密云水库调蓄工程PCCP管道静水压试验浅析

杨 萌

（河南华北水电工程监理有限公司，450002，郑州）

南水北调来水调入密云水库调蓄工程，通过京密引水渠反向输水，经泵站加压由新建京密引水渠侧DN2600 PCCP输水管道向密云水库调水，能安全、可靠地利用团城湖取水，是北京市南水北调配套工程的重要组成部分。工程PCCP管道全长21.979 km，总扬程 132.85 m，团城湖—怀柔水库段流量20 m3/s；怀柔水库—密云水库段流量10 m3/s，新建雁栖—溪翁庄段PCCP管道设计流量10 m3/s。主要工程内容包括加压泵站9座、新建输水DN2600 PCCP管线21.979 km及其附属建筑物等。

来水调入密云水库调蓄工程任务艰巨，涉及专业面广、施工难度大、技术难度高、工期十分紧张。进行静水压试验，不仅是对压力输水管道工程中的管道、接头、管件、各种阀件及分水口等附属建筑物设计、施工、安装阶段的综合验证,也是竣工验收之前履行的一个必要的试验项目，直接关系南水北调来水调入密云水库调蓄工程整体的成败。

一、试验方案

压力管道水压试验一般包括：接头、分段及全线水压试验。由于管线较长，难度较大，为便于调度统一、协调一致，试验采用分段水压试验。

1.试验段设计

根据工程输水水压递减的特点，将试验分为三段：

第一段：YX0+000.00（雁栖泵站出口检修阀）—YX5+673.87（#1检修阀井），试验长度为5 673.87m；

第二段：YX5+673.87（#1检修阀井）—YX17+404.73（#2 检修阀井），试验长度为11 730.86 m；

第三段：YX17+404.73（#2 检修阀井）—YX21+973.21（#3 检修阀井），试验段长度为4 568.48 m。

2.试验压力确定

根据设计单位北京市水利规划设计研究院 《水压试验设计方案》试验分段及试验压力表，各标段静水压试验位置及试验压力如下：

①施工第一段设计试验水位128.5 m，计划在#8排气阀井位置进行水压试验。试验位置桩号YX5+673.87，此处实测水表设置高程63.68 m。计算该压力表处试验水头：128.5-63.68=64.82 m。该处最大试验压力为0.648 MPa。

②施工第二段设计试验水位121.0 m，计划在#15排气阀井位置进行水压试验。试验位置桩号YX10+501.2，此处实测水表设置高程71.879 m。计算该压力表处试验水头：121.0-71.879=49.121 m。该处最大试验压力为0.50 MPa。

③施工第三段的设计水位取值为101.5 m，水压试验位置布置在管道末端投加井处（该处位置距离水源较近，取水方便），利用投加各种混凝剂、助凝剂、臭氧、液氯及酸碱中和、气水混合等方面提高水处理效果的投加井DN50投加管打压，简单、方便、安全。实测压力表安装高程96.09 m，计算该压力表处试验水头：101.5-96.09=5.41 m。该处最大试验压力为0.054 1 MPa。

3.试验组织

南水北调工程涉及面广，又是一项公益性水利项目，各级政府、部门高度重视，为此南水北调建管中心组织各部门、单位抽调有关人员成立了密云水库调蓄工程PCCP水压试验现场指挥部，精心设点，派驻包括设计、监理、管道生产厂家、施工单位代表等在内的试验实施小组，现场参与并监督打压试验全过程，做好各种应急预案，同时还组织各单位24小时巡查值守，发现问题及时处理，保证充水及试验安全。

二、静水压试验

1.试验准备

（1）实验前检查

①检查试验方案的审批情况。

②管内接口填充材料已验收完成，管道内清扫干净且已对管底高程联测。

③所有阀件均已安装完成，并验收合格，全部阀门(排空阀除外)均处于全开状态。

④包封混凝土及构筑物满足设计强度的100%，顶部回填高程满足设计要求。

⑤排水出路必须能够保证畅通，并配备足够数量的排水泵及发电机。

⑥压力试验专用设备已经过专业检测部门率定合格，设置单流阀，闭水时必须能够保证水压的稳定。

⑦详细检查试压设备、压力表、连接管、排气管、进水管及管件，确保系统的严密性。

⑧组织看护队伍进行培训，明确个人职责及上报制度，做好水压试验的看护准备工作。

⑨督促人员落实各项安全措施及安全值班制度。

经检查各项准备工作均已落实，且满足试验条件，参建各方代表对检查记录资料签字，妥善保存。

（2）落实安全监测及应急措施

①所有进入试验现场的人员必须佩戴安全帽，特殊工作人员要佩戴专门的防护用品。

②在充水试验期间，现场设备看护人员禁止下井，使用手电筒在井口爬梯处检查设备渗漏情况。

③水压试验现场存放的设备、材料应做到场地安全可靠，材料存放整齐，保持通道畅通。

④在水压试验现场的洞、坑、沟、井口等危险处，应设置安全设施或明显标志。

⑤全体试验人员必须严格遵守岗位责任制和交接班制度，严禁酒后上岗。

⑥电工、焊工等特殊工种必须经过专门培训、持证上岗，方准独立操作。

⑦试验现场及作业地点应配备足够的照明设施。现场照明线路必须绝缘良好，布线整齐且应相对固定，并经常检查维修。

⑧严禁将电源线芯弯成裸钩挂在电源线路或电源开关上通电使用。

⑨为防止因潮湿漏电和绝缘损坏引起触电及设备事故，水压试验现场的电气设备和线路等应装漏电保护器，做到一机、一闸、一漏电保护。

2.静水压试验

（1）充水阶段

试验条件准备就绪后，开始向管道内充水。利用七孔桥处闸门抬高白河电站调节池水位至93.5m高程，开启 PCCP管道末端控制蝶阀，排空阀关闭，排气阀打开，充水流量不大于0.5 m3/s（根据压力管道淹没出流计算公式算得蝶阀开启度为3°），单线日最大充水量控制为4.32万m3，充水约72小时。充水流量通过蝶阀进行控制，防止流量太大排气阀不能完全排气，排气正常与否关系着管道中水与气交换是否稳定可控，避免管道在打压试验中受损。管道充水完成后，保持72小时充分浸泡，不仅可以检测管道本身是否有超出正常范围的渗漏，还可以通过泡管清洗施工及管道静置过程中产生的灰尘油污等。充水过程中需一次性将PCCP管道全线充满水，共计用水量为14万m3（考虑20%损耗），同时对管道充水、沿线渗漏水情况及职责落实情况进行24小时巡查或检查，查看值班人员填写的相关记录表，发现问题及时处理，保证充水及试验安全。

（2）打压阶段

压力检测是重要的检验检测手段。根据指挥部发布PCCP打压试验开始指令进行打压试验，试验顺序为第一段、第二段及第三段。管道升压时，管道的气体应排除，升压过程中，当发现弹簧压力计表针摆动、不稳且升压较慢时，应重新排气后再升压。同时应逐步缓慢分级升压 （每级0.1 MPa，第三段为 0.05 MPa），每升一级后稳压不少于10 min（为保持压力，允许向管内补水），每升一级应检查管身、镇墩、阀井、阀件及接口，并及时进行安全监测采集数据，当无异常现象时，再继续升压。在试验过程中，若出现管压升不上去或管堵损坏时，应立即停止试验，找出原因，采取措施后，再重新试验。水压试验时严禁对管身、接口敲打或修补缺陷；若遇有缺陷，应作出标记，卸压后修补。水压试验采用水量补偿进行实际渗水量测定，当升压至水压试验的压力值稳压，保持恒压30 min，检查接口、管身无破损及漏水现象，且补充水量不超过规定渗水量时，管线合格。

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)相关规定，压力管道采用允许渗水量进行最终合格判定依据时，实测渗水量应小于或等于下列公式规定的允许渗水量。

预(自)应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管：

式中，q 为允许渗水量，L/（min·km）；Di为管道内径，mm。

结论：补充水量不超过规定渗水量时，即 7.13L/（min·km），判定管道合格。

2015年3月28日，第一段各级升压正常，管道、排气阀均无渗水、漏水现象，实测渗水量1.017 m3/30 min，根据 《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)应小于或等于允许渗水量 7.13 L/（min·km）， 从而计算得出规范值的1.21 m3/30 min，实测渗水量满足施工规范要求，试验合格。3月29日，第二段各级升压正常，管道、排气阀均无渗水、漏水现象，实测平均渗水量0.564m3/30min，计算得出规范值的2.51m3/30min，实测渗水量也满足施工规范要求，试验合格。3月31日，第三段加压到0.035 MPa，稳压10min后水压有少量减少，再向管道内补水，补压至0.035 MPa，补水量为290 L，实际渗水量为 0.006 3 L/（min·m）， 小于要求渗水量 0.007 1 L/（min·m）， 渗水量满足施工规范要求，继续加压至试验压力 0.06 5MPa，稳压 30 min后，压强有极小幅度降低，变频式控制柜再次补压至0.065 MPa，补水量为226 L，实际渗水量为 0.001 6 L/（min·m），小于要求渗水量 0.007 1 L/（min·m），渗水量满足施工规范要求，各级升压正常，管道、排气阀均无渗水、漏水现象，试验合格。为了保证试验数据的稳定可靠，现场打压试验小组又进行了一次复核式打压，得到的补水量远远低于0.98 m3/30 min的可控范围。

（3）试验中安全监测

①水压试验期间对各种阀件及构筑物进行检验，要求在分段打压期间，根据逐步缓慢分级升压（每级0.1 MPa），每升一级后稳压不少于10 min，对应进行监测。一是阀件检验：排气阀检验排气状况及严密性，排空阀检验密闭性能。二是地表渗水、变形及异常观测：裂缝管道段，第三次不合格打压部位，管道返工铺设段，镇墩、阀井、穿路等建筑物变化部位。三是管道渗漏监测：拟采用英国豪迈水管理的Permalog渗漏预警及探测系统进行探测；在排气阀支管处安设探测仪，采取逐段测试、噪音分析进行初步定位，采用相关仪等设备进行精确定位，并通过脉冲计读数器输入客户端。

②采集数据。各种安全监测设施在静水压试验期间对应进行数据记录、统计、分析。一是PCCP管道水力特性包括：沿线在PCCP管道的4处镇墩、4处穿路处设置压力传感器；在分段打压期间，根据逐步缓慢分级升压（每级0.1 MPa），每升一级后稳压不少于10 min，对应进行监测并采集数据。二是镇墩、包封结构及稳定监测项目包括：土压力分布；地下水压力，要求在试验压力不变的2小时内对应进行监测并采集3套数据；结构与PCCP间缝隙、PCCP与PCCP间缝隙；镇墩沉降、位移监测。在分段打压期间，根据逐步缓慢分级升压（每级0.1 MPa），每升一级后稳压不少于10 min，对应进行监测并采集数据。充水及排水期间每小时采集一次数据。

（4）排水阶段

PCCP管道工程全线共有31处排气阀井、3处排空阀井、1处末端控制阀井、4处主要等级公路、3处河道（渠道）交叉。利用#1、#3排空井分别向雁栖河、京密引水渠排水。

静水压试验结束后，首先由#3排空阀井进行排水，利用排空阀井内的潜水泵强排约2 000 m3，结束后水位高程为81.96 m，里程为YX17+000。#3排空阀井排水结束后打开#2排空阀井进行自排，#2排空阀井出水口中心高程为61 m，自排可排至里程YX8+180。自排结束后进行强排16 875 m3，强排结束后水位高程约为57.33 m，里程约YX5+000。#2排空阀排水结束后打开#1排空阀井进行自排，#1排空阀井出水口中心高程为55 m，自排可排至里程YX3+900。自排结束后对管道内剩余水进行强排20 695.7 m3。自流排水时，过阀流速不大于3.0 m/s。

排水组在排水时对水泵进行操作，并对排水渠道下游进行巡查，防止出现意外。对管道进行排空时组织参建单位填写“静水压试验排水记录表”，妥善保存。

3.静水压试验结果

3月31日，静水压试验三个试验段全部结束。试验数据显示：第①试验段实测渗水量1.017 m3/30 min，小于规范值的1.21 m3/30 min，满足施工规范要求；第②试验段实测平均渗水量0.564 m3/30 min，远远低于规范值的2.51 m3/30 min，满足施工规范要求；第③试验段实际渗水量为0.001 6 L/（min·m），得到的补水量远远低于 0.007 1 L/（min·m） 的可控范围。管道密闭性完全符合要求，排气阀、排空阀、检修蝶阀等水机设备的安装和运行质量也经受住了考验，PCCP管道静水压试验圆满成功。

三、结 论

通过有效地对PCCP管道静水压试验实施准备、试验方法选择、安全监测等方面进行控制，密云调蓄工程PCCP管道静水压试验取得成功，PCCP管道安装质量满足输水要求，管道安全可靠，为密云水库调蓄工程正式运行提供了有力的保证。 ■

参考文献：

[1]保延新,刘晓飞.大口径PCCP管与钢管混合管道试压技术[J].中国给水排水,2011（27）.