管道静水压试验研究报告0303课案.docx
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管道静水压试验研究报告0303课案
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
口门
编号
口门
位置
总干渠桩号
渠道流量（m3/s）
口门
流量
（m3/s）
供水目标
设计
加大
12
鲁山县马庄
SH（3）20+004.9
320
380
3
平顶山新区
续表1.1-1总干渠分水口门参数表
口门
编号
口门位置
分配水量
（万m3）
设计流量
（m3/s）
设计水位
（m）
最低水位
（m）
加大水位
（m）
闸底高程
（m）
12
鲁山县马庄
7300
3
130.179
129.506
130.827
123.179
1.2供水水厂
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
口门
编号
水厂名称
位置
供水
规模
（万m3/d）
承接南水
北调水量
（万m3）
建设
性质
建设批
复文件
厂址地面高程
（m）
12
平顶山新区水厂
新华区西王营东
20
7300
规划
无
112.38
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2.6m3/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1.3.1-112号口门输水管道设计流量
口门
编号
输水线路名称
输水
管线
长度
（km）
年均
分配
水量
（万m3）
水厂
设计
规模
（万m3/d）
管道
设计
流量
（m3/s）
预留
分水口
流量
（m3/s）
备注
12
口门~平顶山新区水厂
6.97
7300
20
2.6
0.4
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
口门
编号
位置
名称
地面高程
（m）
设计水位
（m）
备注
12
进口
进水池设计水位
123.80
130.08
总干渠水位
减0.1m
进水池加大水位
130.73
进水池最低水位
129.41
出口
平顶山新区规划水厂
112.38
116.26
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DN1400PCCP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
管线桩号
路面
宽度（m）
交叉
角度
（0）
顶管
长度
（m）
输水管道
混凝土套管
路面
高程
（m）
路面以下
套管管顶
覆土厚度
（m）
钢管
内径
（m）
中心
高程
（m）
套管
内径
（m）
中心
高程
（m）
管顶
高程
（m）
3+000.000
28.78
63.99
125
1.4
113.79
2.00
114.09
115.34
120.0
4.71
表1.3.3-2穿越应河倒虹吸工程设计成果表
管线桩号
交叉
角度
（0）
倒虹吸长
（m）
管身
内径
（m）
管材
管中心高程（m）
河底
高程
（m）
冲刷坑
深度
（m）
水平段管
顶覆土厚
（m）
进口
出口
水平段
4+627.000
64.24
152.32
1.4
PCCP
109.69
110.53
106.53
109.45
0
2.67
表1.3.3-312号口门输水管道各类阀件性能特征表
序号
中心
桩号
阀井
编号
地面
高程
（m）
管中心
高程
（m）
阀井平面
尺寸（m）
（外轮廓）
井内安装阀件
阀件规格
1
0+037.434
1#阀井
123.413
120.314
4.4*5.1
检修阀1
手动蝶阀
DN14001.0MPa
空气阀1
复合空气阀
DN2501.0MPa
半球阀1
半球阀
DN2501.0MPa
2
0+130.000
2#阀井
123.115
120.173
3.8*3.8
流量计1
超声波流量计
DN14001.0MPa
3
0+146.000
3#阀井
123.192
120.149
4.4*5.1
控制阀1
电动蝶阀
DN14001.0MPa
4
0+448.178
4#阀井
123.077
119.687
2.6*3.6
空气阀2
复合空气阀
DN2501.0MPa
5
1+111.651
5#阀井
120.446
117.217
2.6*3.6
空气阀3
复合空气阀
DN2501.0MPa
6
1+212.260
6#阀井
120.416
116.320
4.7*2.6
排空阀1
偏心半球阀
DN3501.0MPa
7
1+656.239
7#阀井
122.368
120.153
2.6*3.6
空气阀4
复合空气阀
DN2501.0MPa
8
2+238.543
8#阀井
119.851
116.725
2.6*3.6
空气阀5
复合空气阀
DN2501.0MPa
续表1.3.3-312号口门输水管道各类阀件性能特征表
序号
中心
桩号
阀井
编号
地面
高程
（m）
管中心
高程
（m）
阀井平面
尺寸（m）
（外轮廓）
井内安装阀件
阀件规格
9
2+914.326
9#阀井
117.916
114.820
4.4*5.1
检修阀2
手动蝶阀
DN14001.0MPa
空气阀6
复合空气阀
DN2501.0MPa
半球阀2
半球阀
DN2501.0MPa
10
3+087.488
10#阀井
119.169
116.596
2.6*3.6
空气阀7
复合空气阀
DN2501.0MPa
11
3+597.519
11#阀井
116.762
114.090
2.6*3.6
空气阀8
复合空气阀
DN2501.0MPa
12
4+098.890
12#阀井
114.439
111.208
2.6*3.6
空气阀9
复合空气阀
DN2501.0MPa
13
4+143.844
13#阀井
113.447
108.435
4.9*2.8
排空阀2
偏心半球阀
DN3501.0MPa
14
4+287.073
14#阀井
114.396
111.922
4.4*5.1
检修阀3
手动蝶阀
DN14001.0MPa
空气阀10
复合空气阀
DN2501.0MPa
半球阀3
半球阀
DN2501.0MPa
15
4+695.274
15#阀井
111.239
104.779
4.9*2.8
排空阀3
偏心半球阀
DN3501.0MPa
16
4+922.063
16#阀井
113.501
111.407
4.4*5.1
检修阀4
手动蝶阀
DN14001.0MPa
空气阀11
复合空气阀
DN2501.0MPa
半球阀4
半球阀
DN2501.0MPa
17
5+297.250
17#阀井
112.295
110.077
2.6*3.6
空气阀12
复合空气阀
DN2501.0MPa
18
5+740.657
18#阀井
111.725
109.031
2.6*3.6
空气阀13
复合空气阀
DN2501.0MPa
19
6+355.018
19#阀井
111.152
108.475
2.6*3.6
空气阀14
复合空气阀
DN2501.0MPa
20
6+671.765
20#阀井
110.678
108.188
4.4*5.1
检修阀5
手动蝶阀
DN14001.0MPa
21
6+688.765
21#阀井
111.058
108.173
3.8*3.8
流量计2
超声波流量计
DN14001.0MPa
22
6+712.765
22#阀井
110.901
108.151
调流阀1
空气阀15
复合空气阀
DN2501.0MPa
23
6+730.765
23#阀井
110.842
108.135
4.4*5.1
检修阀6
手动蝶阀
DN14001.0MPa
表1.3.3-412号分水口门输水管道转角性能特征表
序号
桩号
弯管
转角
（°）
镇墩
转角
（°）
地面
高程
（m）
管中心
高程
（m）
墩长
（m）
墩宽
（m）
墩高
（m）
备注
1
0+015.000
13.15
22.50
132.197
124.429
3.0
2.4
3.07
竖向镇墩1
2
0+032.583
13.06
22.50
124.768
120.322
3.0
2.4
3.07
竖向镇墩2
3
0+091.759
28.64
30.00
122.973
120.231
2.89
2.2
2.2
水平镇墩1
4
1+212.260
90.00
90.00
120.416
116.845
1.5
2.2
2.2
三通镇墩1
5
1+421.615
11.22
11.25
121.519
117.659
1.71
2.2
2.2
水平镇墩2
6
1+718.776
24.24
30.00
122.870
119.785
2.89
2.2
2.2
水平镇墩3
7
1+965.351
7.58
11.25
121.238
118.333
1.71
2.2
2.2
水平镇墩4
8
2+398.877
9.16
11.25
118.992
115.781
1.71
2.2
2.2
水平镇墩5
9
2+836.796
34.63
45.00
117.567
114.820
3.83
2.2
2.2
水平镇墩6
10
2+914.326
5.71
11.25
117.916
114.820
3.00
2.4
2.71
竖向镇墩3
11
2+924.526
5.71
11.25
117.873
113.800
3.00
2.4
2.71
竖向镇墩4
12
3+059.526
5.71
11.25
119.008
113.800
3.00
2.4
2.71
竖向镇墩5
13
3+087.488
5.71
11.25
119.169
116.596
3.00
2.4
2.71
竖向镇墩6
14
3+136.976
37.23
45.00
119.770
116.596
3.83
2.2
2.2
水平镇墩7
15
3+754.124
12.99
22.50
115.604
113.189
2.41
2.2
2.2
水平镇墩8
16
4+143.844
90.00
90.00
113.447
108.960
1.5
2.2
2.2
三通镇墩2
17
4+695.274
90.00
90.00
111.239
105.304
1.5
2.2
2.2
三通镇墩3
18
5+081.166
12.84
22.50
113.124
110.806
2.41
2.2
2.2
水平镇墩9
19
5+339.564
14.09
22.50
112.294
109.934
2.41
2.2
2.2
水平镇墩10
20
5+683.954
9.27
11.25
111.113
108.772
3.00
2.4
2.71
竖向镇墩7
21
5+698.859
9.46
11.25
110.910
106.288
3.00
2.4
2.71
竖向镇墩8
22
5+723.859
9.27
11.25
110.784
106.288
3.00
2.4
2.71
竖向镇墩9
23
5+740.657
9.33
11.25
111.725
109.031
3.00
2.4
2.71
竖向镇墩10
24
6+753.442
40.64
45.00
110.946
108.114
3.83
2.2
2.2
水平镇墩11
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》GB50332-2002，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Fwd.k
管道类别
直径
（mm）
工作压力
Fwk（10-1MPa）
设计内水压力
（MPa）
采用值Fwd.k
（MPa）
钢管
1400
Fwk=0.25
Fwk+0.5≥0.9
0.9
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》GB50268-2008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）
管道类别
直径（mm）
工作压力Fwk
试验压力
钢管
1400
Fwk=0.25
Fwk+0.5，且不小于0.9
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/AWWAC304-99，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1.3.4-3PCCP管道内水压力设计成果表
桩号
长度
（km）
直径
（mm）
水力计
算结果
PCCP管道设计压力
工作压力
（MPa）
工作压力
（MPa）
瞬时内压
（MPa）
试验内压
（MPa）
0+000~6+965
6.97
1400
0.06~0.25
0.4
0.276
0.48
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、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
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