密云水庫調(diào)蓄工程PCCP管道靜水壓試驗(yàn)淺析

楊 萌

（河南華北水電工程監(jiān)理有限公司，450002，鄭州）

南水北調(diào)來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程，通過京密引水渠反向輸水，經(jīng)泵站加壓由新建京密引水渠側(cè)DN2600 PCCP輸水管道向密云水庫調(diào)水，能安全、可靠地利用團(tuán)城湖取水，是北京市南水北調(diào)配套工程的重要組成部分。工程PCCP管道全長21.979 km，總揚(yáng)程 132.85 m，團(tuán)城湖—懷柔水庫段流量20 m3/s；懷柔水庫—密云水庫段流量10 m3/s，新建雁棲—溪翁莊段PCCP管道設(shè)計(jì)流量10 m3/s。主要工程內(nèi)容包括加壓泵站9座、新建輸水DN2600 PCCP管線21.979 km及其附屬建筑物等。

來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程任務(wù)艱巨，涉及專業(yè)面廣、施工難度大、技術(shù)難度高、工期十分緊張。進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)，不僅是對(duì)壓力輸水管道工程中的管道、接頭、管件、各種閥件及分水口等附屬建筑物設(shè)計(jì)、施工、安裝階段的綜合驗(yàn)證,也是竣工驗(yàn)收之前履行的一個(gè)必要的試驗(yàn)項(xiàng)目，直接關(guān)系南水北調(diào)來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程整體的成敗。

一、試驗(yàn)方案

壓力管道水壓試驗(yàn)一般包括：接頭、分段及全線水壓試驗(yàn)。由于管線較長，難度較大，為便于調(diào)度統(tǒng)一、協(xié)調(diào)一致，試驗(yàn)采用分段水壓試驗(yàn)。

1.試驗(yàn)段設(shè)計(jì)

根據(jù)工程輸水水壓遞減的特點(diǎn)，將試驗(yàn)分為三段：

第一段：YX0+000.00（雁棲泵站出口檢修閥）—YX5+673.87（#1檢修閥井），試驗(yàn)長度為5 673.87m；

第二段：YX5+673.87（#1檢修閥井）—YX17+404.73（#2 檢修閥井），試驗(yàn)長度為11 730.86 m；

第三段：YX17+404.73（#2 檢修閥井）—YX21+973.21（#3 檢修閥井），試驗(yàn)段長度為4 568.48 m。

2.試驗(yàn)壓力確定

根據(jù)設(shè)計(jì)單位北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 《水壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案》試驗(yàn)分段及試驗(yàn)壓力表，各標(biāo)段靜水壓試驗(yàn)位置及試驗(yàn)壓力如下：

①施工第一段設(shè)計(jì)試驗(yàn)水位128.5 m，計(jì)劃在#8排氣閥井位置進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)位置樁號(hào)YX5+673.87，此處實(shí)測(cè)水表設(shè)置高程63.68 m。計(jì)算該壓力表處試驗(yàn)水頭：128.5-63.68=64.82 m。該處最大試驗(yàn)壓力為0.648 MPa。

②施工第二段設(shè)計(jì)試驗(yàn)水位121.0 m，計(jì)劃在#15排氣閥井位置進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)位置樁號(hào)YX10+501.2，此處實(shí)測(cè)水表設(shè)置高程71.879 m。計(jì)算該壓力表處試驗(yàn)水頭：121.0-71.879=49.121 m。該處最大試驗(yàn)壓力為0.50 MPa。

③施工第三段的設(shè)計(jì)水位取值為101.5 m，水壓試驗(yàn)位置布置在管道末端投加井處（該處位置距離水源較近，取水方便），利用投加各種混凝劑、助凝劑、臭氧、液氯及酸堿中和、氣水混合等方面提高水處理效果的投加井DN50投加管打壓，簡單、方便、安全。實(shí)測(cè)壓力表安裝高程96.09 m，計(jì)算該壓力表處試驗(yàn)水頭：101.5-96.09=5.41 m。該處最大試驗(yàn)壓力為0.054 1 MPa。

3.試驗(yàn)組織

南水北調(diào)工程涉及面廣，又是一項(xiàng)公益性水利項(xiàng)目，各級(jí)政府、部門高度重視，為此南水北調(diào)建管中心組織各部門、單位抽調(diào)有關(guān)人員成立了密云水庫調(diào)蓄工程PCCP水壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)指揮部，精心設(shè)點(diǎn)，派駐包括設(shè)計(jì)、監(jiān)理、管道生產(chǎn)廠家、施工單位代表等在內(nèi)的試驗(yàn)實(shí)施小組，現(xiàn)場(chǎng)參與并監(jiān)督打壓試驗(yàn)全過程，做好各種應(yīng)急預(yù)案，同時(shí)還組織各單位24小時(shí)巡查值守，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，保證充水及試驗(yàn)安全。

二、靜水壓試驗(yàn)

1.試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）實(shí)驗(yàn)前檢查

①檢查試驗(yàn)方案的審批情況。

②管內(nèi)接口填充材料已驗(yàn)收完成，管道內(nèi)清掃干凈且已對(duì)管底高程聯(lián)測(cè)。

③所有閥件均已安裝完成，并驗(yàn)收合格，全部閥門(排空閥除外)均處于全開狀態(tài)。

④包封混凝土及構(gòu)筑物滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，頂部回填高程滿足設(shè)計(jì)要求。

⑤排水出路必須能夠保證暢通，并配備足夠數(shù)量的排水泵及發(fā)電機(jī)。

⑥壓力試驗(yàn)專用設(shè)備已經(jīng)過專業(yè)檢測(cè)部門率定合格，設(shè)置單流閥，閉水時(shí)必須能夠保證水壓的穩(wěn)定。

⑦詳細(xì)檢查試壓設(shè)備、壓力表、連接管、排氣管、進(jìn)水管及管件，確保系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

⑧組織看護(hù)隊(duì)伍進(jìn)行培訓(xùn)，明確個(gè)人職責(zé)及上報(bào)制度，做好水壓試驗(yàn)的看護(hù)準(zhǔn)備工作。

⑨督促人員落實(shí)各項(xiàng)安全措施及安全值班制度。

經(jīng)檢查各項(xiàng)準(zhǔn)備工作均已落實(shí)，且滿足試驗(yàn)條件，參建各方代表對(duì)檢查記錄資料簽字，妥善保存。

（2）落實(shí)安全監(jiān)測(cè)及應(yīng)急措施

①所有進(jìn)入試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員必須佩戴安全帽，特殊工作人員要佩戴專門的防護(hù)用品。

②在充水試驗(yàn)期間，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備看護(hù)人員禁止下井，使用手電筒在井口爬梯處檢查設(shè)備滲漏情況。

③水壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)存放的設(shè)備、材料應(yīng)做到場(chǎng)地安全可靠，材料存放整齊，保持通道暢通。

④在水壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的洞、坑、溝、井口等危險(xiǎn)處，應(yīng)設(shè)置安全設(shè)施或明顯標(biāo)志。

⑤全體試驗(yàn)人員必須嚴(yán)格遵守崗位責(zé)任制和交接班制度，嚴(yán)禁酒后上崗。

⑥電工、焊工等特殊工種必須經(jīng)過專門培訓(xùn)、持證上崗，方準(zhǔn)獨(dú)立操作。

⑦試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及作業(yè)地點(diǎn)應(yīng)配備足夠的照明設(shè)施?，F(xiàn)場(chǎng)照明線路必須絕緣良好，布線整齊且應(yīng)相對(duì)固定，并經(jīng)常檢查維修。

⑧嚴(yán)禁將電源線芯彎成裸鉤掛在電源線路或電源開關(guān)上通電使用。

⑨為防止因潮濕漏電和絕緣損壞引起觸電及設(shè)備事故，水壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的電氣設(shè)備和線路等應(yīng)裝漏電保護(hù)器，做到一機(jī)、一閘、一漏電保護(hù)。

2.靜水壓試驗(yàn)

（1）充水階段

試驗(yàn)條件準(zhǔn)備就緒后，開始向管道內(nèi)充水。利用七孔橋處閘門抬高白河電站調(diào)節(jié)池水位至93.5m高程，開啟 PCCP管道末端控制蝶閥，排空閥關(guān)閉，排氣閥打開，充水流量不大于0.5 m3/s（根據(jù)壓力管道淹沒出流計(jì)算公式算得蝶閥開啟度為3°），單線日最大充水量控制為4.32萬m3，充水約72小時(shí)。充水流量通過蝶閥進(jìn)行控制，防止流量太大排氣閥不能完全排氣，排氣正常與否關(guān)系著管道中水與氣交換是否穩(wěn)定可控，避免管道在打壓試驗(yàn)中受損。管道充水完成后，保持72小時(shí)充分浸泡，不僅可以檢測(cè)管道本身是否有超出正常范圍的滲漏，還可以通過泡管清洗施工及管道靜置過程中產(chǎn)生的灰塵油污等。充水過程中需一次性將PCCP管道全線充滿水，共計(jì)用水量為14萬m3（考慮20%損耗），同時(shí)對(duì)管道充水、沿線滲漏水情況及職責(zé)落實(shí)情況進(jìn)行24小時(shí)巡查或檢查，查看值班人員填寫的相關(guān)記錄表，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，保證充水及試驗(yàn)安全。

（2）打壓階段

壓力檢測(cè)是重要的檢驗(yàn)檢測(cè)手段。根據(jù)指揮部發(fā)布PCCP打壓試驗(yàn)開始指令進(jìn)行打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)順序?yàn)榈谝欢巍⒌诙渭暗谌?。管道升壓時(shí)，管道的氣體應(yīng)排除，升壓過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)彈簧壓力計(jì)表針擺動(dòng)、不穩(wěn)且升壓較慢時(shí)，應(yīng)重新排氣后再升壓。同時(shí)應(yīng)逐步緩慢分級(jí)升壓 （每級(jí)0.1 MPa，第三段為 0.05 MPa），每升一級(jí)后穩(wěn)壓不少于10 min（為保持壓力，允許向管內(nèi)補(bǔ)水），每升一級(jí)應(yīng)檢查管身、鎮(zhèn)墩、閥井、閥件及接口，并及時(shí)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)采集數(shù)據(jù)，當(dāng)無異?，F(xiàn)象時(shí)，再繼續(xù)升壓。在試驗(yàn)過程中，若出現(xiàn)管壓升不上去或管堵?lián)p壞時(shí)，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，找出原因，采取措施后，再重新試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)禁對(duì)管身、接口敲打或修補(bǔ)缺陷；若遇有缺陷，應(yīng)作出標(biāo)記，卸壓后修補(bǔ)。水壓試驗(yàn)采用水量補(bǔ)償進(jìn)行實(shí)際滲水量測(cè)定，當(dāng)升壓至水壓試驗(yàn)的壓力值穩(wěn)壓，保持恒壓30 min，檢查接口、管身無破損及漏水現(xiàn)象，且補(bǔ)充水量不超過規(guī)定滲水量時(shí)，管線合格。

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)相關(guān)規(guī)定，壓力管道采用允許滲水量進(jìn)行最終合格判定依據(jù)時(shí)，實(shí)測(cè)滲水量應(yīng)小于或等于下列公式規(guī)定的允許滲水量。

預(yù)(自)應(yīng)力混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管：

式中，q 為允許滲水量，L/（min·km）；Di為管道內(nèi)徑，mm。

結(jié)論：補(bǔ)充水量不超過規(guī)定滲水量時(shí)，即 7.13L/（min·km），判定管道合格。

2015年3月28日，第一段各級(jí)升壓正常，管道、排氣閥均無滲水、漏水現(xiàn)象，實(shí)測(cè)滲水量1.017 m3/30 min，根據(jù) 《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)應(yīng)小于或等于允許滲水量 7.13 L/（min·km）， 從而計(jì)算得出規(guī)范值的1.21 m3/30 min，實(shí)測(cè)滲水量滿足施工規(guī)范要求，試驗(yàn)合格。3月29日，第二段各級(jí)升壓正常，管道、排氣閥均無滲水、漏水現(xiàn)象，實(shí)測(cè)平均滲水量0.564m3/30min，計(jì)算得出規(guī)范值的2.51m3/30min，實(shí)測(cè)滲水量也滿足施工規(guī)范要求，試驗(yàn)合格。3月31日，第三段加壓到0.035 MPa，穩(wěn)壓10min后水壓有少量減少，再向管道內(nèi)補(bǔ)水，補(bǔ)壓至0.035 MPa，補(bǔ)水量為290 L，實(shí)際滲水量為 0.006 3 L/（min·m）， 小于要求滲水量 0.007 1 L/（min·m）， 滲水量滿足施工規(guī)范要求，繼續(xù)加壓至試驗(yàn)壓力 0.06 5MPa，穩(wěn)壓 30 min后，壓強(qiáng)有極小幅度降低，變頻式控制柜再次補(bǔ)壓至0.065 MPa，補(bǔ)水量為226 L，實(shí)際滲水量為 0.001 6 L/（min·m），小于要求滲水量 0.007 1 L/（min·m），滲水量滿足施工規(guī)范要求，各級(jí)升壓正常，管道、排氣閥均無滲水、漏水現(xiàn)象，試驗(yàn)合格。為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠，現(xiàn)場(chǎng)打壓試驗(yàn)小組又進(jìn)行了一次復(fù)核式打壓，得到的補(bǔ)水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.98 m3/30 min的可控范圍。

（3）試驗(yàn)中安全監(jiān)測(cè)

①水壓試驗(yàn)期間對(duì)各種閥件及構(gòu)筑物進(jìn)行檢驗(yàn)，要求在分段打壓期間，根據(jù)逐步緩慢分級(jí)升壓（每級(jí)0.1 MPa），每升一級(jí)后穩(wěn)壓不少于10 min，對(duì)應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一是閥件檢驗(yàn)：排氣閥檢驗(yàn)排氣狀況及嚴(yán)密性，排空閥檢驗(yàn)密閉性能。二是地表滲水、變形及異常觀測(cè)：裂縫管道段，第三次不合格打壓部位，管道返工鋪設(shè)段，鎮(zhèn)墩、閥井、穿路等建筑物變化部位。三是管道滲漏監(jiān)測(cè)：擬采用英國豪邁水管理的Permalog滲漏預(yù)警及探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)；在排氣閥支管處安設(shè)探測(cè)儀，采取逐段測(cè)試、噪音分析進(jìn)行初步定位，采用相關(guān)儀等設(shè)備進(jìn)行精確定位，并通過脈沖計(jì)讀數(shù)器輸入客戶端。

②采集數(shù)據(jù)。各種安全監(jiān)測(cè)設(shè)施在靜水壓試驗(yàn)期間對(duì)應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)、分析。一是PCCP管道水力特性包括：沿線在PCCP管道的4處鎮(zhèn)墩、4處穿路處設(shè)置壓力傳感器；在分段打壓期間，根據(jù)逐步緩慢分級(jí)升壓（每級(jí)0.1 MPa），每升一級(jí)后穩(wěn)壓不少于10 min，對(duì)應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并采集數(shù)據(jù)。二是鎮(zhèn)墩、包封結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：土壓力分布；地下水壓力，要求在試驗(yàn)壓力不變的2小時(shí)內(nèi)對(duì)應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并采集3套數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)與PCCP間縫隙、PCCP與PCCP間縫隙；鎮(zhèn)墩沉降、位移監(jiān)測(cè)。在分段打壓期間，根據(jù)逐步緩慢分級(jí)升壓（每級(jí)0.1 MPa），每升一級(jí)后穩(wěn)壓不少于10 min，對(duì)應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并采集數(shù)據(jù)。充水及排水期間每小時(shí)采集一次數(shù)據(jù)。

（4）排水階段

PCCP管道工程全線共有31處排氣閥井、3處排空閥井、1處末端控制閥井、4處主要等級(jí)公路、3處河道（渠道）交叉。利用#1、#3排空井分別向雁棲河、京密引水渠排水。

靜水壓試驗(yàn)結(jié)束后，首先由#3排空閥井進(jìn)行排水，利用排空閥井內(nèi)的潛水泵強(qiáng)排約2 000 m3，結(jié)束后水位高程為81.96 m，里程為YX17+000。#3排空閥井排水結(jié)束后打開#2排空閥井進(jìn)行自排，#2排空閥井出水口中心高程為61 m，自排可排至里程YX8+180。自排結(jié)束后進(jìn)行強(qiáng)排16 875 m3，強(qiáng)排結(jié)束后水位高程約為57.33 m，里程約YX5+000。#2排空閥排水結(jié)束后打開#1排空閥井進(jìn)行自排，#1排空閥井出水口中心高程為55 m，自排可排至里程YX3+900。自排結(jié)束后對(duì)管道內(nèi)剩余水進(jìn)行強(qiáng)排20 695.7 m3。自流排水時(shí)，過閥流速不大于3.0 m/s。

排水組在排水時(shí)對(duì)水泵進(jìn)行操作，并對(duì)排水渠道下游進(jìn)行巡查，防止出現(xiàn)意外。對(duì)管道進(jìn)行排空時(shí)組織參建單位填寫“靜水壓試驗(yàn)排水記錄表”，妥善保存。

3.靜水壓試驗(yàn)結(jié)果

3月31日，靜水壓試驗(yàn)三個(gè)試驗(yàn)段全部結(jié)束。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：第①試驗(yàn)段實(shí)測(cè)滲水量1.017 m3/30 min，小于規(guī)范值的1.21 m3/30 min，滿足施工規(guī)范要求；第②試驗(yàn)段實(shí)測(cè)平均滲水量0.564 m3/30 min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范值的2.51 m3/30 min，滿足施工規(guī)范要求；第③試驗(yàn)段實(shí)際滲水量為0.001 6 L/（min·m），得到的補(bǔ)水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 0.007 1 L/（min·m） 的可控范圍。管道密閉性完全符合要求，排氣閥、排空閥、檢修蝶閥等水機(jī)設(shè)備的安裝和運(yùn)行質(zhì)量也經(jīng)受住了考驗(yàn)，PCCP管道靜水壓試驗(yàn)圓滿成功。

三、結(jié) 論

通過有效地對(duì)PCCP管道靜水壓試驗(yàn)實(shí)施準(zhǔn)備、試驗(yàn)方法選擇、安全監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行控制，密云調(diào)蓄工程PCCP管道靜水壓試驗(yàn)取得成功，PCCP管道安裝質(zhì)量滿足輸水要求，管道安全可靠，為密云水庫調(diào)蓄工程正式運(yùn)行提供了有力的保證。 ■

參考文獻(xiàn)：

[1]保延新,劉曉飛.大口徑PCCP管與鋼管混合管道試壓技術(shù)[J].中國給水排水,2011（27）.