淺談長(zhǎng)距離輸水管道壓力試驗(yàn)

閆志峰

給水管道鋪設(shè)完畢后，要對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)這一環(huán)節(jié)，它是管道工程質(zhì)量檢查與驗(yàn)收的一道重要工序。給水管道的壓力試驗(yàn)按管道傳承的介質(zhì)可分為水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)，按其目的可分為強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)。通過壓力試驗(yàn)，能準(zhǔn)確反映管道強(qiáng)度及滲漏情況，在壓力試驗(yàn)中要采取正確的方法和措施，特別是對(duì)特殊地段及大落差地段的壓力試驗(yàn)要確保試壓安全，不能使管材遭受破壞、發(fā)生安全事故。下面就以我們施工的襄渝二線ZH-1標(biāo)段達(dá)州車站長(zhǎng)距離輸水管道水壓試驗(yàn)為例進(jìn)行探討交流。

1 輸水管線概況

襄渝二線ZH-1標(biāo)段達(dá)州車站長(zhǎng)距離輸水管道全程長(zhǎng)14.05 km，管道材質(zhì)采用DN300球墨鑄鐵管及DN315 PE給水管兩種，管道全程鋪設(shè)位置高差起伏較大，要穿越山地、河流、公路及隧道等地段。DN315 PE管道采用直埋的施工方法，管頂覆土厚度不小于0.7 m，管道接口為現(xiàn)場(chǎng)熱熔對(duì)焊連接。既有線管道鋪設(shè)以DN300球墨鑄鐵管道明鋪為主，采用C20混凝土支墩防護(hù)施工法，管道連接采用橡膠圈承插柔性接口形式，其縱向分布圖見圖1。

2 水壓試驗(yàn)分段設(shè)置原則和要求

管道水壓試驗(yàn)的分段長(zhǎng)度:球墨鑄鐵管長(zhǎng)度一般不大于1 000 m;PE管無(wú)節(jié)點(diǎn)連接的管道不大于1 500 m，有節(jié)點(diǎn)的管道試驗(yàn)段長(zhǎng)度不大于1 000 m。過河、穿越鐵路、公路、大落差等特殊地段均單獨(dú)進(jìn)行試壓，靈活設(shè)置，確保試驗(yàn)長(zhǎng)度滿足“規(guī)范”要求。對(duì)不同材質(zhì)、不同工作壓力的管材原則上不能混合進(jìn)行壓力試驗(yàn)，否則易造成管道破壞。因襄渝二線長(zhǎng)距離輸水管道鋪設(shè)受地形和地質(zhì)的限制，球墨鑄鐵管和PE管交叉使用，這樣對(duì)部分區(qū)段就必須混合進(jìn)行管道壓力試驗(yàn)，因兩種管材比重及與黏土的摩擦系數(shù)不同，故在相同管段壓力作用下產(chǎn)生變形不一致，因此需對(duì)與球墨鑄鐵短管連接的PE法蘭與球墨鑄鐵管采用管卡抱箍加固，并設(shè)置混凝土全包支墩。否則會(huì)產(chǎn)生與PE管連接處的球墨鑄鐵管件接口拔出甚至管身產(chǎn)生環(huán)向開裂事故。

3 水壓試驗(yàn)裝置要求

3.1 試壓管段的后背設(shè)計(jì)

DN300管端承受的壓力:

其中，P為管端所承受的壓力，kN;PS為試驗(yàn)壓力，MPa;r為管內(nèi)徑，m。

管口的粘結(jié)力:

P1=πK1DLf=3.14×1.08×0.326×0.069×2.5×1 000=191.7 kN。

其中，P1為管口的粘結(jié)力，kN;D為管道插口外徑，m;L為接口填料深度，m;f為接口單位面積粘結(jié)力，MPa;K1為粘結(jié)力修正值。

管道作用后背的力:

其中，R為管端傳遞給后背的作用力，kN;P為試壓管段、管端所承受的壓力，kN;P1為承插口填料粘結(jié)力，kN。

經(jīng)過核算，在此情況進(jìn)行壓力試驗(yàn)，管端后背不需要進(jìn)行加固。

3.2 管內(nèi)注水及排氣

管內(nèi)存氣是由管線的高程起伏造成的，如果管內(nèi)存有氣體進(jìn)行水壓試驗(yàn)，滯留在管道內(nèi)的氣體形成氣囊會(huì)影響測(cè)試效果，甚至由于管內(nèi)氣體受到壓縮還可能導(dǎo)致爆管。故在灌水時(shí)應(yīng)從下游緩緩注入，并在試驗(yàn)管段的上游管頂及管段中的凸起點(diǎn)設(shè)排氣閥，排除管內(nèi)氣體;管道灌水時(shí)水流速度不可太快，應(yīng)使管道的灌水量與管道的排氣量相匹配。若出現(xiàn)以下情況時(shí)，可認(rèn)為管內(nèi)氣體未排除干凈:對(duì)注滿水的管道升壓時(shí)，試壓泵不斷向管內(nèi)充水，但升壓很慢;壓力表指針隨手壓泵柄上下?lián)u動(dòng)而擺幅較大，讀數(shù)也不穩(wěn)定;灌水排氣，要使排出的水流中不帶氣泡，水流連續(xù)，速度不變，作為排氣徹底的標(biāo)志。

3.3 壓降與滲水量

在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，管道內(nèi)充滿水后還要繼續(xù)注水，方可達(dá)到試驗(yàn)壓力要求，主要因?yàn)楣軆?nèi)的水和未排凈的空氣受壓密度增大而體積縮小及管壁受水壓后產(chǎn)生徐變。按“規(guī)范”推算出對(duì)球墨鑄鐵管進(jìn)行試壓，每升壓1 kgf/cm2，需要注入的水量約為管內(nèi)無(wú)壓時(shí)水量的1/1 000。為此，在試壓時(shí)就可以從10 min的降壓值推算出滲水量。推算公式參考如下:

其中，Δw為管道水壓試驗(yàn)升壓P時(shí)需增補(bǔ)的水量;D1為管道內(nèi)徑，cm;T為管道平均壁厚，cm;L為管道長(zhǎng)度，m;E為管材的彈性模量，kg/cm2，取 0.9×106;β為水的壓縮系數(shù)，cm2/ckgf，取 0.475×10-4。

3.4 試壓裝置

試壓裝置主要包括加壓泵、逆止閥、壓力表及表閥等。試壓泵有手動(dòng)式和電動(dòng)式，對(duì)于試壓管道長(zhǎng)度小于1 000 m且落差不超過30 m，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電源條件的情況下宜采用手動(dòng)式;補(bǔ)水量大、距離較長(zhǎng)，且落差較大宜采用電動(dòng)式。彈簧計(jì)壓力表計(jì)時(shí)精度不應(yīng)低于1.5級(jí)，最大量程宜為試驗(yàn)壓力的1.3倍～1.5倍，表殼的公稱直徑不應(yīng)小于150 mm，使用前校正。另外，試驗(yàn)管段不得采用閘閥做堵板，不得含有消火栓、安全閥、水錘消除器、自動(dòng)排氣閥等附件，在管道的這些附件處應(yīng)設(shè)堵板，將所有的敞口封堵。

4 水壓試驗(yàn)的判定

本工程輸水管道設(shè)計(jì)工作壓力為0.8 MPa，按規(guī)范試驗(yàn)壓力為P+0.5 MPa即為1.3 MPa。系統(tǒng)壓力試驗(yàn)有強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)前3天要對(duì)試驗(yàn)段管道充水浸泡，并要打開管端頂處排氣閥門排氣，管道內(nèi)氣體排完后，關(guān)閉排氣閥門，將管道內(nèi)水充滿，停止充水，充水在不大于工作壓力條件下充分浸泡后再進(jìn)行試壓。壓力試驗(yàn)分兩步進(jìn)行:第一步是升壓，第二步是按強(qiáng)度試驗(yàn)要求進(jìn)行檢查。管道每次升壓0.2 MPa，要求對(duì)試驗(yàn)段管道進(jìn)行檢查，檢查后背支墩，管身接口無(wú)異?，F(xiàn)象后，再繼續(xù)升壓，每升一次，都要檢查一次。升壓至試驗(yàn)壓力后，保持10 min，壓降不大于0.05 MPa，檢查管道接口、管身無(wú)損壞及漏水現(xiàn)象，認(rèn)為管道強(qiáng)度水壓試驗(yàn)合格。其次還要進(jìn)行管道的嚴(yán)密性試驗(yàn)，嚴(yán)密性試驗(yàn)有兩種:放水法和注水法。管道嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，不得有漏水現(xiàn)象，同時(shí)實(shí)測(cè)滲水量不大于“規(guī)范”規(guī)定允許值時(shí)為合格。管道內(nèi)徑不大于400 mm的，且長(zhǎng)度不大于1 000 m的試驗(yàn)段管道，在試驗(yàn)壓力下，10 min壓降不大于0.05 MPa時(shí)，可認(rèn)為管道嚴(yán)密性試驗(yàn)合格。

5 特殊地段壓力試驗(yàn)方法

1)對(duì)鐵路既有線長(zhǎng)大隧道內(nèi)管道壓力試驗(yàn)我們采取了氣壓試驗(yàn)，因?yàn)樵撍淼篱L(zhǎng)2 430 m，隧道每隔60 m處設(shè)置避人洞 1座，對(duì)避人洞處管道采取45°彎頭下翻，故該段管道注水后存有大量空氣，考慮到既有線行車安全和維護(hù)方便，管材采用PE管，但PE管在試壓過程中會(huì)帶來諸多不便，主要因?yàn)榕艢馐亲畲罄щy，為此對(duì)PE管的連接形式作了調(diào)整，在每隔500 m位置處設(shè)法蘭連接1處，在試壓時(shí)對(duì)該處安裝帶有排氣裝置鋼質(zhì)法蘭短管進(jìn)行排氣，管道每安裝500 m后立即對(duì)該段進(jìn)行壓力試驗(yàn)。

2)對(duì)落差較大的地段，對(duì)同一材質(zhì)管道試壓時(shí)，應(yīng)以地形高程起伏作為區(qū)段劃分原則，壓力試驗(yàn)的裝置設(shè)備應(yīng)設(shè)置在試驗(yàn)管段的最低處，最高處安裝排氣閥。因?yàn)檠鼐€地勢(shì)產(chǎn)生的高差，使得試驗(yàn)段灌水結(jié)束后低洼段管道內(nèi)的靜壓值較高，最低端管道內(nèi)壓力達(dá)到0.7 MPa，若試壓裝置設(shè)置在頂端，當(dāng)壓力達(dá)到試驗(yàn)壓力1.3 MPa時(shí)，低洼段管道承受壓力已達(dá)到2.0 MPa，這樣將會(huì)使管材受到破壞，并存在諸多安全隱患。

6 結(jié)語(yǔ)

以上為該工程在水壓試驗(yàn)中需要解決和注意的一些問題，同時(shí)通過對(duì)本工程的水壓試驗(yàn)，使得我們對(duì)長(zhǎng)距離、大落差及其他特殊地段的壓力管道水壓試驗(yàn)采用的方法和措施也有一定經(jīng)驗(yàn)積累，特別是對(duì)不同管材混合試壓時(shí)應(yīng)采取的加固措施作為新的問題予以交流。

[1] TB 10209-2002，鐵路給水排水施工規(guī)范[S].

[2] 給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第 2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.