管道静水压试验研究报告(2014.03.03)..

前言
南水北调中线工程主要由总干渠主体工程、总干渠分水口门至城市自来水厂入口之间的供水配套工程、城市水厂及管网工程三部分组成。

三部分工程应同步建成才能实现南水北调工程巨大的社会和经济效益。

根据《南水北调工程总体规划》和中央有关精神，总干渠主体工程由中央组建的项目法人直接负责建设管理或代理建设管理，部分工程按照委托制模式由各省市负责建设管理；供水配套工程由沿线省（直辖市）负责筹资、建设和管理；受水城市水厂及管网工程是南水北调工程供水的终端用户，按照现行的管理模式，应由各受水城市负责筹资、建设和管理。

根据河南省人民政府以豫政文[2007]195号批复的《河南省南水北调受水区供水配套工程规划》和省发展和改革委员会以豫发改农经[2011]248号对《河南省南水北调受水区供水配套工程可行性研究报告》的批复，河南省南水北调供水配套工程主要向南阳、平顶山、漯河、周口、许昌、郑州、焦作、新乡、鹤壁、濮阳、安阳等11座省辖市市区和所属的7个县级市、25个县城以及禹州神垕镇、邓州移民安置区、南阳龙升工业园区等48个供水目标提供生活和工业用水。

工程实施后可有效改善受益市、县水资源供需紧张局面，同时对控制地下水严重超采、改善生态环境也有重要作用，是保障我省经济社会可持续发展与社会和谐稳定的重要基础设施。

按照国务院南水北调建委会确定的建设目标，南水北调中线总干渠工程将于2013年完工，2014年汛后通水。

供水配套工程上接总干渠，下连城市水厂，担负着承上启下的输水任务，是南水北调工程在我省发挥效益的关键。

为落实省政府提出的我省供水配套工程必须在2011年4月开工建设的要求，我公司依据《可研报告》批复投资，先行编制
了《河南省南水北调受水区供水配套工程许昌18号分水口门供水工程初步设计报告》，省发改委以豫发改设计[2011]409号对其进行了批复。

2011年4月29日，许昌18号口门配套工程在多方支持下举行了开工典礼，正式拉开了我省供水配套工程开工建设的序幕。

随着许昌18号口门供水配套工程的开工建设，省发改委相继以豫发改设计[2011]1712号、[2012]429号、[2012] 1293号……对许昌（不含18号口门）、新乡、南阳……等11个受水区城市为设计单元的“供水配套工程初步设计报告”进行了批复。

在初设批复投资的基础上，河南省南水北调中线工程建设管理局于2012年9月30日前相继批复了11个受水区设计单元的招标设计，为河南省南水北调供水配套工程全面开工建设奠定了良好的基础。

目前，全省的供水配套工程建设已接近尾声，预计2014年6月将全部建成，按计划汛后与总干渠同步具备通水条件。

由于南水北调配套工程供水目标多，线路分布广，管材种类多，管线长短、管径大小差异大，沿线地形地质条件复杂、参建单位多、工程施工开工时间及施工进度不一，工程运行环境复杂。

为顺利实现配套工程试验性充水，在试验性充水前，有必要通过静水压试验，对输水管道的管材、管道接口，空气阀、检修阀、控制阀、排空阀等各类阀件，压力计、流量计等计量设备，阀井、镇墩等附属建筑物及其它相关设施进行安全性检验，及时发现并处理管道及阀件等在制造、施工过程中可能存在的质量问题，排查安全隐患，为试验性充水顺利进行创造条件。

为此，河南省南水北调中线工程建设管理局委托我公司对重力有压流输水管道静水压试验进行研究，根据相关规范并结合工程实际，我公司以12号分水口门输水工程为典型，于2014年2月15日编制了《河南省南水北调受水区供水配套工程输水管道静水压试验方案（审查稿）》。

1工程概况
1.1分水口门
12号马庄分水口门位于鲁山县辛集乡马庄村东南总干渠右岸，主要供平顶山市新城区规划水厂用水，年均分配水量7300万m3。

口门处总干渠设计桩号为SH(3)20+004.9，设计水位130.179m，加大水位130.827m，渠底高程123.179m。

分水口门设计流量3m3/s，最底控制水位129.506m，闸底板高程123.179m。

分水口门设计参数见表1.1-1。

表1.1-1 总干渠分水口门参数表
续表
1.1-1 总干渠分水口门参数表
平顶山市新城区水厂为规划水厂，厂址位于平顶山市新华区西王营村东，设计供水规模20万m3/d，承接南水北调水量7300万m3。

厂址附近地势平坦、场地开阔，平均地面高程112.38m。

平顶山市新区水厂情况见表1.2-1。

表1.2-1 承接南水北调水厂情况
1.3输水工程
1.3.1管道设计流量
初设阶段在确定管道流量时，对水厂规模小，口门分配流量大的输水线路在管道进口预留了分水口。

12号口门输水管道设计流量为2.6 m3/s，预留分水口流量为0.4m3/s。

输水管道设计流量见表1.3.1-1。

表1.3.1-1 12号口门输水管道设计流量
1.3.2进出口设计水位
管道进口水位按闸前水位减0.1m确定，对规划水厂，管道出口水位按管顶以上不小于6.0m预留。

输水管道进出口设计水位见表1.3.2-1。

表1.3.2-1 输水管道进、出口设计水位
1.3.3工程布置
输水管线起点位于马庄分水口门出口涵洞末端，终点为平顶山新区规划水厂，线路总长6.97km，设计流量2.6m3/s，采用DN1400 PCCP 管。

输水管线自进水池引水后，向东偏南经马街南、西王营南至焦庄西北规划水厂。

沿线共布置穿越工程2座，分别为桩号2+990处钢管
穿越郑尧高速、桩号4+770处PCCP管穿越应河；各类阀井23座，其中控制阀、检修阀井7座，空气阀井10座，排空阀井3座，流量计井2座，调流阀空气阀井1座，镇墩24个。

12号口门输水工程布置见图1.3.3-1；输水管道穿越公路、河流及阀井、镇墩布置见表1.3.3-1~4。

表1.3.3-1 穿越郑尧高速公路工程设计成果表
表1.3.3-2 穿越应河倒虹吸工程设计成果表
表1.3.3-3 12号口门输水管道各类阀件性能特征表
续表1.3.3-3 12号口门输水管道各类阀件性能特征表
表1.3.3-4 12号分水口门输水管道转角性能特征表
1.3.4管道设计压力
1）钢管（SP）
12号口门输水管道穿越郑尧高速及沿线管配件均为钢管，遵循中华人民共和国国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB
50332-2002，钢管设计压力按表1.3.4-1采用。

表1.3.4-1 钢管设计内水压力标准值F
现场试验压力遵循中华人民共和国国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008规定应符合表1.3.4-2要求。

表1.3.4-2 钢管水压试验的试验压力（MPa）
2）PCCP管
遵循美国国家标准之《预应力钢筒混凝土压力管设计标准》ANSI/AWWA C304-99，PCCP管道结构设计采用的内压包括工作内压Pw、瞬时内压Pt和试验内压Pft。

工作内压：Pw=最大（Pg，Ps），式中Pg为由水力梯度产生的内水压力；Ps为由净水头产生的内水压力。

瞬时内压：Pt为管道内水体流速发生急剧变化引起的超出正常工作内压Pw的实际内压值，Pt=最大（0.4Pw，0.276MPa）。

现场试验内压：Pft是在管道铺设后进行注水加压检验的内压，通常为：Pft=1.2Pw。

PCCP管设计内压见表1.3.4-3。

表1.3.4-3 PCCP管道内水压力设计成果表
2静水压试验的必要性、目的与任务
2.1静水压试验的必要性
静水压试验是压力管道竣工验收之前履行的一个试验项目，是对压力输水管道工程中的管道、接头、管件、各种阀件及镇墩、连通、分水口等附属建筑物的设计、施工、安装阶段的综合验证。

1）在工程运行前通过静水压试验，可大幅降低安全事故发生的概率，便于局部问题局部解决，提高处理可能发生紧急事件的灵活性，最大限度控制紧急事件对当地居民生活及生产的影响。

2）南水北调供水配套工程分布广、占线长，地形地质条件复杂，由于工期紧张，施工单位众多，不同管段开挖沉降变形期各不相同，有可能导致管道工程发生不均匀沉降变形，通过静水压试验缓慢加载有利于减少不均匀沉降变形带来的不利影响。

3）工程建设期间，尽管建设管理部门采取各种手段，投入大量人力物力对施工质量进行监控，但由于技术手段的限制，施工质量检查不可避免带有时间和地域上的随机性，通过静水压试验可全面检验工程设计、施工质量能否满足安全运行要求。

4）管道沿线有众多的承插口和焊缝接头，其防水性能与管道渗漏问题紧密相关，直接关系到工程运行效益、社会影响，甚至关系到输水体系能否正常运行和工程安全问题。

由于数量庞大，施工中要保证每个接头止水材料的安装质量都达到设计要求存在较大难度，通过静水压试验可对管道止水进行系统检验。

5）输水管道运行期间，通过布置在沿线的控制阀、检修阀、空气阀、排水阀、泄压阀、调流调压阀、流量计、测压计等，控制管道的输水流量、出口水位及其变化速率，使其符合设计条件要求，任何一
个阀件出现问题都将对管道的运行安全造成不同程度的影响，因此有必要通过静水压试验，实况检验各类阀件技术性能、协调性能和可操作性，并检验操作结果能否满足设计要求。

6）静水压试验结果是工程验收的重要依据。

通过静水压试验，许多在施工阶段未能暴露的问题将会显现，并通过监测仪器得以量化反映，对于存在质量问题的管道、阀件和建筑物，可为制定工程处理措施提供参考依据，对于不存在问题的管线，也可以对工程施工质量进行有效验证，成为工程竣工验收的重要依据之一。

因此从防止恶性事故发生、系统检验工程质量、减少管道渗漏损失、确保工程运行调度可控、为试验性通水提供技术保障、为工程验收提供技术资料、确保工程顺利投入运行等多方面考虑，配套工程在竣工验收前进行静水压试验是必要的。

2.2静水压试验的目的与任务
2.2.1试验目的
静水压试验的主要目的是验证管道及各附属建筑物是否满足设计工况，在工程投入运行前发现并解决质量问题。

1）检验输水管道安装质量、材料质量、井室设备的安装质量，发现并解决存在问题，确保工程质量合格安全投入运行。

2）为工程运行前安全性评估、顺利投入运行提供技术保障。

3）结合静水压试验，对工程初期运行可能涉及到的有关问题进行研究并取得部分初期运行所需的技术数据。

静水压试验工作大体上分准备期、充水期、观察期、评价及完善期四个阶段。

2.2.2准备期的主要任务
1）在充水加压前，应对所有建设项目进行全面清理，列出清单、
河南省南水北调受水区供水配套工程管道静水压试验方案2试验的必要性、目的与任务
制定计划，保障加压前所有工程建设项目满足充水要求。

2）管道沿线的控制阀、检修阀、空气阀、排水阀、泄压阀、调流调压阀、流量计、测压计等应安装调试完毕，至少具备现地启闭操作条件，启闭开度精度和稳定性等均应满足相关要求。

3）在加压试验过程中确保供电设施稳定可靠，相应监控和保护设备的控制、操作、显示、报警等满足要求。

4）对于规划采用的充水水源应办理相关的启用手续，并完成相关的充水水源建设、临时建筑物和设施的施工及安装调试。

当需要外排局部管段充水水体时，应结合排水方式，完成其排水通道施工，并按所在地相关法规完成排放报备工作。

5）在开始充水试验前应建立充水、加压期间的运行维护责任单位及管理体系，确定指挥机构及参与单位的责任分工。

在充水过程中加加压观察期间，管道沿线需要投入巡查人员，并对所有参与静水压试验单位进行统一调配和管理。

6）为妥善处理充水加压试验期间可能的突发事件，需要根据不同管段或建筑物工程特点、所处的环境条件，制定相应的应急事件处理机制、组件突发事件抢险队伍、准备相应的机械设备，明确责任单位和指挥机构。

3静水压试验方法
压力管道水压试验一般包括：管道接头水压试验、分段水压试验及全线水压试验。

由于管道接头水压试验在管道安装过程中已完成，全线水压试验受水源、工期等条件限制尚不具备条件，故本报告仅对分段水压试验进行研究。

3.1不同规范、规程对水压试验要求
1）《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008要求
管道水压试验的分段长度不大于1.0km。

对于无法分段试验的管道，应根据工程具体情况确定。

水压试验的试验压力应符合表3.1-1要求。

表3.1-1 钢管水压试验的试验压力（MPa）
2）《混凝土压力管道》AWWA M9（美国供水协会）要求
在最终移交压力管线之前进行静水压测试。

对于特别长的管线，有时对已竣工的较短管线进行静水压试验比较方便，而不必等到完全竣工后才对整条管线进行测试。

静水压试验压力通常为1.2Pw（工作压力）。

严禁对管线进行空气压力试验。

3）《电力建设施工及验收技术规范中》SDJ280-90要求
当管子、管线安装技术检查资料完整，并经逐个接头水压试验合格后，可不再进行全线或分段水压试验。

3.2国内PCCP管水压试验的做法及效果
1）山西万家寨引黄供水工程（DN3000）
万家寨引黄工程联接段工程从汾河水库至3#流量调节阀采用内径DN3000的PCCP管道输水，全长43.2km，其中354.km为明挖铺设PCCP 管，7.8km采用隧洞内铺设PCCP管。

PCCP管道安装→逐个接头水压试验→合格→分三段进行水压试验→成功通水运行。

2）三个泉倒虹吸工程（DN2800）
三个泉倒虹吸全长10927km，采用PCCP管与钢管组合方案，平行双线布置。

内水压力 1.4MPa及其以下采用PCCP管，单线管长7.385km，内径为2.8m；1.4MPa以上采用钢管，单线管长3.181km，内径2.7m。

PCCP管道安装→逐个接头水压试验→合格→每1.0km进行水压试验→成功通水运行。

3）北京怀柔应急水源工程（DN1800）
工程采用内径1.8m的PCCP管道输水，最大工作静水压力0.8MPa，长4.8km。

PCCP管道安装→逐个接头水压试验→合格（部分镇墩附近接头加固）→全段进行水压试验→成功通水运行。

4）北京张坊水源应急供水工程（DN2000~1800）
工程采用内径1.8~2.0m的PCCP管道输水，最大工作静水压力0.8MPa，长41.95km。

PCCP管道安装→逐个接头水压试验→合格→成功通水运行（未进行水压试验）。

3.3南水北调配套工程静水压试验方法
根据上述统计分析，不同规范规程中水压试验要求存在差异，已
建工程对水压试验做法不一。

针对南水北调供水配套工程，由于输水管线分布广、管材类型多、管道直径大、内水压力不同、管线长短差别大、水源条件、排水条件不同，很难统一标准，拟采取长距离（大于1.0km）分段水压试验方法。

见图3.2-1。

图3.2-1 PCCP管道静水压试验过程图
4静水压试验方案及实施计划
以12号分水口门输水工程为实例叙述。

4.1试验方案
4.1.1编制依据
1）河南省南水北调配套工程有压自流输水管道工程静水压试验合同文件；
2）12号分水口门输水管道工程初步设计及施工图设计；
3）《关于河南省南水北调受水区供水配套工程管道静水压试验有关问题处理的意见》（豫调建【2013】60号）；
4）《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）；
5）《水利水电建设工程验收规程》（SL223-2008）；
6）《混凝土压力管道》（AWWA M9）。

4.1.2试验分段
静水压试验分段可结合工程总体布置可从以下几方面考虑：
1）静水压试验分段适应管材压力分段。

由于计算各桩号管道压力均不相同，为便于管道生产加工，设计将管道工作压力Pw划分为0.4 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa等压力级别。

因此在一个试验段内不能出现两个管材压力级别。

2）静水压试验分段适应工程分标
试验分段与工程施工分标相对应，责任明确，但应注意在各标段分界点设置堵头，其位置是否合适，若分界点没有合适的堵头位置，标段间应相互协商缩短或延长试验段长度。

3）静水压试验分段适应检修分段
输水管道沿线每5km左右设一处检修阀，并在大型河道、铁路、公路等穿越工程进出口、支线分水口处也设有检修阀，静水压试验可以检修阀分段，一个试验段内可以有多个检修阀。

4）静水压试验分段适应管材分段
根据《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008，当一条管线管道采用多种管材时，宜按不同管材分别进行试验。

根据12号口门供水工程现场条件，实现全线分段静水压试验，以检修阀作为分段的节点，并结合输水管线控制阀、放空阀设置和管材压力等级、水源及排水条件等因素，确定分两段进行。

第一段：进口1#检修阀井~郑尧高速9#检修阀井；
第二段：郑尧高速9#检修阀井~新城区规划水厂23#检修阀井。

详见表4.2-1。

表4.2-1 12号口门输水管道静水压试验段划分明细表
根据《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008，当一条管线管道采用两种管材时，宜按不同管材分别进行试验，但考虑到12号口门输水管道穿越郑尧高速公路顶管工程采用的钢管总体长度只有125m，占输水管道总体长度比例很小，所以此项试验忽略不计，整条管线均按PCCP材质进行试验。

4.1.3试验压力
1）分段水压试验压力要求
①试验压力取值采用GB 50268-2008规定；
②试验压力一般不大于试验段内最不利点管材的设计工作压力；
③试验压力不得小于正常运行通过加大流量时的管线内水压力。

2）分段水压试验压力数值
根据管道设计静水压力，对应试验段选取相应试验压力值。

按照美国ANSI/AWWA C304-99标准，PCCP管道现场试验内压通常为1.2Pw（Pw为实际工作内压，即最大静水压力）。

根据管道各桩号正常工作内压Pw及国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008规定的试验要求，当工作压力Pw≤0.6 MPa时，PCCP试验压力为1.5Pw，当工作压力＞0.6 MPa时，PCCP 试验压力为Pw+0.3MPa。

南水北调供水配套工程除PCCP按美国ANSI/AWWA C304-99标准设计外，其它管材均按国家标准设计，为统一验收标准，静水压力试验值均采用GB 50268-2008规定进行计算。

12号口门输水管道进口最高水位为130.73m；
第一试验段管道最低点桩号2+914.326高程为114.82m；
第二试验段管道最低点桩号4+695.274高程为105.304m；
当末端阀门关闭时，各试验段试验压力值见表4.4-1。

表4.4-1 各试验段试验压力数值
4.1.4试验检测项目
根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008），检测项目为允许压力降值和允许渗水量值。

12号口门管道允许压力降及渗水量见表4.4-1和表4.4-2。

表4.4-1 12号口门输水管道水压试验的允许压力降（MPa）
表3.3-2 12号口门输水管道水压试验的允许渗水量
4.2实施计划
4.2.1计划项目
1）静水压试验方案；
2）静水压试验实施方案；
3）堵头设计；
4）水源点选取、注水口位置及排水设计；
5）试验压力分级及观测制度规定；
6）加压设备、压力计选择及通讯设备；
7）质量和安全保障措施；
8）组织机构安排；
9）应急预案。

4.2.2堵头设计
根据河南省南水北调中线工程建设管理局文件豫调建【2013】60号《关于河南省南水北调受水区供水配套工程管道静水压试验有关问题处理的意见》。

检修阀阀门可做为静水试验的堵头。

在管线末端应设置后靠背，用以支撑阀门传来的压力。

根据试验分段，12号口门1#、9#、23#检修阀可作为堵头，其设
计工作压力均为1.0MPa，各种阀件在出厂前均进行阀体密封性试验及强度试验，密封性试验压力为1.1 MPa，强度试验压力为1.5 MPa，大于对应试验段试验压力0.4 MPa，满足安全要求。

4.2.3水源、注水口位置及排水路线确定
1）水源
第一试验段：水源选用12号口门现地管理房院内的机井；
第二试验段：水源选择在9#阀井附近的农用机井。

2）注水口位置
根据12号口门输水管道沿线的地下水情况及管道情况，输水管道管径较大，注水口选择在试验段内的上游高程较高的空气阀井不影响冲水时管道排气。

第一试验段：注水口设在1#阀井处；
第二试验段：注水口设在9#阀井处。

水源和注水口位置见表3.6-1。

表3.6-1 各试验段水源及注水口位置
3）排水
第一试验段：自9#阀井排空，配置水泵强排至附近的自然沟道内；
第二试验段：自22#阀井自排为主结合水泵强排，管道尾端水泵强排，排至附近的自然沟道内。

若试验段内有多个排空阀，可分段开启具有排水条件的排空阀进行自流排水，过阀流速不大于3.0m3/s。

对自流不尽的管道积水进行强排，管道底部通过长轴深井泵排不净的少量存水，可放入便携式潜水电泵进行排水。

4.2.4试验压力分级及观测
重点对试验段安全检测设施进行观测。

逐步缓慢分级升压，每级0.1MPa，每升一级后稳压不少于10分钟，对应检查后背、支墩、管身、镇墩、阀井、阀件及接口，并及时进行安全监测采集数据，当无异常现象时，再继续升压。

4.2.5加压和通讯设备
投入试验设备见表4.2.5-1。

表4.2.5-1 试验和通讯设备一览表
4.2.6试验组织机构及工作职责：
1）成立由建管局、设计、监理、施工、设备厂家等单位人员组成的试验工作指导小组，负责试验的组织、实施、技术指导、突发事件处理、试验结果确认等工作。

2）成立由12号口门施工标段监理、施工等单位人员组成的试验工作实施小组；施工单位为试验责任主体，其项目经理为实施小组责任人，负责实施小组一切试验工作落实和完成。

负责完成各试验段的
人员配置、注水、试验记录、突发事件应急处理、修补、排水、试验资料整理等各项工作。

5静水压试验实施方案
5.1试验具备条件
1）设计方案、实施计划等已完成、批复并完成打压前相关工作。

2）工程完工且通过分部验收，重点检查管道接缝处理、管道清理、内防腐完工情况。

3）检修阀、控制阀、排空阀、空气阀等阀件设备调试完成，前期相关试验完成。

4）水源、加压设备、压力计的选择及安置已完成。

压力试验设备必须经过专业检测部门率定的合格的专用设备。

5）电源引接及排水疏导路线施工已完成，确保排水出路畅通，排水泵及发电机数量足够。

6）试验压力分级及观测制度（观测人员、表格等）已落实。

安全监测设施布设完毕，完成初始值测量。

7）质量和安全保障措施已制定、落实。

8）试验指挥机构成立，分工明确，职责清晰，通讯设施齐备。

9）编制应急预案，成立应急小组。

10）试验前由设计、设备厂家等专业人员进行试验前技术培训、各岗位培训，熟练掌握操作规程。

5.2静水压试验步骤和工作流程
5.2.1试验基本步骤
试验前准备注水试压结果判定合格泄压排水
1）第一段静水压力试验
先把1#、9# 阀井处的排气阀卸掉，把1#至9#阀井之间所有排气。