高原山区大管径球墨铸铁管压水试验方案探究

左凤霞 李廷阳 周万伦

1 工程概况

铜仁市大兴水利枢纽工程位于松桃县境内的大梁河中游，工程主要任务为城乡生活、工业和灌溉供水，兼顾发电等，是综合利用的水利工程。水库总库容为4 672 万m3，为中型水库，工程为Ⅲ等中型工程。电站装机容量5 MW，输水工程有3座梯级泵站和输水线路。

输水线路包括主输水线路、农村人畜饮水支线、灌溉支线，其中：主输水线为大口径球墨铸铁管（DN1 200 mm、DN1 600 mm），球墨铸铁管主输水管线长约19 850 m。

本工程输水管线所属地区地形较陡峭，覆盖层浅，管线主要沿边坡及山间洼地通过，沿线地形起伏较大，管线附近大部分基岩裸露，基岩面起伏不平。

2 压水试验的要求及前提条件

2.1 压水试验管段确定的原则

本工程主输水线路的球墨铸铁管线路较长，工程量大；现场安装的弯管、管件较多，现场施工条件复杂，管材生产供货以及安装受外界环境的影响较大；不允许管道有任何渗漏水现象，管道施工质量要求较高。为确保管线的运行安全，按规范要求对管线全线分段进行水压试验。

根据GB 50268—2008《给水排水管道工程施工及验收规范》要求，压力管道水压试验段的长度不宜大于1 km，试验段内压力等级相同。根据现场实际情况，为便于排水，试验段在管线变坡点时以其最低最高点分界。

2.2 压水试验的要求

根据压力管道压水试验相关要求，试验段管道系统按设计要求施工完毕，且变形不超过规定的数值；接头安装正确；管道系统的止推装置施工到位；各种阀、泵和压力表校验合格，阀和泵已固定好，压力表安装并设置在管道的最低点。

试验管段不得用闸阀做堵板，需另行做盲板，管线高点开孔处加短管、闸阀，以便注水时排气。

根据设计及规范要求：管道最小设计压力为1.0 MPa，最大设计压力为1.2 MPa，按照压力管道试验压力一般规定，则为设计压力P+0.5 MPa 计算，最小试验压力1.5 MPa，最大试验压力1.7 MPa。如图1 所示。

图1 压水试验示意图

2.3 压水试验的前提条件

试验区内所有管道均已安装完毕，并经检查验收合格，管道两侧及管顶以上回填土完成。

试验区管道沿线所有管件的支墩锚固设施安装完毕，未设支墩及锚固设施的管件应采取加固措施。

试验管段所有的敞口应堵严，不得有渗水现象。

3 压水试验方案

3.1 压水试验设施及设备

3.1.1 后背设计及计算

在距离下一个试压点预留3～15 m 不安装管道，制作打压后背。盲板选用1 200 mm×50 mm 规格的定制盲板，后背墙面应平整，且与管道轴线垂直，后背设计采用素混凝土后背墙及钢管支撑。

后背的压力验算。

设计最大压力：1.7 MPa。

盲板的面积：π×R2=π×0.62=1.13（m2）。

后背的总推力：1 700×1.13=1921（kN）=192.1 t。

后背墙计划混凝土C15 强度：15 MPa>1.7 MPa（根据计算C15 混凝土结构不会被破坏）。

每立方米C15混凝土为2.45 t，192.1÷2.45=78.4 m3；在后背无土石方，为全混凝土浇筑方量不低于78.4 m3（后背可根据现场土石方量，适当降低混凝土量）。

根据以上计算在后背墙上使用4 个50 t 的千斤顶均匀顶住盲板，使盲板在打压时不因管道内压力增加而产生管道轴向位移。

3.1.2 压力表

压力表采用弹簧压力计，精度不小于1.5 级，最大量程为试验压力的1.3～1.5 倍（根据设计文件及规范要求，K10 级管段的试验压力为1.5 MPa，K11级管段试验压力为1.7 MPa），表壳的公称直径不小于150 mm，使用前需校正并具有符合规定的检定证书。压力表安装在试验段下游的端部。

3.1.3 水源

压水试验所需水源计划从沿线管道附近的沟、渠、塘等清水进行抽取。

由于本工程管线沿途多为陡坡地形，水资源极其宝贵，尽量重复利用。即前段试压后排水作为后段水源，或在中途加压进行远距离传输。

灌水水泵选用流量60 m3/h，动力为柴油机的自吸泵，便于野外施工，从水源点采用多级泵送注水，灌水需18～20 h。沟槽积水用Φ50 mm 潜水泵排除。

3.1.4 堵板制作

按照DN1 200 mm 球墨铸铁管法兰尺寸，一端采用厂家生产的相对应的法兰堵板，一端定制1 块DN1 200 mm 钢板制作堵板。在一侧加焊型钢加强，并按要求焊接2 个带丝扣的短管，一个加装阀门作压力进水管，一个安装压力表。

3.2 压水试验的方法

（1）向球墨铸铁管内缓慢灌水，以免产生水锤，并打开各高处的排气阀。待水灌满后，关闭排气阀和进水阀，进行不小于24 h 的浸泡。试压时采用柴动试压泵向管内注水，压力需缓慢升高，加到0.5 MPa 时，维持压力对管道进行检查，无问题时再继续加压至1.0 MPa，再进行管道检查，未发现泄露时再缓慢加压至试验压力1.5 MPa。

（2）在达到试验压力后，停止加压，稳压15 min，当15 min 后压力表的下降值不大于0.03 MPa 时，则将压力放水降至工作压力并保持30 min，巡视检查管体和接头处无可见渗漏，不渗漏为合格。

（3）若压力管道需测量渗水量，即在压力升至试验压力后，开始计时120 min，若期间有压力下降，则及时向管道内补水，但最大压力下降不大于0.03 MPa，保持管道试验压力恒定，并计量恒压时间内补入管内的水量。

渗水量计算公式：

式中q——实测渗水量，L/（min·km）；

W——恒压时间内补入管道的水量，L；

T——开始时间至保持恒压结束时间，min；

L——试验管段的长度，m。

当恒压的实测渗水量小于3.3 L/（min·km）时，则试验管段试验合格。

（4）水压试验过程中，后背顶端及管道两端严禁站人。如遇泄漏，不得带压修理。待缺陷消除后应重新进行试验。试压工作完毕后，应立即将管内存水放净，不得污染环境。尽快拆除所有的临时盲板，核对记录。若接口暂不安装，应妥善封闭。试验数据及结果，应填入《球墨铸铁管道系统试验记录》。

4 资源配置

4.1 设备及工器具

柴动高压试压泵3 台；自制盲板4 套，压力等级1.8 MPa；压力表、泄水阀，排气阀，减压阀各2 套，其中各备用1 套；用于后背支撑的钢板3 块（1 m×1 m，d=10 mm）；50 t 千斤顶8 台，用于试验段管与后背墙间连接。

4.2 人员配置

项目部成立专门的管道压水试验作业组，配置负责人1 名，技术人员2 名，操作人员5 名，劳务人员6 名，24 h 作业直至本段实验完毕，确保压水试验圆满顺利完成。

5 压水试验质量及安全保证

5.1 质量措施

5.1.1 技术交底

压水试验实施前，首先由项目总工组织有关人员进行技术交底，充分了解压水试验方案的意图，严格按照压水试验方案、施工技术规范和施工措施组织施工。

试压前除管口部位外管道两侧应及时回填，上部应回填厚度h≥0.5 m 的砂以避免管子移位。

管道灌水应从下游缓慢灌入，并在试压管段的上游管顶处设排气阀，将管道内气体排除，试压要在管道充满水24 h 后进行。

管道试压时采用的设备、仪表规格及其安装应符合有关规定，即当采用弹簧压力计时其精度不小于1.5 级，最大量程宜为试验压力的1.3～1.5倍，表壳的公称直径不小于150 mm，使用前应校正，水泵、压力计应安装在试验段下游端部与管道轴线相垂直的支管上。

如果管道较长且高差较大，则在确定水压试验压力时应考虑液体静压差。

管道升压时管内的气体应排除，如升压过程中发现弹簧压力计表针摆动（不稳）且升压较慢时应重新排气后再升压。

应分级升压，每升一级应检查后背、支墩、管身及接口，当无异常现象时再继续升压。经过以上程序进行强度试验，当压力升至试验压力（1.5 MPa）并稳压15 min 后，其压力降应小于0.03 MPa，检查管口及管身均无渗漏现象，且目测管道无变形，这说明强度试验合格。

5.1.2 准备工作检查

压水试验实施前，由压水试验负责人带领技术人员按压水试验方案中的要求对各项准备工作严格检查，确保各项工作准备到位。

5.2 安全注意事项

（1）分级升压速度应与液压千斤顶的顶进速度同步进行，以防管堵受力不均衡使管体产生移位。

（2）水压试验过程中后背顶撑、管道两端严禁站人，离两管端一定距离应设专人观察后背、支墩、管身及接口以防发生事故。

（3）在水压试验时严禁对管身及接口进行修补缺陷，如遇有缺陷时应作出标记，卸压后再进行修补。

（4）灌水时水流速度不可太快，防止滞留在管内的气体压缩而将管道胀裂。