水量按一次充滿的20%考慮，需用水量約為11 562 m3。

4.2.3 試通水用量

管道試通水流量為1.58 m3/s（工作壓力下），總通水時間按5 d 計算，用水量約682 560 m3。

以上各項總用水量約為83.25 萬m3。

5 充水

5.1 充水技術要求

5.1.1 充水流量

在充水過程中，為使管道內空氣有效排出，充水流速應重點控制，第一段管道充水過程流速為0.15～0.3 m/s，相應進水閘引水流量控制在0.5 m3/s。第二段和第三段流速控制在0.5 m/s，流量控制在0.8 m3/s，第四段流速控制在0.3 m/s，流量控制在0.5 m3/s。

5.1.2 特征水位

泵站前池進水管的運行特征水位：最低運行水位57.073 m，正常蓄水位65.500 m。

5.1.3 主要技術路線

在充水啟動準備工作中，應對所有排氣閥、閘閥、檢修閥、流量計等設備進行空載試驗，確保全線設備運行的安全性和可靠性。

1）正常充水

泵站從水庫正常引水狀態下，水泵提升水正常運行，管線沿線全部偏心半球閥、排氣閥、流量計閥、調流減壓閥應處于全部開啟狀態，泄水偏心半球閥處于關閉狀態，沿線壓力、流量傳感設備正常運行。

2）非正常充水

充水準備工作就緒，各類閥門及檢測設備處于正常工作狀態，當充水至管線低凹地段而充水水位尚未達到末端閥出流狀態，在低凹段出現突發事故時，第一段應及時通知泵站值守人員關閉閘門，第二、三、四段應通知泵站值守人員關閉水泵，切斷上游充水水源。在事故低凹段管道流態穩定后（管內流速為零時），按規定關閥時間緩慢關閉下、上游檢修閥門，對事故管段采取相應的處理措施后，開啟下、上游檢修閥門，繼續完成后續充水程序，如需要排空處理，則應在下、上游檢修閥關閥后，排空事故段管道，事故處理完成后，由備用水源井對事故管道段進行充水，管道充滿后，事故段上、下游檢修閥按上述開閥順序進行行，繼續后續充水平程序。

5.2 充水過程

1）本引水管線為有壓管道，長距離、大直徑、地形高差起伏大，管道內空氣排出時間較長，充滿水的時間必然更為漫長，順暢排氣是充水的關鍵，所以，管線充水首要是監控復合式排氣閥排氣情況。正常工作狀態下，排氣閥的排氣量隨著充水時間的延長而由小到大，排氣聲音由低到高。排氣閥排氣過程中，隨著空氣排出的同時可能會帶出少量的水，如出少量水可判定管內沖水已到達此處。當排氣閥不再排出空氣時，說明該處管道己為滿管流態。每處排氣閥排氣情況應及時匯報至調度中心，詳細記錄排氣起止時間。

2）若排氣閥出現故障不能正常排氣，應關閉下部蝶閥，卸下排氣閥檢修故障，及時修復后復位安裝[6]。

3）各監控點應通過對講機定時匯報監測情況，出現突發問題實時匯報至調度中心，確保調度中心能實時掌握整體充水情況。

4）當水流經某段落后，調度中心應及時通知到對應段落巡線人員，要求加強巡線頻次，沿管線路由，重點監測地面有無有塌陷、冒水等現象。若發現異常，應立即逐級匯報至調度中心。

5）提前將整條管線路由及樁號標示在奧維地圖中，以便巡線人員分辨管線位置，重點巡視水平和豎向支墩位置，觀察對應地面位置有無隆起或裂縫，據此判斷支墩情況。若發現異常，應立即逐級匯報至調度中心。

6）整個充水過程中，應采用交接班制度，保證24 h 不間斷巡線檢查工作，按照值班表嚴格落實。

7）巡線檢查人員每組不少于2 人，交接時交接人要拍照上傳至工作群，確保交接不空崗，巡線檢查工作的連續、有效。

6 試通水運行

6.1 要點

1）本工程安裝的壓力、流量傳感系統可以正常使用，實時監測不同管段的壓力情況和過流情況，從而監測管道充水情況，人為的調整偏心半球閥的啟閉和開啟程度[7]，控制過水流量。輔助充水的同時，也對相關設備進行調試試驗，過程中做好記錄以供分析總結，為后期正式運行積累數據?，F場操控、通信使用對講機，保證實時通信，以避免操作人員行動不同步，流量、壓力不平衡。

2）試通水前要請有資質的單位對所有壓力、流量傳感設備進行率定和調試，保證采集數據真實、準確。定時采集壓力、流量數據，充分分析數據后總結不同位置排氣的大概時間和充水壓力，確保在不同壓力、流量情況下均有足夠的應對調試時間。

6.2 全線試通水

在試通水運行過程中，對每個段落末端的偏心半球閥開閉情況進行控制，每段充水、沖洗、消毒完成后，打開球閥向下一段充水?？刂啤⒈３智俺厮辉谠O計允許范圍之內（最高水位與最低水位之間）均屬正常。

6.3 應急措施

1）充水過程中發現某處管道漏水：及時關閉該管道上、下游距離最近的閥門井閥門（同時關閉水泵及其他應關閉的閥門），隔離該段管道進行單獨搶修。

2）如某處復合式排氣閥漏水，則立即關閉該處排氣閥下的蝶閥，并立即停止向管道內充水，待排除故障后再次充水。

3）管道出現爆裂事故：及時關閉該管道上、下游距離最近的閥門井內偏心半球閥（同時關閉其他應關閉的閥門），隔離該段管道進行單獨檢修；打開該段內的泄水井偏心半球閥自留排水，必要時使用水泵抽排，排空該段管道后進行更換。

7 結語

在引邱入城工程36 km 管線通水試運行順利完成的基礎上，實現了把邱莊水庫水引入唐山市區，與市區自來水主管網、陡河河道以及豐潤區第一水廠相連通，正式納入城市供水水網體系。2022 年10 月21 日引邱入城管線工程正式通水運行，每年將為唐山主城區補充生產、生活、生態水源5 000 萬m3，緩解了長期以來唐山水資源緊缺局面，全面提升了城市供水保障，成功營造出唐山市“雙重水源、雙重保障”城市供水的新格局。