PCCP管线打压管平板堵头装置设计及验证

汪观鸿 何勇

中国水利水电第五工程局有限公司 四川成都 610225

预应力钢筒混凝土管（PCCP）是由薄钢板、混凝土等材料构成的复合管材，具有高密封性、高强度和高抗渗的特性。依托工程采用预应力钢筒混凝土管（PCCP）双线同槽铺设（a、b线），为了检验输水管道在规定的内水压作业下的安全可靠性和严密性，在连续安装完成1公里管道后，应进行首段水压试验，试验段两端采用打压管作为封堵，由于PCCP管材试验压力为工作压力加0.3MPa，水压试验压力大，管线长，采用常规的钢板堵头、封堵气囊进行封堵无法满足试验要求。

1 堵头结构设计

下面以PCCPDN3800×5000mm管线为例，通过对比试验计算数据进一步说明：

图1

图2

在打压管内部设置封堵钢板作为堵头时，通过以下结构计算确定打压管封堵板的厚度。

计算条件：

（1）管材内径：3800mm；

（2）打压管内径：3860mm；

（3）工作压力：Pw=1.0MPa；

（4）管线试验压力：Pft=1.3MPa；

（5）接头直径：Dj=3973mm；

（6）管材外径：Bc=4.454m；

打压管结构设计计算（依据GB150.3-2011标准）

①打压管圆形平盖封头板厚计算

平盖厚度按式（5-33）计算，式中符号意义及取值：

δp为计算板厚；

Dc为打压管内径=3860mm；

K为结构特征系数，打压管的封堵板与主管（设计板厚δ=24mm）筒体内直径沿圆周向连续焊接连接，属于周边固支情况，取值为0.188；

Pc为计算压力，取管线试验压力最大值=1.3MPa；

[σ]t为设计温度下选用材料的许用应力，本工程中管配件材料牌号为Q345，查GB150.2表2取值=181MPa；

φ为焊接接头系数，查GB150.1取值为0.8；

所以打压管封堵板应考虑带筋平板封头方案。

②加筋圆形平盖封头计算

（1）加筋平盖厚度按式（5-36）计算，式中符号意义及取值：

δp为计算板厚；

d为当量直径，设计选取d=L3=511mm；

Pc=1.3MPa；

按照平盖与筒体厚度之比≤3的结构常规，选取加筋平盖设计厚度=40mm。

（2）结合工程经验，打压管加筋封头在管线水压试验中不允许产生变形。本设计采用矩形截面的双面加筋板方案，加筋板的高厚比一般取值为5-8，选取加筋板厚度=40mm，高度=300mm。加筋板的分布形式考虑3860mm属于大直径试验条件，同时遵循轴对称和等间距结构设计原理，采用“井”字网格分布，结合抗弯模量的多次计算，最终确定当量直径=相邻径向筋板的最小间距=511mm。

通过打压管结构设计计算可以看出，若采用圆形平盖封头板，则需160mm厚钢板，厚钢板焊接工艺差，无法保证焊接工艺水平。采用双面加筋平板堵头装置，能够提高封堵板的焊接工艺，减少原材料的浪费，生产效率高，更能保证打压试验的一次成功率。

2 打压试验

首段1km打压试验验证：

（1）准备工作：

A.管线试压段内外接口砂浆必须施工完成，试压段止推范围内的砂浆强度满足试压要求。

两端止推段水压试验压力分别为0.85MPa、0.72MPa。

砂浆抗压强度验算按0.85MPa计算：

堵板面积 S堵板=πr²=3.14×1.9²=11.35 ㎡

接口砂浆受力面积S砂浆=πr1²-πr2²=3.14×2.227²-3.14×1.9²=4.24㎡；

接口砂浆受压强度P1=P×S堵板/S砂浆=0.85×11.35/4.24=2.3MPa；

水压试验时止推范围内的内外缝砂浆均已达到28d强度，满足试压要求。

B.在管线封堵之前，必须对管道内进行彻底的清扫，确保管内无杂物，对管道内接口进行全面的检查，确保所有接口完成处理。

C.试验管段两端打压管及打压段范围内的空气阀井、排水阀井、镇支墩等部位安排专人负责观测，并配备通讯工具，保持通讯畅通，以便试压时发现问题及时联系、及时采取处理措施。现场施工道路保持畅通。

D.管线进行试压前，要求试验段管道安装完成且检查合格，管顶以上已经回填完成，管段内止推体系管道接缝砂浆已经完成并达到强度要求。

E.根据水源位置及管线情况，铺设注水、加压临时管线并安装水泵、压力计等。试压注水位置在排气三通DN1000支管上，支管上加装闷头，闷头上设置注水口、排气口并安装压力表。排水位置设置在排水三通DN1000支管上。

F.临时管线进水管选择DN150塑料管，试压管段两端各安装压力计一支，靠表处连接一阀门，接装压力计时应把支管内的空气排净，以防止升压时压力计指针波动频繁而损坏压力计。

根据试压段试验压力，选用最大量程1.6MPa压力计，压力计精度等级1.6级，表盘直径150mm，压力计在使用前进行校正。

管道内注水量计算：11.34×1059=12009m³

根据试压段压力选择注水泵和试压泵型号。向管道内注水选择QJ50-78/6型深井潜水泵。试压选用ISW80-350卧式多级离心泵，扬程150m。渗漏试验时采用刻度水箱进行注水量计量，记录好注水量。

（2）试压方法和措施。

A.向试压管道内注水：注水口设置在排气三通支管上，充水时要打开管线所有排气阀门以排除气体，泄水系统排水阀门关闭，当充水至排除的水流中不带气泡，水流连续时，即可关闭排气阀门停止充水。

注水时，安排人员沿线进行巡视，检查各阀门、管身及接口等部位是否有渗水漏水现象发生。一旦发生应及时停止注水并进行处理。

为使管道内壁及接口材料充分吸水，水充满后应充分浸泡后再进行试压，浸泡时间不少于72小时[1]。

B.试压方法：升压时按照每0.1Mpa为一级缓慢升压，每升一级应检测阀门、支墩、管身及接口等部位，如无异常现象，再继续升压。

试验管段两端打压管以及沿线空气阀井、泄水阀井等部位安排人员负责观测并做好记录；每升压一级，各部位观测人员应记录实际情况并向水压试验调度负责人汇报；试压时如有任何情况，观测人员应及时向水压实验调度负责人汇报。

a.预试验阶段：将管道内水压升至试验压力并稳压30min，稳压期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力；检查管道接口、配件等处有无漏水、损坏现象；若有漏水、损坏现象要及时停止试压，查明原因采取措施后重新试压。

b.主试验阶段：停止注水补压，稳定15min；当15min后压力下降不超过0.03MPa时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查若无漏水现象，则水压试验合格。

压力升至试验压力后开始计时，每当压力下降，应及时向管道内补水，但最大压降不得大于0.03MPa，保持管道试验压力恒定，恒压延续时间不得少于2h，并计算恒压时间内补入试验管段内的水量，若实测渗水量小于，则水压试验合格。

试验记录表格见附件。

水压试验及时填写相关记录，合格后整理、提交水压试验报告。

c.卸压、排水：试压段排水根据现场实际情况可通过泄水系统就近排回至附近河沟。排水时应防止形成负压，排水过程中应注意控制阀门的打开度。

在管线排水结束后，应检查排气阀及排水口处的水位，确认无危险后方可缓慢打开泄水阀门，拆除充水、排水临时设施。

3 结语

打压管水压试验经过现场监理、建设单位、施工单位等共同验收合格通过。有效的解决了管道打压试验段打压管堵头装置质量不宜保障、材料浪费等问题，提高了打压试验成功率。