大型PCCP管道静水压力试验技术

2012-08-31陈占柱苏阳旭汝会通

河南水利与南水北调 2012年22期

□张辉 □陈占柱 □苏阳旭 □汝会通 □王红

（中国水利水电第十一工程局有限公司）

PCCP管道静水压试验是竣工验收之前必须履行的一个试验项目，通过水压试验来验证管道各个部件在正常运行工况下的管道强度及封闭状况。国内外大多工程在竣工验收前只对管道接头、独立分段进行了水压试验验证，而南水北调北京段PCCP工程利用检修阀作为堵板、连通井镇墩作为靠背，连通井处排气阀作为充水位置，采取全线充水、分段打压，不仅对管道强度和封闭状况进行了验证，还对工程设计、施工安装进行了综合验证，也演练了排水人员素质及设备性能、并为大口径管道结构安全与质量的研究提供了依据。

1.水压试验简介

南水北调北京段PCCP管道受距离长、管径大，水源、工期、靠背工程等条件限制，在实际工程施工中，不适宜采用<1.0km分段水压试验，经过参加各方共同努力，多位专家论证，对水压设计方案进行多次论证，决定采用在全线管道逐个接头水压试验的基础上，采取长距离（>1km）的分段方法，全线分四段进行水压试验。

1.1 试验目的

对PCCP压力输水管道工程中的管道、接头、管件、阀件及镇墩、连通、分水口等附属建筑物设计、施工、安装阶段的质量进行综合检验。

通过管道水压试验，验证管道及各附属建筑物在正常运行工况下的管道强度及水封严密性。

1.2 试验内容

PCCP管道水压试验包括：打压准备、PCCP管道充水、沿线检查、分段试验、打压、数据采集、打压设备拆除、水压试验完工验收等。

1.3 试验方法

每个试验段采用分级升压（每级0.1 MPa），每升一级后稳压≥10分钟（为保持压力，允许向管内补水），检查试验管段有无渗漏点，情况正常时方可继续升压。水压升至试验压力后开始记时。每当压力下降，及时向管道内补水，但降压≤0.03 MPa，使管道试验压力始终保持恒定，延续时间≥2 h，并计量恒压时间内补入试验管段内的水量。

2.PCCP静水压施工流程

试验步骤：条件具备→关闭两端检修阀→开启连通阀→管道水压试验

工艺流程见图1。

3.PCCP静水压施工工艺

3.1 施工准备

水源、加压设备、压力计的选择及安装完成。压力试验设备必须是经过专业检测部门率定的合格的专用设备，必须设置单向逆止阀，压水时能够保证水压的稳定。引接的电源及排水疏导路线施工完成，确保排水出路畅通，排水泵及发电机数量足够。试验压力分级及观测制度（观测人员、表格等）落实到位。安全监测设施布设完毕，完成初始值测量。对试压设备、压力表、连接管、排气管、进水管及管件进行详细检查，确保系统的严密性。对试验管道的弯头及三通等处的支撑牢固度进行详细检查。安装测量：打压设备安装完毕后，测量出压力表中心高程H，进行压力换算；压力换算：根据压力表中心高程H和设计要求的试验水位124.2 m，换算出设计试验压力，设计试验压力=(124.2-H)/100（单位：MPa）；对安全监测点进行水准基点校核，并进行控制点加密；对连通压力传感器进行修复。质量和安全保证措施、应急预案制定、落实。

3.2 静水压试验组织机构

图1 工艺流程框图

成立以项目经理为首的水压试验领导小组，全面负责水压试验的组织实施工作，下设6个小组，并明确各小组职能。

打压组：负责启动及关闭加压泵及对压力表读数；看护组：负责在升压过程中阀件的看护；巡查组：负责对沿线建筑物进行巡查；检修组：负责处理在打压过程中阀件可能出现的问题；数据采集分析组：负责对打压过程中数据的采集和最后对数据分析；后勤保障组：负责水压试验人员的生活和后勤服务等问题。

3.3 充水

静水压试验采用附近管线的水源进行PCCP管道充水，关闭泵站出口检修阀、1#连通井上、下游蝶阀，开启张坊～南水北调连接站左右线调节阀进行充水，充水过程中控制单线充水流量＜0.2 m3/s，当调压池水位达到60.0 m时停止补水。

充水过程中，巡查人员查看沿线排气阀、排空井、连通井工作是否正常，有无地表渗水、变形现象，同时对重点部位进行监测。

3.4 打压设备安装

采用2台电动试压泵（规格：Q=33 m3/h、扬程1.0 MPa、功率15 kW），并配备DN100、DN50连接钢管，DN100蝶阀，DN100逆止阀，DN100球阀，DN50排气阀，DN100水表，指针压力表（0～1.6 MPa）等，水压试验设备安装示意图见图2。

图2 水压试验设备安装示意图

3.5 阀门启闭顺序

由打压总指挥下达命令，关闭泵检修阀、连通井上、下游蝶阀（1#、2#、3#、4#蝶阀）。开启连通井中间连通阀（5#、6#蝶阀），做好打压前最后的准备工作。

3.6 打压泵加压

采取分级打压，逐步分级升压（每级0.1 MPa），每升一级后稳压≥10分钟（为保持压力，及时向管内补水）；检验试验管段有无漏处及采集相关数据，情况正常则继续升压，当压力升至设计试验压力时停止加压。

每升级一次压力后，进行相应的监测及数据采集工作。如出现阀件漏水、地表渗水等异常情况，由抢修组及有关人员进行处理，如情况正常则继续升压。

3.7 监测制度

打压过程中由阀井看护组、巡查组及安全监测组人员对各种阀件及构筑物进行监测，在打压期间，根据逐步分级升压（每级0.1 MPa），每升一级后稳压10 min内，对以下项目进行监测：

3.7.1 阀件监测项目

排气阀检验：排气状况及严密性。监测方法：打压过程中，注意观测阀件连接部、阀门处等，看是否存在渗水现象。排空阀检验：检验密封性能。监测方法：注意观测阀件连接部、阀门处等，看是否存在渗水现象。连通阀：检验密闭性能。

3.7.2 地表渗水、变性及异常监测项目

进行裂缝处理过的管道段；出现过打压不合格的管道接头部位；本试验段镇墩、阀井、跨路等建筑物。

3.7.3 安全监测

打压期间稳压后10 min内，在1#连通井压力计处进行数据采集。镇镦结构及稳定监测：结构监测：在试验压力稳定2 h内对应监测并采集3套数据；监测内容包括:土压力分布、混凝土镇镦应变、镇镦钢筋应力；稳定监测：每升一级后稳压后10 min内，对应进行检测并采集数据；监测内容包括：结构与PCCP间缝隙、镇镦沉降及位移。

3.8 排水、卸压、拆除打压设备

逐步缓慢卸除管道内的水压力，卸压完毕后立即进行排水工作，并拆除打压设备，完成打压工作。开启连通井蝶阀，使PCCP管道正常运行。静水压试验完成后，及时上报打压成果；设备及试验人员有序退场，恢复试验用地。

4.水压试验成果

4.1 水压试验结果判定要求

水压试验采用水量补偿进行实际渗水量测定。按照《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008要求，水压试验时不得有漏水现象，且当每公里每分钟补偿水量<8.85 L即为合格。

4.2 水压试验成果整理方法

管道密封性试验时，不得有漏水现象，且实测渗水量应≤允许渗水量。

实测渗水量应按下式计算：

式中：q—实测渗水量（L/（min·m）；W—恒压时间内补入管道的水量（L）；T—从开始计时至保持恒压结束的时间（min）；L—试验管段的长度（m）；以第一试验段为例：试验段2 h恒压时间内共补水232 L，根据以上公式算出实测渗水量为0.167 L/(min·km)。

允许渗水量按下列公式计算：

式中：Q—允许渗水量（L/（min·km））；D—管道内径（mm）。根据以上公式第一试验段的允许渗水量为8.85L/（min·km）。因为实测渗水量远小于允许渗水量，所以静水压试验是合格的，并按以上标准对其它试验段进行检验。

5.质量和安全保证措施

5.1 水压试验质量控制措施

5.1.1 打压准备的质量控制

水压试验有关材料向监理报验，并获得批复。管道水压试验实施方案及看护方案提前报送监理审批。做好水压试验可能出现险情的应急预案。打压技术准备到位，各种施工设备配合到位，完善各种施工准备。打压设备安装完成后进行调试，确保打压设备运行良好。

5.1.2 水压试验过程质量控制

水压试验过程中，严格按照设计要求和施工方案进行操作，确保打压施工质量。另外，打压过程中各小组成员及时沟通，保证通讯顺畅，确保水压试验顺利进行。

5.1.3 水压试验结果质量控制

水压试验完毕后，及时整理水压试验成果报告，对水压试验数据进行分析总结，为以后的大型PCCP静水压试验提供经验。

5.2 水压试验安全控制措施

加强施工人员的安全培训，形成严格的管理机制，遇到问题时及时报告，确保问题得到及时解决。严格执行水压试验操作步骤，每项试验前均确保具备试验条件。水压试验过程中，由专人现场值班负责安全工作，指导施工人员安全作业。水压试验过程中，严禁后背支撑、管道两端人员停留。水压试验时严禁对管身、接口敲打或修补缺陷。遇有缺陷，作出标记，卸压后修补。打压过程中，加强现场排气阀、排空井、连通井、末端阀井和管道沿线的看护工作，有问题及时发现，发现后及时处理，避免安全问题的产生。