东山供水工程关河支线水压试验方案及成果
2020-10-24
（山西省东山供水工程建设管理局 山西太原030002）
1 工程概况
山西省东山供水工程关河支线DN1400PCCP 管道安装已全部完成并试通水成功，全长32.33 km，沿线布置36 座排气阀井，9 座排水阀井，4 座检修阀井。
2 水压实验总体规划
2.1 试验条件
由于关河支线试通水已完成，无法采用混凝土作为靠背进行分段水压试验。关河支线关河泵站蝶阀设计压力为1.6 MPa，GH-1# 、GH-5# 检修蝶阀设计压力为1.6MPa，GH-2#、BY1# 检修蝶阀设计压力为1.0 MPa。根据施工合同文件和规范要求，水压试验压力为工作压力+0.3 MPa，不超过沿线各检修蝶阀设计压力，故采用沿线各检修蝶阀作为后靠背堵板进行水压试验。
2.2 试验分段及实验压力
关河支线分4 段进行水压试验，实验分段情况如下：
第一段：关河泵站-GH-1#检修阀，该段管线长度8.54 km，包括调压井、SP 压力钢管和PCCP 管。试验压力根据调压井最高设计水位1 062.0 m 进行确定。
第二段：GH-1# 检修阀-GH-2# 检修阀，管线长度6.57 km，实验压力根据管线最低点的工作压力确定。管线最低点工作压力0.57 MPa，试验压力取0.87 MPa。
第三段：GH-2#检修阀-BY1#检修阀，管线长度7.77 km，实验压力根据管线最低点的工作压力确定。管线最低点工作压力为0.55 MPa，试验压力取0.85 MPa。
第四段：BY1# 检修阀室-调节阀室，管线长度9.45 km，实验压力根据管线最低点的工作压力确定。管线最低点工作压力为0.49 MPa，试验压力取0.79 MPa。
表1 关河支线水压实验各压力表应显示值计算结果
水压实验压力表装在各试验管段的两端位置，根据水头差计算的各压力表应显示值结果见表1。
2.3 检修阀室稳定验算
1）水平推力（阀门压力）
水压试验作用于检修蝶阀上的水平推力用下式计算：
式中：P——试压段管端承受的压力，kN；
PS——试验压力，kPa；D——管道内径，m。
试验压力取检修阀室的最大压力值1.14 MPa，管道内径1.4 m，检修阀室承受的最大水平推力：P=1.14×103×3.14×1.42/4=1 754.0 kN。
2）摩擦力
关河支线涉及水压的阀室包括关河泵站、GH-1#检修阀室、GH-2#检修阀室、GH-5#检修阀室、BY1#检修阀室、云竹流量调节阀室共计5 座。因流量调节阀室能够提供的竖直方向的重力远大于检修阀室，故仅需核算检修阀室提供的重量能否满足要求。
检修阀室C20 混凝土止推墩混凝土浇筑约60 m3，重约140 t，C25 钢筋混凝土浇筑约260 m3，总重约650 t。检修阀室提供的摩擦力F=Nμ=（140+650）×9.8×0.45=3 483.9 kN。
3）土压力
检修阀室单侧墙体单位长度土压力用下式计算：
式中：Ea——单位墙长土压力，kN/m；
γ——填土重度，18KN/m3；
h——填土厚度，4.5 m；
ka——土压力系数；
φ——填土内摩擦角（°），取30°。
经计算检修阀室单侧墙体单位长度土压力为60.7 kN/m。
检修阀室墙宽9.2 m，单侧墙体土压力Fa为558.9 kN。
4）抗滑移验算
综上验算，关河支线在进行管道水压试验时检修阀室稳定可靠。
2.4 实验合格标准
水压试验合格标准的判定依据有两种：允许压力降值和允许渗水量值。允许渗水量值法假定每个接口沿管径均匀渗漏，渗漏量与管径、接口数量成正比，但现在的输水管道口径大、输水线路长，导致计算出的允许渗水量值均偏大，不符合工程要求。因此东山供水工程关河支线水压实验合格标准采用允许压力降值判定。按照《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）第9.2.10 规定，允许压力降值取0.03 MPa。试验阶段，注水补压完成后，稳定15 min；当15 min 后压力下降不超过0.03 MPa 时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30 min，进行外观检查，若无漏水现象，则水压试验合格[1]。
3 实验方案
3.1 实验流程
管内清理、检查→安装注水加压盲板→注水→浸泡→安装加压设备→预试验→允许压力降试验→允许渗水量试验→卸压、排水→临时装置拆除[2]。
3.2 实验方法
1）除关河支线第一段外，其余各段均采取分级打压，逐步缓慢分级升压（每级0.2 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），检查试验管段有无漏处，情况正常则继续升压，当压力表读数升至表1中的试验压力应显示值时，预实验稳压30 min，期间如有压力下降可注水补压。每升压一级，各部位观测人员应记录实际情况并及时汇报。
2）管道升压过程中，当发现压力表针摆动、不稳，且升压较慢时，重新排气后再升压。
3）预实验完成后，压力表读数达到表1中的试验压力应显示值，停止注水补压，稳定15 min，监测压力降，当15 min 后压力下降不超过0.03 MPa 时，将试验压力降至工作压力，压力表度数降至表1中的工作压力应显示值并保持恒压30 min。整个试验期间，每当压力下降，应及时向管道内补水，并计量整个恒压时间内补入试验管段内的水量[3]。
3.3 管道内注水
根据现场实际情况，管道注水采用关河泵站上游来水正充（最优方式）、云竹水库反充及水泵注水三种方式组合进行。
试验管段内注满水后，应在不大于工作压力条件下充分浸泡不小于72 h，再进行试压。
3.4 打压观测、数据采集
水压试验时，压力每升一级，应及时采集、记录监测数据。表2为GH-2#检修阀-BY1#检修阀段水压试验监测数据。
3.5 卸压、排水、设备拆除
水压实验验收合格后，要缓慢打开阀门进行降压，不能引起颤动，防止产生水锤，同时逐步打开补气阀，使外界空气及时补充进管道。
表2 GH-2#检修阀-BY1#检修阀段水压试验监测数据
本次水压试验通过打开试压段内排水井中的排水阀进行排水，将管道水放入排水井湿井内，再由潜水泵抽排至河道，必要时用提前准备好的排水泵在沿线排气阀井内进行抽排，确保管线内部水流可顺利排出管道。
4 实验结论
由GH-2#检修阀-BY1#检修阀段水压实验监测数据可以看出，当压力表读数达到表1中的试验压力应显示值时，稳压15 min，压力依旧保持不变，允许压力降符合规范要求。
当压力表读数降到工作压力应显示值时，保持恒压30 min，未进行管道补水，外观检查无漏水现象，水压试验合格。
