大伙房水库输水工程 PCCP管道水压试验方法

王金陆

(辽宁润中供水有限责任公司鞍山管理处，辽宁 鞍山 110000)

大伙房水库输水工程 PCCP管道水压试验方法

王金陆

(辽宁润中供水有限责任公司鞍山管理处，辽宁 鞍山 110000)

水压试验是压力管道竣工验收之前必须履行的一个试验项目，是对压力输水管道工程中的管道、接头、管件，各种阀件及镇墩、分水口等附属构筑物设计、施工的综合验证，它是保证质量的最后一道关口，是竣工验收前必须履行的试验项目。

大伙房水库；输水管道；水压试验；PCCP

1 工程概况

大伙房水库输水是将浑江流域调来的水由大伙房水库调节后，向辽宁省抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦、大连等七城市输水的一项大型区域性水资源配置工程，全长 231.7km。工程建设对辽宁省经济和社会可持续发展、加快老工业基地调整改造和沿海经济带开发具有重要意义。

大伙房水库输水（二期）工程输水管线建筑及安装工程第七标段输水管道为钢管、预应力钢筒混凝土管（PCCP）2 种，其中过河、过路部位及其他穿越施工使用钢管，其他部位均使用 PCCP 管道。第七标段管线安装工程位于鞍山市境内，管线全长 41.6km，设计压力 0.6×1.5MPa。

2 试验要求

按照工程合同要求，管道全部回填之前进行管道的强度、严密性试验及两胶圈间的严密性试验。根据 GB50268-97《给排水管道工程施工及验收规范》在监理人或其代表在场的情况下进行水压试验。安装七标为根据本合同段的实际情况和业主要求对全段工程管道进行水压试验。

1）PCCP 管的试验压力为：DN2400PCCP 管工作压力为 0.6MPa，试验压力为 0.9MPa，在 10分钟压降为 0.03MPa，为合格。

2）必须在管道充满水后，经过 72h，方可进行水压试验。先升至试验压力，恒压不小于 2h（为保持压力允许向管内补水），检查接口及管道附件未发生破坏及较重渗水现象，即可进行渗水试验。在试验压力下 PCCP 管的渗水量不超过 2.22L/min· km 为试验合格。

3）试压所需的设备仪器并保持其良好状态。

4）试压段要用封堵堵死以顶住试验压力(试压完毕负责拆除)，试压时不许关闭阀门。排泥阀和隔离阀要打开，并用法兰堵死。已装好的排气阀在试压时可以使用。

5）管线注水方法需要监理人审定，管内空气通过排气阀置换掉，管线内保持 10～20m 水头，持续若干小时直至不需加压时为止。然后慢慢的增到试验压力开始试压。

当试压合格后，将管内的水用水泵从排水口排入排入井点降水的临时排水沟，保证管沟内不得有积水，同时将管内积水排尽，满足下一工序继续的要求。

3 试验设施

仪表：选用 1.5MPa 压力弹簧水压计。

不锈钢球阀：排气阀 DN50/PN1.0MPa、注水阀DN100/PN1.0MPa，排水阀 DN100/PN1.0MPa。

水泵：注水泵选用 4”潜水泵、升压泵选用 6 级2.0MPa高压泵。

连接管件：各种连接管件选用相应管径无缝钢管。

4 试压方案

4.1 封堵盲板管件

根据施工经验，选用 Q235φ20 钢板，单面间隔600mm 焊接高 200mm 网状竖筋，筋板材质与盲板相同。

4.2 试验原理

管道试验段两端设置封堵盲板，试验段内的排泥三通、排气三通等开口管件使用法兰盲板管件进行封堵，使试验段形成一个封闭管段。注水点排气三通法兰盲板上安装注水球阀，在排水点排气三通法兰盲板上安装排水球阀，在试验段全段最低点排气三通法兰盲板上安装试验检验仪表。在各个排气三通法兰盲板上安装排气球阀。

通过注水点注水球阀向管内注水，同时打开各个排气球阀，使管内空气排出。管内注满水后，关闭排气球阀，将升压泵与注水球阀连接，进行升压注水。

水压试验合格后将排水球阀打开，进行泄压排水。试验原理，见图 1。

图1 试验原理

4.3 力学计算、校核

1）封堵盲板水压力计算

封堵盲板水压力F的计算按公式：

F=Q×S （1）

式中：F——水压试验对封堵盲板产生的压力，N；Q——水压试验压 强，0.9MPa；S——封堵盲板面积，4.53m2。

代入参数得出：

F=Q×S=0.9×106×4.53=4.08×106N （2）

2）封堵管件土摩擦力计算

沟埋管道与土的摩擦力按照 GB50268-97《给水排水管道工程施工及验收规范》中第 6.4.8 条款规定的顶管顶力计算公式推导：

P=frp1［2H+（2H+D1）tg2（45°-φ/2）

+ω/rD1］L+Pf（3）

式中：P——计算的总顶力，kN；r——管道所处土层 的 重 力 密 度 ，kN/m3；D1——管 道 的 外 径 ，m；H——管道顶部以上覆土层的厚，m；L——管道的计算顶进长度，m；Pf——顶进时，工具管的迎面阻力，kN；f——顶进时，管道表面与周围土层之间的摩擦系数；φ——管道所处土层的内摩擦角，°；ω——管道单位长度的自重，kN/m。

顶管的总顶力P减去顶进中工具管的迎面阻力 Pf得出沟埋管道与土的摩擦力 PM。即：

PM=frp1［2H+（2H+D1）tg2（45°-φ/2）

+ω/rD1］L （4）

式 中 ：f=0.25；r=17kN/m3；D1=2.8；H=1.5m；φ = 18°；ω=43kN/m；L=6m 各参数值。

将表中所列参数值代入公式计算得出：

PM=0.25×17×2.8［2×1.5+（2×1.5+2.8）tg2（45° -18/2）+43/17×2.8］×6=496.9kN （5）

计算得出的PM即为单根管的最大土摩擦力。3）最大管接口压力强度计算：

水压试验对封堵盲板产生的压力F与管道的土摩擦力平衡。管道土摩擦力为多根管道土摩擦力的合力，单根管之间的摩擦力通过管接口压力传递进行叠加。其中最大管接口压力位于和封堵盲板管件连接的第一道接口，接口结构尺寸，见图 2。

图2 接口结构图

接口压力作用在接口填料上，从图中可以求出接口填料的受力面积 S1：

S1=3.14（2.82-2.42）/4=1.63m2（6）

第一道接口压力值：

F1=F-PM=4077-496.9=3.58×103kN （7）

应用压力强度公式得出最大管接口压力强度 q1：q1=F1/S=3.58×106/1.63=2.2×106Pa

=2.2MPa （8）

4）管接口压力强度校核

水压试验对封堵盲板产生的压力F与管道叠加土摩擦力∑P 平衡，最大接口压力 F1 作用在与封堵管件连接的第一道接口，第二道，第三道，……接口压力依次按梯形递减：

当接口压力强度大于接口填料的材料强度时，接口填料将被挤压破坏，使管道产生轴向位移，从而破坏管接口。因此，水压试验管接口填料的材料强度 QM必须大于最大接口压力强度 q1，既满足：QM＞q1

安装规程要求使用 M10的砂浆填充内外接口，则：

QM=10MPa＞q1=2.2MPa （9）

保证了水压试验不会对管道接口形成破坏。

5 试验操作

1）在系统注水，加压全过程中旁通阀全开启状态，自动排气阀排气，保持全线水压均等，且一旦升压过程中有问题时，试压段的压力能及时调整一致而中间装置不移动。

2）全线压力均升到 0.9MPa，观察末端试压后背 10min，无异常现象后，关闭旁通阀分段进行渗漏量检验。

观察压力表并记录从试验压力保水状态自然压降 0.1MPa 所经时间 T1，min；将管道压力补到试验压力 0.9MPa；通过放水口人工放水，人为将压力下降 0.1MPa，并收集人工放水量 W，L，记录人工放水时间 T2，min；然后进行实测渗漏量计算：

式中：L——试验管段长度，km；W——人工 T2时间内放水量，L;

此工程设计允许渗漏量 2.22L/min·km。

3）渗漏量检验完毕后，将所有中间装置的旁通阀打开，进行均压后进行降压。压力降到零时打开末端放空阀进行组织排水。

4）管道内水排完后，从排气阀门进入管内将钢隔板割除掉，并将注水管割除封焊完毕。钢隔板割除后，钢管进行内外防腐，内壁防腐采用焊接钢丝网非收缩水泥砂浆衬砌。

6 试验结果

2010 年 11 月22 日，安装七标对全线进行水压试验，试压长度 41.6km。23 日上午 9∶30 管道内压力 达 到 0.6MPa，24 日 14∶18 达 到 试 压 压 力 0.9 MPa 进行稳压。根据 GB00268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》的要求稳定 15min，压力降为 0.004MPa，小于规范要求压力降 0.03MPa，强度试验合格。

14∶33-16∶33 进行渗水量试验，压力升至试验压力后开始计时，每当压力下降，及时向管道内补水，最大压力降小于规范要求压力降 0.03MPa，保持管道试验压力恒定，时间 2h，试验时间内总计补水量为 1814L，经计算，平均渗水量为 0.36L/ min·km，小于核定规定的 2.22L/min·km，严密性试验合格。

7 结语

以上对 PCCP 管道水压试验方法进行了介绍，结合实际施工经验，通过水压试验，使得我们对长距离输水压力管道水压试验采用的方法和措施有了一定的经验积累，其经验值得类似工程参考借鉴。

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2013-12-20