供水工程输水线路水压试验方案设计

裴 剑，高永亮，张建庭

(山西省水利建筑工程局有限公司，太原 030000)

1 工程背景

山西晋中东山供水工程是山西省供饮水系统中的骨干工程之一，也是提升山西省水资源配置效率所修建的大型互连互通工程，该工程建成后主要从水资源相对富裕的晋中东部左权县、榆社县、长治市等向水资源匮乏的晋中南部平遥县、太谷县、灵石县等地区调水，以补充水资源匮乏地区工农业用水。东山供水工程输水线路总长度255km。东山供水工程输水管线施工27标段主要进行室外球墨铸铁管给水管道安装，管道结构外径DN=1200，为大口径输水管道。

为进行输水管道、阀件、镇墩、阀室等建筑物在试验压力条件下的安全情况，必须在施工结束后进行其安装施工质量的检验，并通过水压试验检测渗流量是否符合设计要求。东山供水工程输水线路全线水压试验过程中面临诸多困难：①输水管道起止点处存在40m高差，难以保证试验压力；②输水线路较长，在进行打压时很容易发生渗漏，且较难排查。输水管道注水完成后，应通过允许压力降和允许渗漏量互相印证的方式展开分段水压试验，只有压力降和渗漏量[1]均符合《给水排水管道工程施工及验收规范》的情况下，才能确定管道施工质量合格。

2 水压试验方案设计

2.1 试验压力

为降低工程投资，东山供水工程采用多管材交错布置的形式，为此，应根据管材压力等级并选择不同管段长度最长、试验控制标准最严格的管段分段确定管段试验压力。按照相关规范选取工作压力最大值为相应管段水压试验压力值，但其取值必须小于管段内设备公称压力，所确定的山西晋中东山供水工程输水线路大口径输水管道水压试验压力。东山供水工程输水线路大口径输水管道试验压力，见表1。由表中数据可知，东山供水工程输水管路从起始到末端的工作压力有0.4MPa、0.5MPa和0.7MPa三种，并分别采用的0.9MPa、1.0MPa和1.2MPa的试验压力。若要对输水管路全线进行水压试验，则管道起始点试验压力达到0.9MPa的基础上，其末端试验压力必须增加至1.2MPa，压力增幅达到33.33%，会对输水管道安全产生不利影响；若降低管道末端试验压力，则无法达到水压试验的目的。

表1 东山供水工程输水线路大口径输水管道试验压力

为此，必须加强输水管道、阀件、镇墩、阀室等在试验压力下安全程度的检验，具体而言，应检测管道和阀件等的安装质量、渗流量等是否符合设计要求，同时又不影响输水管道安全运行。此外，还应对东山供水工程输水管道实行分段水压试验，以降低水压试验对输水管道安全的影响程度。

2.2 管道试验段长度确定

根据相关规范，压力输水管道水压试验段长度应控制在1.0km以内，而无压力输水管道闭水试验段长度应控制在5个连续井段内。东山供水工程输水管道采用预应力钢筒混凝土管，管材在出厂前已经经过水压试验，在安装时也已经进行了管段接头的打压试验，并严格按照规范及设计要求进行管道回填施工。所以，本供水工程输水管道水压试验段长度可在规范基础上适当加长，但是管材压力等级差距不能过大[2]。输水管道共设置7座阀门井，且阀门井之间管道长度应控制在3.5km以内，管道压力差不得超出0.2MPa，考虑到施工及操作运行过程的便捷性，以阀门井为节点进行管道水压试验分段，东山供水工程输水线路大口径输水管道水压试验分段，见表2。

表2 东山供水工程输水线路大口径输水管道水压试验分段

2.3 管道分段处封堵设计

在东山供水工程输水线路输水管道沿线7座阀门井下游及管道起止点处分别设置封堵设施，每套封堵设施均包括封堵板、封堵钢管、法兰、连通管、压力表、连通阀门、试压墩等。封堵设施的具体设置形式，封堵设施具体设置形式，见图1。在所有封堵设施中，只有混凝土试压墩设置在试压井内，其余设施均设置在试压井外。为便于集中布设，封堵板和试验墩均按照所能承受的压力差设计，尺寸和所能承受的荷载小，布置形式简单；通过焊接形式连接封堵板和封堵钢管，而封堵钢管和连通管及上下游钢管均通过法兰连接。待结束水压试验后用法兰钢管替换掉封堵钢管。

图1 封堵设施具体设置形式

2.4 充水控制

输水管道充水控制是水压试验成功与否的前提，在压力管道处于空管的状态下，若打开主水泵出口阀门，则会因主水泵流量迅速增大而增加主水泵运行的不稳定性，所以，主水泵初次启动或停泵后重新启动时必须进行压力管道充水控制。考虑到输水管道运行过程中主水泵可能面临频繁的停泵、重新启动、检修、更换等操作，所以，除应在供水工程建设过程中进行管道水压试验和充水控制外，在工程运行中也面临管道水压试验和充水控制，为此，必须选择操作简单可靠的管道水压试验和充水控制方案[3]，以保证东山供水工程大口径输水管道安全运行。

东山供水工程输水线路沿线主要为山区丘陵地形，地表水水量无法满足水压试验的需要，通过打井开采地下水源的方式费用较高，所以东山供水工程管道水压试验主要以泵站前池为充水水源，并采用泵站前池辅助水泵充水的方式，分两段进行充水控制：①借助泵站前池水位和输水管道高程差完成自流充水；②在自流充水的基础上将专用辅助泵设置在泵站前池内进行管道充水。在管道充水试验过程中，必须将管段末端连通阀门的2处封堵设施关闭，并将其余阀门设施全部开启。将2台潜水泵设置在辅助泵内并吊装在前池侧墙内壁后向出水管充水，泵站出水管为钢管材质，并与埋地铺设充水钢管相连，在连接段处增设阀门井，伸缩器和截止阀均设置在阀门井内。

2.5 水压试验步骤

为保证输水管道运行的稳定安全性，应进行单根管道水压试验，输水管道沿线所设置的7座阀门井和封堵设施将输水管道划分成6段，自上游向下游依次编号为1#-6#管段和1#-7#封堵设施。待完成管道充水与浸泡后先初升压，待管段内气体彻底排出后若出现弹簧压力计指针快速摆动、升压缓慢等情况，必须再次排气，直至管段内气体彻底排出后才能开始正式的水压试验。东山供水工程输水管道水压试验按照以下步骤进行：先将泵站前池辅助泵全部开启后升压，待6#和7#封堵设施位置压力表所显示的压力值达到6#管段试验压力后，按照设计要求开始水压试验；待完成水压试验后将6#封堵设施连通阀门关闭；将泵站前池处辅助泵开启后升压，待5#和6#封堵设施位置压力表所显示的压力值达到5#管段试验压力后，按照设计要求开始水压试验；按照以上试验步骤继续对剩余管段进行水压试验，全部结束后将排水井内阀门及封堵设施连通阀门，使管段内气水彻底排出，再将封堵钢管用法兰钢管替换，并确保输水管道正式运行。

3 结 论

通过文章对东山供水工程输水线路水压试验方案的设计分析表明，通过水压试验可全面检查输水管道管材、接口等处的施工质量是否符合设计要求，以保证水泵系统正常启动、安全运行。大口径输水管道水压试验压力荷载大、管段多，所以水压试验费用较高，待试验完成后部分水压试验设施必须拆除，为此必须提升管道水压试验方案设计的科学性与合理性，避免再次进行水压试验而造成的重复建设与投资。