CN109357947B - 大型pccp输水管道静水压试验施工方法 - Google Patents

大型pccp输水管道静水压试验施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型PCCP输水管道静水压试验施工方法，该方法采用带有双面承压盲板的打压管，打压管包括主管件，在主管件上设置有两个支管，在两个支管中间的主管件内部设置有双面承压盲板，双面承压盲板将主管件分为两个管件通道；充分利用管道本体进行分段，通过打压管一侧的管道到与土体之间的摩阻力进行止推，保证了管道安装的连续，省去止推墩的浇筑及拆除。本发明的目的在于克服上述传统的大型PCCP输水管道施工工期长、施工成本高的缺点而提供一种大型PCCP输水管道静水压试验施工方法，该施工工法采用带有双面承压模板的打压管，无需施工和拆除混凝土背墙，缩短工期、减少施工费用。

Description

大型PCCP输水管道静水压试验施工方法
技术领域
本发明属于水利工程领域，尤其涉及一种大型PCCP输水管道静水压试验施工方法。
背景技术
大型输水管线线路较长，除了首段1Km水压试验以外，一般按照不大于10Km进行分段水压试验，所以为了配合水压试验，管线施工时必须按照试验段长度分段断开，不能连续施工，并且堵头处需要施工混凝土靠背墙，水压试验完毕后还要拆除混凝土背墙，然后进行管线闭合，工期长，特别是在地下水丰富的地段，排水周期长，施工成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统的大型PCCP输水管道施工工期长、施工成本高的缺点而提供一种大型PCCP输水管道静水压试验施工方法，该施工工法采用带有双面承压模板的打压管，充分利用管道本体进行分段，通过打压管一侧的管道到与土体之间的摩阻力进行止推，无需施工和拆除混凝土背墙，缩短工期、减少施工费用。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种大型PCCP输水管道静水压试验施工方法，该方法主要包括：
1）通过止推力计算进行打压管布置；水压试验采用两端已安装好的直线管道作为后背，止推力计算如下：
管道水压总推力F=πr2P106；（1）
式中：π-圆周率，取值3.14；r-直线管道半径；；P-试验压力,P=Pw+0.3，Pw为工作压力；
覆土后每延米PCCP管道摩擦力F1=fL(2Wp+Ww+2We)；（2）
式中：f为管与土的摩擦系数；L为后背管道总长；Wp为管重，t/m；以覆土2.5米工况计算，Wp=12.03t/m;Ww为管中水重，t/m；试验时，后背管没有充水，Ww=0，We为上覆土荷载，t/m，We=λs×Do×H，式中λs为土壤容重，取1.9t/m3，Do为管道外径，H为管顶覆土深度；
根据F1=F；（3）；得到L，采用覆土后PCCP管道止推最小需要节数N=KL/ 5，（4）；
式中：K为安全系数,取值1.5；根据管道水压总推力与每延米PCCP管道摩擦力求得试压管后背设计管节的最小数量N；然后布置打压管；打压管包括主管件，在主管件上设置有两个支管，在两个支管中间的主管件内部设置有双面承压盲板，双面承压盲板将主管件分为两个管件通道；
2）管道充水水压试验前，首先进行管道充水；试压现场通过水压试验供水线路，向管内缓慢充水，以免使管道发生水锤等现象，对管道造成损坏；充水时，先打开管道高处的排气阀，充分排除空气，直至充满水后；在充水过程中，查看各水利设备及堵头板工作是否正常，是否存在渗漏，以及排气是否正常，试压管段注满水后，充分浸泡至少72小时；
3）管道加压试验：
试验压力为Pw+0.3 MPa，采取分级打压，逐步缓慢分级升压，每级不超过0.2MPa，每升一级后稳压不少于10分钟，检验试验管段有无漏处，情况正常则继续升压，压力升至试验压力后，预试验稳压30分钟，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力；
4）卸压、排水、拆除打压设备及管路：
水压试验合格且管内注水抽排完毕后，对打压管的双面承压盲板进行割除，采用乙炔割刀一块一块地切割双面承压盲板，切割完毕的块状盲板从打压管的支管吊出；切块全部调运完成后，将管道内所有杂物清理干净，打磨冲洗浮浆，并清洗管道内壁；然后采用对主管件管内壁外露钢板进行除锈处理，再用直径相同的钢丝网片与管壁周边钢丝网焊接连接，填塞与管内壁强度等级一致的高强水泥砂浆，确保表面平整度与管周围一致；内壁处理完成后进行封堵板焊接，封堵板加工成双面坡口，在打压管管顶距离支管15cm处双面焊接，随后浇筑混凝土完成打压管封堵。
3）的加压试验过程中，出现管压上不去或堵管时，立即停止试验，查找原因，解决问题后再重新试验；若出现明显渗水或集中喷水，则立即停止打压，打开排水阀，卸压后且在安全条件下进行检修，然后重新打压。
管道加压试验压力达到试验压力，预稳压30分钟后，停止注水补压，稳定15分钟，当15分钟后压力下降不超过0.03MPa时，将试验压力降至工作压力，并保持恒压30分钟；整个试验期间，每当压力下降，应及时向管道内补水，并计量整个恒压时间内补入试验管段内的水量。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明采用带有双面承压盲板的打压管，充分利用管道本体进行分段，通过打压管一侧的管道到与土体之间的摩阻力进行止推。
本工法采用双面承压的打压管，保证了管道安装的连续，省去止推墩的浇筑及拆除，避免了传统水压试验不必要的分段施工，大大节省了管道安装工期，另外采用多级加压泵进行充水有效节省了注水时间，加快了注水施工进度，节约了施工成本，有着显著的经济效益。
附图说明
图1为本发明施工方法中打压管的结构示意图。
图2为本发明施工方法中打压管安装后的结构示意图。
图3为本发明施工方法中打压管封堵的剖视图之一。
图4为本发明施工方法中打压管封堵的剖视图之二。
图5为本发明图4中D的局部放大图5。
图中标注为：1、打压管；2、标准管；3、主管件；4、双面承压盲板；5、支管；6、封堵板；7、主管道。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明的施工方法进行进一步的阐述和说明。
大型PCCP输水管道静水压试验施工方法，本实施例的该方法应用于辽西北供水工程管道建安工程二标，工程地点：辽宁省铁岭市开原市和清河区；应用时间：2014年11月13日～2017年3月22日。
工程概况：辽西北供水工程（三段）管道建安二标位于铁岭市开原市和清河区，主管道7为3根DN3600的PCCP管或钢管。管道安装线路全长21.519km，管道长62.213km，其中PCCP标准管59.005km，管件1.595km，钢管安装1.613km；土方开挖259.8万m³；石方开挖112.6万m³；土石方回填282.8万m³；混凝土共计9.5万m³。管线穿越开草线县道4次，穿越主要河道2次（苔碧河、碾盘河），均为大开挖穿越。
本实施例的应用的施工方法的具体操作要点如下：
一、试验段总体规划：首先根据试验段地质情况及周围环境选择合理的供水水源，另外根据试验段管道注水量及高程差选择合理注水设备；其次成立试验小组，保证观测人员、记录人员、巡线人员、维修人员配置合理到位。
二、试验压力计算：水压试验采用静水压力判定，压力表安装在管线的位置不同，压力显示不一样，根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008），预应力钢筒混凝土管（PCCP管）工作压力小于等于0.6MPa时，试验压力为1.5倍的工作压力；工作压力大于0.6 MPa时，试验压力为（工作压力+0.3 Mpa）。工作压力应取压力表处实际工作压力，即管线实际试验压力按（压力标高值-压力表所在位置管道中心高程+30）÷100计算。
三、打压管布置及止推力计算
水压试验采用两端已安装好的直线管道作为后背，止推力计算如下：
管道水压总推力F=πr2P106 (N)，（1）；式中：π-圆周率；取值3.14；R为管道半径，r=1.8m；P-试验压力,P=Pw+0.3；Pw-工作压力，取实际工作压力。实际工作压力根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）中压力计算而取得。
工作压力就是正常通水情况下水头差的压力，计算根据已知的净水头高程减去压力表所在位置管中心高程计算。
工作压力确定：压力公式P（MPa）= ghρ÷106；ρ：水的密度=1000kg/m³；g=10N/kg；
h=水柱高度，单位m。工作压力=10×（标段净水头-压力表所在位置管道中心高程）×1000÷106。
依据AWWA M9《混凝土压力管手册》的规范，水压产生的推力由其后背管节产生的摩擦力抵抗，覆土后每延米PCCP管道摩擦力F1=fL(2Wp+Ww+2We)，（2）；
式中：f-管与土的摩擦系数，f=0.3；L为后背管道总长；Wp为管重，t/m，以覆土2.5米工况计算，Wp=12.03t/m;Ww为管中水重，t/m；试验时，后背管没有充水，Ww=0；We为上覆土荷载，t/m，We=λs×Do×H，（3）；式中λs-土壤容重，λs=1.9t/m3，Do为管道外径，Do=4.344m，H-管顶覆土深度，测量得出；
根据F1=F，采用覆土后PCCP管道止推最小需要节数N=KL/ 5，（4）；
式中：K-安全系数,K=1.5；根据管道水压总推力与每延米PCCP管道摩擦力求得试压管后背设计管节数量，如不满足要求，可作镇墩、采用管内存水等方式来增大后背的止推力。
安装布置打压管1，打压管包括主管件3、双面承压盲板4及两个支管5；
如图2所示， A段管线的水压试验，要计算的是BC段管节数量，根据BC段多少节管子的摩阻力能满足止推力的要求来计算。打压管的安装方法和标准管2一样，打压管和标准管比多了止推板、两个支管，且壁厚小一些；传统水压试验工法中打压管的位置安装的是止推板或者止推墩，最大的弊端是不能把管道安装连续起来。
主管件：钢筒结构（Q345C）内外做砂浆防护，与上下游两侧PCCP管顺接，使管线能够利用管道本体进行分段。
双面承压盲板（Q345C），是在在主管件制作过程中完成的，与主管件钢筒焊为一整体。
支管：支管内径630mm，为Q345C钢筒结构，水压试验时压力表安装位置，水压试验结束后作为进人孔用来完成对封堵盘的拆除施工，等双面承压盲板全部拆除后采用混凝土对支管进行封堵。
四、施工准备：
（1）管道内部清理干净，并通过现场监理的验收；
（2）混凝土强度达到设计强度的100%；
（3）除预留进出水管外，所有敞口处均封堵严密，不得有渗水现象；
（4）管道回填已完成；
（5）水源给水通畅，排水路由畅通；
（6）试压设备、压力表、连接管、排气管、进水管及管件确保严密。
五、管道充水：水压试验前，首先进行管道充水。试压现场通过水压试验供水线路，向管内缓慢充水，以免使管道发生水锤等现象，对管道造成损坏。充水时，先打开管道高处的排气阀，充分排除空气，直至充满水后。在充水过程前后，注意查看各水利设备及堵头板工作是否正常，是否存在渗漏，以及排气是否正常。试压管段注满水后，充分浸泡72小时以上。
六、管道加压试验：
（1）试验压力为Pw+0.3 MPa，采取分级打压，逐步缓慢分级升压（每级0.2MPa），每升一级后稳压不少于10分钟（为保持压力，允许向管内补水），检验试验管段有无漏处，情况正常则继续升压，压力升至试验压力后，预实验稳压30分钟，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力；
（2）管道升压时，管道的气体应排除，升压过程中，当发现压力表针摆动、不稳，且升压较慢时，重新排气后再升压；
（3）试验过程中，若出现管压上不去或堵管时，立即停止试验，查找原因，采用有关措施后，再重新试验；若出现明显渗水或集中喷水，则立即停止打压，打开排水阀，卸压后且在安全条件下进行检修，然后重新打压；
（4）水压试验过程中，管道两端严禁站人，严禁在管线上行驶重车及推土；
（5）水压试验时严禁对管身、接口敲打或修补缺陷，如有缺陷，做好标记，卸压后进行修补；
（6）压力达到试验压力，并预稳压30分钟后，停止注水补压，稳定15分钟，当15分钟后压力下降不超过0.03MPa时，将试验压力降至工作压力，并保持恒压30分钟；整个试验期间，每当压力下降，应及时向管道内补水，并计量整个恒压时间内补入试验管段内的水量。
先采用大流量低水头水泵进行注水，管道基本注满后，再换小流量高工压的多级加压泵进行加压注水，即缩短了注水时间，又确保注水安全。加压时，采用水箱刻度法测量补水量和大表盘小刻度的压力表测量水压，能够精准有效的检测补水量和试验压力，确保试验准确度。
七、打压观测及数据采集：
在水压试验过程中，及时同看护人员、巡查人员、监测人员联系，要求所有小组在试验过程中连续不间断检查、监测作业，确保水压试验整体安全受控状态；每升一级后，立即通知看护组、巡视组加强检查后背、阀件及接口，并及时通知监测组进行监测数据采集，当无异常现象时，再继续升压；水压试验过程中，及时同配合各小组联系，确保试验范围内的各小组信息通畅。
管道水压试验合格后，应立即排水解除管道内水压力，填写试压记录。再拆除上游试压双面承压盲板和试压短管，封闭管线。
八、打压管盲板拆除及管口封堵：水压试验合格管内注水抽排完毕后，对打压管盲板进行割除，采用乙炔割刀切割一块一块双面承压盲板，切割完毕的块状盲板从打压管的支管吊出。切块全部调运完后，将管道内所有杂物清理干净，打磨冲洗浮浆，并清洗管道内壁。然后采用手工和电动工具对管内壁外露钢板进行除锈处理，再用直径相同的钢丝网片与管壁周边钢丝网焊接连接，然后填塞与管内壁强度等级一致的高强水泥砂浆，确保表面平整度与管周围一致。内壁处理完成后进行封堵板6焊接，封堵板在厂内加工成双面坡口，在打压管管顶距离支管15cm处双面焊接，随后浇筑混凝土完成打压管封堵。
应用效果：按照此施工方法进行管道水压试验，在2017年3月22日完成了辽西北供水工程（三段）管道建安二标全段水压试验工作，试验过程顺利，数据采集准确，得到了业主和监理的一致好评。
本实施例的施工方法还应用在鄂北水资源配置工程，工程地点：湖北省襄阳市；工程概况：鄂北地区水资源配置工程施工5 标主要施工内容为PCCP安装、开挖、回填、防腐工程；阀井、镇墩、放空设施混凝土工程；水机、金属结构设备安装；电气设备安装；建筑环境与景观；水系恢复工程；临建工程。线路平面总长20.995公里。在该工程中同样取得了良好的应用效果：按照此工法进行管道水压试验，在2018年3月15日完成了标段内首段水压试验工作，试验过程顺利，有效保障了施工质量及进度，取得了较好的效果。

Claims (1)

1.一种大型PCCP输水管道静水压试验施工方法，其特征在于：该方法主要包括：
一、试验段总体规划：首先根据试验段地质情况及周围环境选择合理的供水水源，另外根据试验段管道注水量及高程差选择合理注水设备；其次成立试验小组，保证观测人员、记录人员、巡线人员、维修人员配置合理到位；
二、试验压力计算：水压试验采用静水压力判定，压力表安装在管线的位置不同，压力显示不一样，根据《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008，预应力钢筒混凝土管为PCCP管的工作压力小于等于0.6MPa时，试验压力为1.5倍的工作压力；工作压力大于0.6MPa时，试验压力为工作压力+0.3Mpa；工作压力应取压力表处实际工作压力，即管线实际试验压力按(压力标高值-压力表所在位置管道中心高程+30)÷100计算；
三、打压管布置及止推力计算
水压试验采用两端已安装好的直线管道作为后背，止推力计算如下：
管道水压总推力F＝πr 2P10 6，(1)；式中：π-圆周率；取值3.14；R为管道半径，r＝1.8m；P-试验压力,P＝Pw+0.3；Pw-工作压力，取实际工作压力，实际工作压力根据《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008中压力计算而取得；
工作压力就是正常通水情况下水头差的压力，计算根据已知的净水头高程减去压力表所在位置管中心高程计算；
工作压力确定：压力公式P＝ghρ÷10 6；ρ：水的密度＝1000kg/m3；g＝10N/kg；
h＝水柱高度，单位m，工作压力＝10×(标段净水头-压力表所在位置管道中心高程)×1000÷10 6；
依据AWWA M9《混凝土压力管手册》的规范，水压产生的推力由其后背管节产生的摩擦力抵抗，覆土后每延米PCCP管道摩擦力F1＝fL(2Wp+Ww+2We)，(2)；
式中：f-管与土的摩擦系数，f＝0.3；L为后背管道总长；Wp为管重，t/m，以覆土2.5米工况计算，Wp＝12.03t/m；Ww为管中水重，t/m；试验时，后背管没有充水，Ww＝0；We为上覆土荷载，t/m，We＝λs×Do×H，(3)；式中λs-土壤容重，λs＝1.9t/m 3，Do为管道外径，Do＝4.344m，H-管顶覆土深度，测量得出；
根据F1＝F，采用覆土后PCCP管道止推最小需要节数N＝KL/5，(4)；
式中：K-安全系数,K＝1.5；根据管道水压总推力与每延米PCCP管道摩擦力求得试压管后背设计管节数量，如不满足要求，可作镇墩、采用管内存水来增大后背的止推力；
安装布置打压管(1)，打压管包括主管件(3)、双面承压盲板(4)及两个支管(5)；
A段管线的水压试验，要计算的是BC段管节数量，根据BC段多少节管子的摩阻力能满足止推力的要求来计算；打压管的安装方法和标准管(2)一样，打压管和标准管比多了止推板、两个支管，且壁厚小一些；
主管件：Q345C钢筒结构内外做砂浆防护，与上下游两侧PCCP管顺接，使管线能够利用管道本体进行分段；
双面承压盲板，是在主管件制作过程中完成的，与主管件钢筒焊为一整体；
支管：支管内径630mm，为Q345C钢筒结构，水压试验时压力表安装位置，水压试验结束后作为进人孔用来完成对封堵盘的拆除施工，等双面承压盲板全部拆除后采用混凝土对支管进行封堵；
四、施工准备：
(1)管道内部清理干净，并通过现场监理的验收；
(2)混凝土强度达到设计强度的100％；
(3)除预留进出水管外，所有敞口处均封堵严密，不得有渗水现象；
(4)管道回填已完成；
(5)水源给水通畅，排水路由畅通；
(6)试压设备、压力表、连接管、排气管、进水管及管件确保严密；
五、管道充水：水压试验前，首先进行管道充水；试压现场通过水压试验供水线路，向管内缓慢充水，以免使管道发生水锤现象，对管道造成损坏；充水时，先打开管道高处的排气阀，充分排除空气，直至充满水后；在充水过程前后，注意查看各水利设备及堵头板工作是否正常，是否存在渗漏，以及排气是否正常；试压管段注满水后，充分浸泡72小时以上；
六、管道加压试验：
(1)试验压力为Pw+0.3MPa，采取分级打压，逐步缓慢分级升压每级0.2MPa，每升一级后稳压不少于10分钟，为保持压力，允许向管内补水，检验试验管段有无漏处，情况正常则继续升压，压力升至试验压力后，预实验稳压30分钟，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力；
(2)管道升压时，管道的气体应排除，升压过程中，当发现压力表针摆动、不稳，且升压较慢时，重新排气后再升压；
(3)试验过程中，若出现管压上不去或堵管时，立即停止试验，查找原因，采用有关措施后，再重新试验；若出现明显渗水或集中喷水，则立即停止打压，打开排水阀，卸压后且在安全条件下进行检修，然后重新打压；
(4)水压试验过程中，管道两端严禁站人，严禁在管线上行驶重车及推土；
(5)水压试验时严禁对管身、接口敲打或修补缺陷，如有缺陷，做好标记，卸压后进行修补；
(6)压力达到试验压力，并预稳压30分钟后，停止注水补压，稳定15分钟，当15分钟后压力下降不超过0.03MPa时，将试验压力降至工作压力，并保持恒压30分钟；整个试验期间，每当压力下降，应及时向管道内补水，并计量整个恒压时间内补入试验管段内的水量；
先采用大流量低水头水泵进行注水，管道基本注满后，再换小流量高工压的多级加压泵进行加压注水，即缩短了注水时间，又确保注水安全；加压时，采用水箱刻度法测量补水量和大表盘小刻度的压力表测量水压，能够精准有效的检测补水量和试验压力，确保试验准确度；
七、打压观测及数据采集：
在水压试验过程中，及时同看护人员、巡查人员、监测人员联系，要求所有小组在试验过程中连续不间断检查、监测作业，确保水压试验整体安全受控状态；每升一级后，立即通知看护组、巡视组加强检查后背、阀件及接口，并及时通知监测组进行监测数据采集，当无异常现象时，再继续升压；水压试验过程中，及时同配合各小组联系，确保试验范围内的各小组信息通畅；
管道水压试验合格后，应立即排水解除管道内水压力，填写试压记录；再拆除上游试压双面承压盲板和试压短管，封闭管线；
八、打压管盲板拆除及管口封堵：水压试验合格管内注水抽排完毕后，对打压管盲板进行割除，采用乙炔割刀切割一块双面承压盲板，切割完毕的块状盲板从打压管的支管吊出；切块全部调运完后，将管道内所有杂物清理干净，打磨冲洗浮浆，并清洗管道内壁；然后采用手工和电动工具对管内壁外露钢板进行除锈处理，再用直径相同的钢丝网片与管壁周边钢丝网焊接连接，然后填塞与管内壁强度等级一致的高强水泥砂浆，确保表面平整度与管周围一致；内壁处理完成后进行封堵板(6)焊接，封堵板在厂内加工成双面坡口，在打压管管顶距离支管15cm处双面焊接，随后浇筑混凝土完成打压管封堵。
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预应力混凝土输水管线分段水压试验方案设计;韩成东等;《四川水泥》;20151231(第10期);第一、三部分 *

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