输水工程中大口径管道单口水压试验的改良优化

赵嘉伟

(陕西省西咸新区建设工程质量安全监督站，陕西 西咸新区 712000)

近年来，我国各地输水工程增多，其中以给水排水管道工程居多，为保证施工质量，在管道工程施工后应及时进行管道功能性试验。由于输水工程所采用的管道多为大口径管道，并且输水工程管道施工位置往往是较偏僻的缺水地段，所以采用常规的功能性试验方法会造成试验用水量过大，造成水资源的浪费。因此大口径给水排水管道工程常采用单口水压试验的方式检查管道接口的严密性。根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)中对于单口水压试验的要求和方法，在实际施工过程中，往往存在单口水压试验可操作性差、试验数据偏差、受环境温度影响大并且存在安全隐患等问题。国内学者及工程人员凭借经验对单口水压试验进行改良优化和试验参数的调整都不能真正提高单口水压的试验质量和速度，导致很多适用于单口水压试验的管道工程转而按照常规方法进行管道功能性试验，造成不必要的资源浪费。鉴于此，本文以输水工程中大口径管道单口水压试验为研究对象，通过对试验方法和试验仪器进行科学性的改良优化，从而提高大口径管道单口水压试验的可操作性和准确性。

1 单口水压试验目前存在的问题

1.1 进水口的设置

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)中9.2.13条款要求，管道安装时应将单口水压试验用的进水口置于管道顶部。这种进水口的设置方法存在以下问题：ⓐ进水孔单孔的设置在注水时很难排出水压腔内的空气，在加压充水过程中经常会因压强传递不均匀而在水压腔间形成气包，对接口造成破坏；ⓑ水压腔体内气体过多，管道接口即使有泄漏也难以在短期内看到压降，会严重影响试验结论；ⓒ当单口水压试验完毕后，由于进水孔位于管道顶部且孔径较小，水压腔内的水无法自流排出，即使使用抽水设备也无法完全抽干，水压腔体内的水汇集在一起后形成管底死水，随着时间的推移水质变差，特别是对于给水管道来说，会造成长期的水质隐患；ⓓ由于进水口设置在双密封胶圈之间，试验中水对密封胶圈的受压方向与实际工况下管道密封圈的受压方向不一致，且多数密封胶圈具有方向性，导致单口水压试验的结果对管道的密封性没有代表性。

1.2 试验压力及稳压时间的要求

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)中9.2.13条款要求，管道接口连接完毕后进行单口水压试验，试验压力为管道设计压力的2倍，且不得小于0.2MPa。试压采用手提式打压泵，管道连接后将试压嘴固定在管道承口的试压孔上，连接试压泵，将压力升至试验压力，恒压2min。试验压力及稳压对试验结果的影响如下：ⓐ规范要求的试验压力参数对管道材质、管道特性、接口类型的差异性考虑较少；ⓑ常规水压试验前都会进行管道浸泡，消除管道吸水性的影响，但是规范中对单口水压试验的试验前准备并没有要求管道浸泡或其他润湿措施，对试验结果有一定的影响；ⓒ恒压2min难以起到真正作用，在操作中工程人员为了能够使恒压过程起作用，多数延长管道恒压时间，但如果延长恒压时间，由于水压腔体内水量小，温度对试验结果的影响就会非常明显，为了降低温度对试验结果的影响又需要缩短恒压时间，这就造成了无法确认最佳恒压时间的矛盾。

1.3 试验压降的要求

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)中9.2.13条款要求，试压采用手提式打压泵，管道连接后将试压嘴固定在管道承口的试压孔上，连接试压泵，将压力升至试验压力，恒压2min，无压力降为合格。然而规范条文中对于压降的要求过于苛刻，个别密封性较好的管道类型可以满足无压降的要求，如玻璃钢加砂管、预应力钢筒混凝土管(PCCP)管道，但是对于安装中易变形、管壁粗糙且圆度不高的管道在实际试验过程中很难保证恒压时间内不产生压降，如大口径球墨铸铁管和钢筋混凝土管，而球墨铸铁管和钢筋混凝土管是目前我国输水管道工程中使用最为广泛的管道类型。

2 单口水压试验的初步改良优化

针对目前单口水压试验存在的问题，结合水压试验的基本原则和工程经验，可对大口径管道单口水压实验进行改良优化。初步改良优化主要针对施工难度小、施工试验设备投入有限、管道工程量有限和其他不宜进行深度单口水压试验设备改良优化的工程，改良优化方案见图1。

图1 单口水压试验的初步改良优化

大口径管道出厂前，可要求管材厂家在大口径管道的承口上下对称位置各加工一个直径20mm的圆孔，即排气孔和注水孔。安装时应注意将两圆孔位置调整至管道安装后的顶部和底部，处于管道顶部的圆孔为排气孔，底部的圆孔为注水孔，每个圆孔配置规格为M10×20mm的不锈钢螺栓。两道防水橡胶圈的安装方法与原单口水压试验一致。管道安装前应充分浸泡或润湿管道的承插接口部分，单口水压试验开始前应从底部排水口缓慢注水，有助于消除水与管道及橡胶圈的温差，排出两道防水橡胶圈和承插接口所形成的空腔体内的气体，直至排气孔将空腔体内气体全部排出，产生缓慢稳定的水流则暂停注水，静置5min，消除管道表面吸水性能对单口水压试验结果的影响，接着再次进行补水，待排气孔再次产生缓慢稳定的水流则终止补水。补水完成后进行打压，打压结束后同时打开排气孔和注水孔进行放水，放水完毕后采用热风机或吹风机通过底部注水孔通热风，利用热风上升的原理使空腔体内水汽完全蒸发，消除腔体死水对管道内水质的影响，之后采用规格为M10×20mm的不锈钢螺栓将注水孔和排气孔进行封堵处理。

该改良优化方案的优点在于克服了常规单口水压试验注水孔单孔在注水时很难排出水压腔体内空气的问题，消除了因压强传递不均匀而形成的气包，不但保护了接口，也提高了试验结论的准确性；同时双孔的设置也解决了单孔试验中水压腔内的水无法自流排出，汇集在一起后形成管底死水的问题。同时采用空腔体内注水、分阶段补水的方式消除了管道吸水性和水与管道及橡胶圈的温差对试验结果的影响。

3 单口水压试验的深度改良优化

初步改良优化方案虽对单口水压试验的可操作性和准确性都有很大的提升，但对于大多数采用单口水压试验方式的长距离大口径管道工程，特别是对试验进度和试验精度有较高要求且施工环境恶劣的工程，初步改良优化方案仍存在很大的局限性。因此从目前单口水压试验所存在的问题入手，通过对试验设备仪器操作方式的改进进行深度改良优化，具体方案如下：

将单口水压试验在管道外侧打压的方式改为在管道内部接口处打压，由于大多数采用单口水压试验的管道管径都较大，试验人员可以进入管道中进行试验，此打压方式可以消除温度和天气对单口水压试验操作性和进度的影响；接着将管道承插接口的两道防水橡胶圈优化为一道防水橡胶圈，该防水橡胶圈按照普通管道承插接口安装方式安装即可；深度改良优化的重点是对打压试验设备进行优化，见图2。

图2 单口水压试验打压试验设备改良优化

打压试验设备的钢环架采用模块化的合金高强度钢管连接成双环结构，外圈具备可伸缩、可增节段的功能，适用于不同直径的管道试验，内圈采用小于管道直径的固定圈环，保证钢环架在打压过程中的整体性和稳定性。内圈和外圈钢环架通过丝杠连接，在外圈的外侧钢板上安装大于接口缝隙的凹形密封橡胶圈，橡胶圈的中央开孔连接打压注水管。

打压试验开始前，采用管道内部水洗或者水刷的方式对管道接口处进行润湿和浸泡，以消除管道吸水性对试验结果的影响。将外圈直径调整至外圈外侧凹形密封橡胶圈刚好能够滑入管道内的位置，并进行外圈和打压仪器的连接。将钢环架推至管道承插接口的接缝处，使接口接缝刚好处于凹形密封橡胶圈的内部，调节丝杠，通过外圈挤压管壁，使凹形密封橡胶圈紧密贴合在管壁上，形成密封腔体。接着通过注水口向密封腔体内抽气缓慢注水，注水完成后可进行打压试验。

单口水压试验深度改良优化方案的优点主要表现在：ⓐ管道承口处不设置注水孔和排气孔，管道制作速度提高，管道造价有所降低；ⓑ试验位置由管道外侧改为管道内侧，由于采用单口水压试验的管道多为大口径管道，试验人员可以自由进入，可提前对管道接口试验位置进行提前润湿和浸泡，消除管道吸水效应的影响，大大缩减了单口水压试验的时间，此外在管道内部进行试验不受天气和温度环境的影响，提高了试验效率和试验准确率；ⓒ由管道内部接缝向外部打压，因承插接口防水橡胶圈具有方向性，管道防水橡胶圈受力方向和实际工况相一致，试验结果能够更准确地反映实际管道接口的密封性，并且不用设置第二道防水橡胶圈，降低了管道安装施工难度；ⓓ钢环架可进行伸缩调整，适用于不同规格、大小的管道，应用范围更加广泛；ⓔ可更换凹形密封橡胶圈，消除了设备磨损和老化对试验结果准确度的影响。

4 工程应用及效果

涝渭水源地供水项目位于陕西省西咸新区境内，该项目包括涝渭水源地水源井工程、引水管网和斗门净水厂三部分，总投资为55271.87万元。其中建设水源井50眼,沿渭河南岸及涝河东岸布设,建设井间联络管线总长12.448km，配套原水输送管道约16km，管道类型为球墨铸铁管，管径1200mm，在连霍高速公路南侧防护栏以外30m敷设。

该工程具有输水管线长、施工环境复杂、施工工期紧且输水管道施工期处于雨季等特点，采用传统水压试验方式无法保证工程进度和试验可靠性。因此采用单口水压试验的深度改良优化方案，可确保双环打压设备跟随施工安装位置，能够随安随测，并且施工人员和设备在管中行进，不受雨季和周围环境的影响，能够较好地消除管道的吸水影响。通过单口水压试验的深度改良优化，管道功能性试验的实际工期比预计工期缩短了8.5天。另外，因为改良方案的试验即时性强，所试验管道功能性试验不合格可立即进行重新安装或调试，大大减少了返工现象的出现，施工单位能迅速进行整改，避免了不必要的工期和生产资源的浪费。由此可见，单口水压试验的改良优化效果显著。

5 结 语

根据给水排水管道工程施工及验收规范中关于大口径管道单口水压试验的要求，从工程实际出发，分析得出大口径管道单口水压试验存在进水口设置、试验压力及稳压时间、试验压降等问题，结合水压试验的基本原则以及大口径管道压力试验的特性，通过合理化的优化改良，提出大口径管道单口水压试验的初步改良优化方案和深度改良优化方案，针对不同的试验条件，使用不同的优化改良方案，提高了输水工程中大口径管道单口水压试验的可操作性和准确性，同时也可为其他管道工程单口水压试验的改良优化提供参考。