浅谈长距离输水管道压力试验

闫志峰

给水管道铺设完毕后，要对管道系统进行压力试验这一环节，它是管道工程质量检查与验收的一道重要工序。给水管道的压力试验按管道传承的介质可分为水压试验和气压试验，按其目的可分为强度试验和严密性试验。通过压力试验，能准确反映管道强度及渗漏情况，在压力试验中要采取正确的方法和措施，特别是对特殊地段及大落差地段的压力试验要确保试压安全，不能使管材遭受破坏、发生安全事故。下面就以我们施工的襄渝二线ZH-1标段达州车站长距离输水管道水压试验为例进行探讨交流。

1 输水管线概况

襄渝二线ZH-1标段达州车站长距离输水管道全程长14.05 km，管道材质采用DN300球墨铸铁管及DN315 PE给水管两种，管道全程铺设位置高差起伏较大，要穿越山地、河流、公路及隧道等地段。DN315 PE管道采用直埋的施工方法，管顶覆土厚度不小于0.7 m，管道接口为现场热熔对焊连接。既有线管道铺设以DN300球墨铸铁管道明铺为主，采用C20混凝土支墩防护施工法，管道连接采用橡胶圈承插柔性接口形式，其纵向分布图见图1。

2 水压试验分段设置原则和要求

管道水压试验的分段长度:球墨铸铁管长度一般不大于1 000 m;PE管无节点连接的管道不大于1 500 m，有节点的管道试验段长度不大于1 000 m。过河、穿越铁路、公路、大落差等特殊地段均单独进行试压，灵活设置，确保试验长度满足“规范”要求。对不同材质、不同工作压力的管材原则上不能混合进行压力试验，否则易造成管道破坏。因襄渝二线长距离输水管道铺设受地形和地质的限制，球墨铸铁管和PE管交叉使用，这样对部分区段就必须混合进行管道压力试验，因两种管材比重及与黏土的摩擦系数不同，故在相同管段压力作用下产生变形不一致，因此需对与球墨铸铁短管连接的PE法兰与球墨铸铁管采用管卡抱箍加固，并设置混凝土全包支墩。否则会产生与PE管连接处的球墨铸铁管件接口拔出甚至管身产生环向开裂事故。

3 水压试验装置要求

3.1 试压管段的后背设计

DN300管端承受的压力:

其中，P为管端所承受的压力，kN;PS为试验压力，MPa;r为管内径，m。

管口的粘结力:

P1=πK1DLf=3.14×1.08×0.326×0.069×2.5×1 000=191.7 kN。

其中，P1为管口的粘结力，kN;D为管道插口外径，m;L为接口填料深度，m;f为接口单位面积粘结力，MPa;K1为粘结力修正值。

管道作用后背的力:

其中，R为管端传递给后背的作用力，kN;P为试压管段、管端所承受的压力，kN;P1为承插口填料粘结力，kN。

经过核算，在此情况进行压力试验，管端后背不需要进行加固。

3.2 管内注水及排气

管内存气是由管线的高程起伏造成的，如果管内存有气体进行水压试验，滞留在管道内的气体形成气囊会影响测试效果，甚至由于管内气体受到压缩还可能导致爆管。故在灌水时应从下游缓缓注入，并在试验管段的上游管顶及管段中的凸起点设排气阀，排除管内气体;管道灌水时水流速度不可太快，应使管道的灌水量与管道的排气量相匹配。若出现以下情况时，可认为管内气体未排除干净:对注满水的管道升压时，试压泵不断向管内充水，但升压很慢;压力表指针随手压泵柄上下摇动而摆幅较大，读数也不稳定;灌水排气，要使排出的水流中不带气泡，水流连续，速度不变，作为排气彻底的标志。

3.3 压降与渗水量

在进行水压试验时，管道内充满水后还要继续注水，方可达到试验压力要求，主要因为管内的水和未排净的空气受压密度增大而体积缩小及管壁受水压后产生徐变。按“规范”推算出对球墨铸铁管进行试压，每升压1 kgf/cm2，需要注入的水量约为管内无压时水量的1/1 000。为此，在试压时就可以从10 min的降压值推算出渗水量。推算公式参考如下:

其中，Δw为管道水压试验升压P时需增补的水量;D1为管道内径，cm;T为管道平均壁厚，cm;L为管道长度，m;E为管材的弹性模量，kg/cm2，取 0.9×106;β为水的压缩系数，cm2/ckgf，取 0.475×10-4。

3.4 试压装置

试压装置主要包括加压泵、逆止阀、压力表及表阀等。试压泵有手动式和电动式，对于试压管道长度小于1 000 m且落差不超过30 m，现场无电源条件的情况下宜采用手动式;补水量大、距离较长，且落差较大宜采用电动式。弹簧计压力表计时精度不应低于1.5级，最大量程宜为试验压力的1.3倍～1.5倍，表壳的公称直径不应小于150 mm，使用前校正。另外，试验管段不得采用闸阀做堵板，不得含有消火栓、安全阀、水锤消除器、自动排气阀等附件，在管道的这些附件处应设堵板，将所有的敞口封堵。

4 水压试验的判定

本工程输水管道设计工作压力为0.8 MPa，按规范试验压力为P+0.5 MPa即为1.3 MPa。系统压力试验有强度试验和严密性试验，试验前3天要对试验段管道充水浸泡，并要打开管端顶处排气阀门排气，管道内气体排完后，关闭排气阀门，将管道内水充满，停止充水，充水在不大于工作压力条件下充分浸泡后再进行试压。压力试验分两步进行:第一步是升压，第二步是按强度试验要求进行检查。管道每次升压0.2 MPa，要求对试验段管道进行检查，检查后背支墩，管身接口无异常现象后，再继续升压，每升一次，都要检查一次。升压至试验压力后，保持10 min，压降不大于0.05 MPa，检查管道接口、管身无损坏及漏水现象，认为管道强度水压试验合格。其次还要进行管道的严密性试验，严密性试验有两种:放水法和注水法。管道严密性试验时，不得有漏水现象，同时实测渗水量不大于“规范”规定允许值时为合格。管道内径不大于400 mm的，且长度不大于1 000 m的试验段管道，在试验压力下，10 min压降不大于0.05 MPa时，可认为管道严密性试验合格。

5 特殊地段压力试验方法

1)对铁路既有线长大隧道内管道压力试验我们采取了气压试验，因为该隧道长2 430 m，隧道每隔60 m处设置避人洞 1座，对避人洞处管道采取45°弯头下翻，故该段管道注水后存有大量空气，考虑到既有线行车安全和维护方便，管材采用PE管，但PE管在试压过程中会带来诸多不便，主要因为排气是最大困难，为此对PE管的连接形式作了调整，在每隔500 m位置处设法兰连接1处，在试压时对该处安装带有排气装置钢质法兰短管进行排气，管道每安装500 m后立即对该段进行压力试验。

2)对落差较大的地段，对同一材质管道试压时，应以地形高程起伏作为区段划分原则，压力试验的装置设备应设置在试验管段的最低处，最高处安装排气阀。因为沿线地势产生的高差，使得试验段灌水结束后低洼段管道内的静压值较高，最低端管道内压力达到0.7 MPa，若试压装置设置在顶端，当压力达到试验压力1.3 MPa时，低洼段管道承受压力已达到2.0 MPa，这样将会使管材受到破坏，并存在诸多安全隐患。

6 结语

以上为该工程在水压试验中需要解决和注意的一些问题，同时通过对本工程的水压试验，使得我们对长距离、大落差及其他特殊地段的压力管道水压试验采用的方法和措施也有一定经验积累，特别是对不同管材混合试压时应采取的加固措施作为新的问题予以交流。

[1] TB 10209-2002，铁路给水排水施工规范[S].

[2] 给水排水工程结构设计手册编委会.给水排水工程结构设计手册[M].第 2版.北京:中国建筑工业出版社，2007.