阀门井在黄水东调水压试验中的应用

王 青 ，李雅萍 ，贾 楠

（1.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014；2.成武县公路管理局，山东 成武 274200）

山东省黄水东调应急工程是为解决胶东地区尤其是潍坊北部地区工业和生活供水严重不足而建设的应急性调水工程，工程设计年引水量为4.52亿m3，供水流量为15m3/s。长距离调水工程试压段较多，而且后背墙浇筑完毕后达到一定强度后才能进行水压试验，试验结束后还需要拆除，因此对工期紧张的项目非常不利。本文以山东省黄水东调应急工程为例，在阀门井设计过程中，综合考虑施工阶段中水压试验因素，利用阀门井作为后背代替试压墩进行水压试验，使其既能满足阀门井的正常使用、检修功能，又能满足水压试验的要求。

1 阀门井作为试压墩进行水压试验

1.1 正常水压试验存在的问题

1）试压装置复杂，包括千斤顶、钢板、堵板、后背等，试验段试压前浇筑后背，试压后需拆除，费时费力。

2）大口径管道试压时推力较大，如沿线原状土质较差可能存在支撑力不足导致土体变形较大的情况。

3）不能进行连续试压，试压过程耗时较长，不能满足工期较紧的项目。

1.2 阀门井作为试压墩进行水压试验的设计方案

阀门井代替后背作为试压墩的设计方案，是指阀门井集试压墩和正常功能于一体，运行工况下，能满足管道的正常使用和检修，试压情况下，作为试压墩满足管道水压试验的需求。

水压试压时，阀门井承担管段试压压力，起到固定管道的作用，防止管道发生位移及对下游的玻璃钢管造成破坏。阀门井配合一体化封堵板（一体化封堵板采用两端带有法兰、内部设有盲板的短钢管，封堵板上下游法兰间尺寸与所需安装的阀门尺寸一致，封堵板两端法兰与上下游管道连接，将管道分割成相邻的上下游试压管端）使用，完成试压段管道的水压试验。试压完毕后将封堵板更换为通孔法兰短管或阀门。

1.3 参与水压试验的阀门井结构设计

根据水压试验要求和沿线管道井分布情况，黄水东调应急工程主要是利用阀门井、连通井和部分其他功能井进行水压试验。阀门井根据埋深、设备尺寸和操作空间要求，顺水向净长8.5m，净宽 9.5～12.0m，高 6.0～9.0m。以净宽 9.5m，净高7.5m阀门井为例，介绍相关设计情况，结构布置如图1。

阀门井根据设计要求，主要存在两种工况：1）试压工况；2）正常运行工况。

1.4 试压工况的设计

试压工况，结构主要进行井壁受力分析、整体稳定性验算和钢管与井壁之间抗剪计算。

图1 阀门井结构图

1）井壁受力分析。井体上下游井壁承受水压推力和土压力，试压压力最大为1.3MPa。为方便计算，不考虑井壁节点处弯矩分配，水压推力等效局部圆形荷载作用在管道穿井壁处，上下游井壁分别承受一半的水压推力，水压推力作用下上游井壁受力采用有限元法进行计算；土压力作用下的井壁受力按三边固结、一边自由双向板计算。根据井壁受力情况，经综合考虑，井壁厚度取1.6m。

2）阀门井稳定验算。土压力计算，上游井壁按主动土压力、下游按被动土压力计算，正常试压时填土高度一般为管顶以上0.5m，填土高4.7m。根据工程地质报告，回填土容重18.5kN/m3，综合内摩擦角30°；被动土压力折减系数k′取0.5；阀井两侧壁厚按0.8m考虑，L=11.1m。经计算，试压稳定安全系数K为1.07，满足水压试验后背设计要求。

3）安全措施。阀门井作为试压墩的方案要求管道与井壁采用刚性连接，根据工程经验，管道穿井壁处下方混凝土经常存在振捣不密实的问题，为防止管道沿与井壁结合处孔洞滑动，管道在穿井壁位置处可焊接短锚筋，加大与墙壁的抗剪力。对于位于沿线土质较差位置的阀门井，阀门井上下游侧填土可回填至地面高程，或周边换填其他土体，增大抗滑稳定系数。

1.5 正常运行工况的设计

正常运行情况，地下水位为地面以下1.0m，阀门井需对井壁进行受力复核和抗浮计算。井体抗浮一般均满足规范要求，在此不再进行计算。

井壁主要受力为侧向土压力和水压力，土压力按静止土压力计算。井壁按三边固定、一边自由的双向板计算，不考虑井壁节点处的弯矩调整，井壁最大弯矩为356.36kN·m。壁厚满足要求。

2 结语

1）阀门井参与试压的设计方案通过临时工程与永久工程相结合的方式简化了施工环节，阀门井浇筑完毕后，整个试压过程只有一体化封堵板安装、试压、拆除封堵板、安装阀门等步骤，施工方便，可以有效节约工时、缩短工期。

2）经方案比较，参与试压的阀门井使用的混凝土方量约为不参与试压的1.5～2.0倍，工程材料有所增加。但是通过简化流程，重复利用封堵设施，减少了人工费用、机械费用、其他临时费用和设备损耗，总体而言，投资较为经济合理。

3）取消后背墙的浇筑，减少了拆除弃渣量和土方的开挖回填量，节约了能源和土地占用，有利于降低工程造价。

目前山东省黄水东调应急工程输水管道已完成水压试验，经现场检测，试验过程中管道未发生明显位移，管道无漏水、法兰密封无损坏等，充分说明在大直径管道水压试验过程中阀门井代替后背作为试压墩是可行的，尤其是对一些工期紧的项目，可以优先考虑此方案。