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1、425高高壓壓引引水水管管道道采采用用鋼鋼木木結結構構靠靠背背水水壓壓試試驗驗施施工工工工法法1 1前前言言水壓試驗是通過對管道進行封閉并注水升壓、在保壓過程中觀察壓力降低值來判斷管道密封質量的一種施工現場試驗方法，在燃氣、熱力等工程領域有較多應用。而隨著城鎮供水需求量的日益增加和管道制造技術的進步，引水管道公稱壓力不斷提高，水壓試驗在高壓引水管道工程的施工質量檢驗中也越來越重要，人們對其施工技術及設備也進行了越來越多的探索與研究。XX集團有限公司針對高壓引水管道水壓試驗時后背土在巨大水壓力作用下壓縮變形過大并導致堵頭滑脫、試驗失敗的難題，采用了鋼木組合結構靠背體系，充分利用鋼結構強度高、剛度2、大、木結構抗壓性能良好的特點，通過逐層增大靠背體系受力面積來逐步分散水壓集中力，順利解決了上述技術難題，在鋼管、球墨鑄鐵管等多種材質引水管道中均適用，并經過多次探索和實踐，形成了本工法。圖 1.1 鋼木組合結構靠背體系模型圖及鋼靠背結構圖2 2工工法法特特點點2.0.1 本工法采用的鋼木組合結構靠背體系分散荷載能力強、穩定性好，受力結構合理，安全性高。2.0.2 本工法采用上游注水排氣、下游升壓的施工方法，既保證了升壓的順利進行，又避免了從下游注水緩慢的情況，大大縮短了注水升壓的時間。同時通過簡單的吊裝即可完成鋼木組合結構后靠背的安裝和拆除施工，施工周期短。2.0.3 對于長距離管道施工，需要3、分段進行多次水壓試驗。采用鋼木組合結構后靠背周轉使用率高，在長距離管道施工中能夠有效的降低施工成本。2.0.4 鋼木組合結構靠背體系適用的管道直徑范圍較大、可承受試驗壓力較大、能夠在多種地質條件下使用，可用于雙支及單支管水壓試驗，適用范圍廣、通用性強。3 3適適用用范范圍圍426本工法適用于黏土或地下水位高的砂卵石等多種地質條件下的管道公稱直徑不大于 DN1800、試驗壓力不大于 3.0Mpa 的高壓引水管道水壓試驗施工，尤其適用于球墨鑄鐵管道的水壓試驗。4 4工藝原理工藝原理高壓引水管道采用鋼木結構靠背水壓試驗施工工法是在選定的試驗段上用法蘭盲板、特制堵頭等裝置對管道開口處進行臨時封堵，利用4、后背土和鋼木組合結構靠背體系來提供管道兩端水壓力的反力，然后對管道上游注水排氣、下游升壓，直至管內壓力達到試驗壓力，穩壓一段時間后降壓至正常工作壓力，在此過程中通過測定穩壓時壓力下降值來判斷管道滲水程度并確定管道安裝質量是否合格。圖 4.1 水壓試驗布置圖5 5施工工藝流程及操作要點施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程施工工藝流程高壓引水管道采用鋼木結構靠背水壓試驗施工工藝流程如圖 5.1.1。圖 5.1.1 施工工藝流程圖5.2 操作要點操作要點5.2.1 鋼靠背設計及加工1 根據試驗壓力、管道直徑以及后背土的被動土壓力對鋼靠背承載力、剛度以及尺寸進行設計。2 鋼靠背采用加工廠內制作，5、首層鋼梁與首層鋼板間滿焊，首層鋼梁與后背鋼梁間滿焊，后427背鋼梁與后背鋼板間受焊接工況影響無法滿焊，因此僅在四周接觸部位焊接。3 焊接完成后進行焊縫探傷，最后進行防腐涂料涂裝。吊環支腿首層鋼板后背鋼板加強鋼板工字鋼梁后背鋼板圖 5.2.1-1 鋼靠背正視圖后背鋼梁支腿：工字鋼焊接支腿鋼板后背鋼板首層鋼梁首層鋼板圖 5.2.1-2 鋼靠背側視圖5.2.2 試壓系統安裝1 管內清掃試壓段管道安裝完成后，對試壓管道內部進行清掃，保證管道內部清潔無雜物。2 堵頭安裝管道清掃完成后，對管道兩側接口進行封堵。封堵可采用廠家預制成品堵頭或預制法蘭盲板，堵頭上預留進出水口，采用法蘭盤與進出水管道連接。4286、圖 5.2.2-1 廠家預制成品堵頭若采用法蘭盲板做堵頭，還須為每支管道準備尺寸配套的盤承和盤插短管各一個用來連接法蘭盲板。盤承、盤插短管與法蘭盲板連接完成后再與試壓管道連接。3 配套附件安裝1）進出水管及閥門安裝進出水管采用兩端帶法蘭盤的無縫鋼管，一端法蘭盤與閥門連接，另一端法蘭盤與堵頭的進出水口連接。在管道的高點處通過無縫鋼管或高壓油管引出后安裝一個排氣閥。注水用閥門應設置在管道兩側 10m 以外，除注水和排水階段均應處于關閉狀態。2）壓力表安裝在管道兩側進出水管靠近閥門的部位各安裝一塊壓力表，用來讀取管道內水壓力。壓力表采用量程為試驗壓力 1.3-1.5 倍，精度不低于 1.5 級，表殼7、的公稱直徑不小于 150mm。3）上游閥門井內三通處附件安裝上游閥門井內的三通處與變徑法蘭連接，變徑法蘭直徑較小的一側用帶法蘭盤的無縫鋼管接出后連接一個球閥或閘閥，用來在升壓過程中進行排水排氣。4 在管道兩端堵頭或法蘭盲板后設置鋼木組合結構靠背體系。1）根據鋼結構靠背的尺寸及管道標高計算出靠背安裝的底標高，并用挖掘機挖土至靠背底標高以上 20cm 處，人工清底至計算標高。2）用汽車吊或履帶吊將鋼結構靠背吊裝至溝槽內，調整位置使靠背正面與管道方向垂直，并將靠背與堵頭（法蘭盲板）之間距離控制在千斤頂的伸縮長度范圍內。3）安裝橫向枕木緊靠鋼靠背后背鋼板的一面從底部向上碼放橫向枕木，碼放的長度和數量根8、據設計要求布置。枕木和鋼靠背可以用鐵絲固定在一起，增加整體性，防止碼放過程中發生變形。4）安裝豎向枕木橫向枕木碼放到鋼靠背三分之二高度后開始安裝后排豎向枕木。豎向枕木與原狀后背土和橫向枕木緊密接觸，并且要低于靠背底標高不少于 0.5m，保證土體壓實度不低于 0.92。原狀土、枕木與鋼靠背接觸面均應平整且與管道軸線相互垂直。枕木后原狀土或人工土靠背，長度不宜小于30m。若為人工填土后背，在豎向枕木安裝完成后及時進行分層回填并夯實。回填至鋼靠背三分之二高度后將剩余橫向枕木繼續碼放至鋼靠背頂標高，繼續分層回填至設計標高，一般為豎向枕木頂標高以下 0.5m。4295）安裝千斤頂根據試驗壓力和管徑，通過9、計算選用多個螺旋機械式千斤頂支撐在堵頭和鋼結構后背之間，對稱布置。在整個試壓過程中用全站儀觀察堵頭相對于管道的位移情況，如果發現位移超出允許尺寸即 8cm 時及時停止升壓，用千斤頂來進行調整。工字鋼梁加強鋼板豎向枕木加勁板千斤頂作用點首層鋼板后背鋼板千斤頂作用點橫向枕木圖 5.2.2-2 鋼木組合結構靠背俯視圖橫、豎向枕木后背土管道后背鋼板首層鋼板千斤頂后背鋼梁首層鋼梁支腿：工字鋼焊接支腿鋼板圖 5.2.2-3 鋼木組合結構靠背側視圖5.2.3 管道注水1 選取距離進水口或無壓注水孔（上游閥門井三通處）近且合適的水源作為注水水源，用潛水泵與無壓注水孔接通，向管道內注水。無壓注水孔位于水壓試驗管10、道上游，便于快速自流注水。注水速度先快后慢，避免在管道內部產生大量氣體。注水超過 90%后將無壓注水孔處的盲板安裝好，打開排氣閥門，將水從上游進水孔緩慢注入，注滿水且管道內的空氣排完后關閉排氣閥門，在不大于工作壓力的條件下充分浸泡 24h，以防水泥砂漿內襯吸水掉壓。2 升壓用水源應在下游進水口附近選取，要保證水量充足，能夠保證連續升壓的要求。將升430壓柱塞泵與升壓管道用高壓油管或無縫鋼管接通，安裝好壓力表。5.2.4 管道靠背預加壓1 試壓前對試壓系統進行共檢。檢查全系統的管道閥門關閉狀況，觀察其是否滿足分段試壓的要求，采用盲板對三通等開口處進行封閉，不得用閘閥做堵板。2 檢查合格后，先進行11、預加壓，將千斤頂加壓到試驗壓力，觀察鋼木組合結構靠背和原狀土變形情況。若原狀土穩定且變形小于 2cm，則可開始水壓試驗。5.2.5 管道升壓及水壓試驗1 打開升壓柱塞泵開始進升壓和水壓試驗，如在升壓過程中發現壓力計表針擺動、不穩，且升壓較慢時說明管道中氣體未排凈，應打開排氣閥進行排氣，待排氣閥處持續一段時間不再有氣體排出，則關閉排氣閥繼續升壓。2 管道升壓根據試驗壓力的大小采用分級升壓，壓力小于 1.6MPa 時每 0.3MPa 為一級，大于1.6MPa 后每 0.1MPa 為一級，每升一級應檢查后背、鎮墩及接口部位，無變形過大或明顯滲水等異常情況再繼續升壓。水壓試驗時，遇有缺陷應作出標記，卸12、壓后進行修補，嚴禁帶壓修補。3 預試壓階段：將管道內水壓緩緩地升至試驗壓力并穩壓 30min，期間如有壓力降可注水補壓，但不得高于試驗壓力；檢查管道接口配件等處有無漏水、損壞現象；有漏水、損壞現象應及時停止試壓，查明原因并采取相應措施后重新試壓。4 主試壓階段：停止注水補壓，穩定 15min，當 15min 內壓力下降不超過規定的允許壓力降數值時，將試驗壓力降至工作壓力并保持恒壓 30min，進行外觀檢查，若無漏水現象，則水壓試驗合格。5 若在試壓過程中壓力降超過規定或有漏水現象，要及時查明原因，泄壓放水，修補后重新進行水壓試驗。5.2.6 泄壓排水1 排水管道試驗合格后打開泄水閥，緩慢泄壓，13、降壓速度不宜超過 0.5Mpa/min。2 泄壓完成后連接離心泵，將水排放至泄水點。3 試驗完畢后應填寫水壓試驗記錄。6 6材料與設備材料與設備6.1 材料材料主要材料見表 6.1。表 6.1 材料性能表序號序號材料名稱材料名稱規格規格技術指標技術指標備注備注1鋼結構靠背面板：30mm 厚Q345B應符合建筑結構用鋼板（GB/T19879-2005）的規定主梁：40c 工字鋼應符合熱軋型鋼（GB/T706-2008）的規定。不得有明顯的扭轉次梁：40c 工字鋼應符合熱軋型鋼（GB/T706-2008）的規定。不得有明顯的扭轉肋板：10mm 厚普通鋼板應符合建筑結構用鋼板（GB/T19879-214、005）的規定肋板設置在應力集中的部位，防止主次梁發生扭轉。2枕木靠背3003006000mm木結構工程施工規范（GB/T50772-2012）3堵頭廠家預制或法蘭盲板/4314閥門閘閥鋼制閥門 一般要求（GB/T12224-2005）5管件無縫鋼管流體輸送用不銹鋼無縫鋼管（GB/T 14976-2012）備注：試驗壓力為 3Mpa 以下均適用。6.2 設備設備主要設備見表 6.2。表 6.2 主要設備序號序號機械設備名稱機械設備名稱規格型號規格型號技術指標技術指標用途用途1吊車汽車吊或履帶吊能夠滿足鋼結構靠背及管道和堵頭的吊裝要求靠背、管道、堵頭及配件吊裝2反鏟挖掘機PC320/挖槽3千斤頂15、100t 螺旋千斤頂/升壓前預加載4多級泵4Mpa試驗壓力的 1.5 倍管道升壓5壓力表4Mpa精度不低于 1.5 級，表殼的公稱直徑不小于 150mm，并出具符合規定的鑒定證書，在有效期內使用。壓力讀取6潛水泵100m/h/溝槽排水及管道注水7離心泵240m/h/抽排管道內存水備注：試驗壓力為 3Mpa 以下均適用。7 7質量控制質量控制7.0.1 須遵守的主要規范規程1給水排水管道工程施工及驗收規范（GB50268-2008）。2鋼結構焊接規范（GB50661-2011）。7.0.2 質量控制標準高壓引水管道應按規范給水排水管道工程施工及驗收規范（GB50268-2008）第 9.2 節規16、定進行水壓試驗，試驗分為預試驗和主試驗階段；試驗合格的判定依據分為允許壓力降和允許滲水量值，按設計要求確定；設計無要求時，應根據工程實際情況，選用其中一項值或同時采用兩項值作為試驗合格的最終判定依據。7.0.3 質量保證措施1 后背應設在原狀土或人工土后背上，土質松軟時應采取夯實或注漿等加固措施。2 后靠背立面應平整并與管道軸線垂直。3 試驗管段所有敞口應封閉，不得有滲漏水現象，且不得用閘閥做堵板，不得含有消火栓、水錘消除器、安全閥等附件。4 試驗管段注滿水后，宜在不大于工作壓力條件下充分浸泡后 24h 后再進行水壓試驗，浸泡時間應符合給水排水管道工程施工及驗收規范（GB50268-2008）17、中表 9.2.9 的規定。8 8安全措施安全措施8.0.1 須遵守的主要安全規范規程4321建筑施工安全檢查標準（JGJ59-2011）。2施工現場臨時用電安全技術規范（JGJ46-2005）。8.0.2 安全注意事項1 管道系統試壓時應劃定警戒區，并設專人負責警戒，非試壓人員不得進入。嚴禁踩踏敲打正在試壓的管線及臨時試驗管線。管道試壓用設備應性能良好。2 盲板安裝時應注意安全，不得壓壞墊片，螺栓須均勻擰緊。3 管道系統試壓過程中，操作人員與壓力表監測人員必須保持聯絡暢通，以防系統超壓。升壓及保壓過程中，任何人員嚴禁靠近靠背后側及堵頭連接處。4 應分級升壓，每升一級應檢查后背、支墩、管身及接口18、，無異常現象時再繼續升壓。5 試驗過程中發現泄漏，嚴禁帶壓補焊或修補。施工人員嚴禁正對法蘭口檢查操作。6 升壓過程中利用鋼尺和經緯儀觀察管道堵頭滑移情況，當管道堵頭滑移超過 4cm 時進行預警，超過 8cm 時立即停止升壓或保壓，當即采取放水降壓措施并擴大安全警戒范圍。7 試壓合格后降壓應緩慢進行，降壓速度不宜超過 0.5Mpa/min，當系統高點壓力表為零時，應及時打開進氣口，防止系統產生負壓。水壓試驗結束后，排氣口周邊做好警戒。9 9環保措施環保措施9.0.1 應遵守的主要規范規程1 建筑施工場界環境噪聲排放標準（GB12523-2011）。2 當地其他相關規范規程。9.0.2 環境保護措19、施1 管道水壓試驗排出的水，應及時排放至規定地點，不得影響周圍環境和造成積水。2 對現場臨時道路設專人進行灑水降塵。3 后背土方及時運走，無法及時運走的集中堆放在施工現場臨時場地上，并進行覆蓋，防止產生揚塵。4 禁止大聲喧嘩，教育全體項目人員防噪擾民意識。5 采取專人專管的原則，對噪聲進行監測，及時對噪聲超標的有關因素進行調整。6 實行“工完場清”管理措施，每個工作在結束該段施工工序時，在遞交工序交接單前，負責把自己工序的垃圾清掃干凈。7 可回收和不可回收的垃圾要進行分類處理。1010 效益分析效益分析傳統的水壓試驗后靠背做法為現澆鋼筋混凝后背墻，但在高壓引水管道水壓試驗中，所需后背墻尺寸較大20、，養護時間長，拆除不方便，結合工程實際特點采用鋼木組合結構靠背體系，可以在工期、經濟及施工組織上創造較大的效益。表 10 效益對比分析表序號序號效益指標效益指標傳統混凝土靠背傳統混凝土靠背鋼木組合結構靠背體系鋼木組合結構靠背體系1工期效益兩側靠背支模：4 天混凝土澆筑：2 天養護至設計強度：14 天混凝土破除：3 天工期共計 23 天。兩側鋼靠背的裝配：4 天兩側枕木安裝及后背土回填：6 天試壓完畢后設備及靠背拆除：2 天工期共計 12 天。綜上所述，每次水壓試驗，在靠背的裝拆階段可節約工期 23-12=11 天。2經濟效益混凝土靠背應采用 C50 混凝土，保守估計單個混凝土靠背體積為 45m21、。根據信息價，C50 混凝土澆筑單價為 370元/m，拆除單價為 540 元/m。按照由于工期原因，需配備三套鋼木組合結構靠背體系，每套靠背的成本為：鋼靠背：32.02 萬；枕木：26.46 萬；433平均 2km 進行一次水壓試驗，72km 管道共需混凝土靠背 36 次，則混凝土靠背澆筑與拆除成本為（370+540）45236=294.84 萬。每次水壓試驗勞務費用：3.62 萬元。則采用鋼木組合結構靠背體系進行36 次水壓試驗的成本為32.02+26.46+3.6236=188.8 萬元。綜上所述，采用鋼木組合結構靠背體系相比傳統的混凝土靠背節約成本294.84-188.8=106.04 22、萬。且靠背的周轉次數越高，鋼木組合結構靠背體系經濟效益越明顯。3節能環保混凝土靠背混凝土用量大且不可重復使用，破除后會產生大量不可回收的建筑垃圾。而鋼木組合結構靠背體系可以多次周轉利用、裝拆方便，不殘留廢棄物，綠色環保。1111 應用案例應用案例11.1 洛陽市故縣水庫引水工程洛陽市故縣水庫引水工程11.1.1 工程概況該工程起點位于故縣水庫大壩泄洪中孔下游，終點位于洛陽市高新區擬建水廠和關林水廠，工程線路總長 134.14km，設計引水流量 5m/s，日供水量為 43.2 萬 m。引水管道采用 DN1400、DN1600 兩種規格的球墨鑄鐵管，水壓試驗的試驗壓力根據水頭差有 1.6MPa，223、.5MPa 和 2.75MPa三種，屬于高壓力大管徑的輸水管道，經過計算，水壓試驗過程中堵頭處的推力最大超過 4000KN。11.1.2 實施效果工程通過鋼結構靠背和枕木組成的裝配式后靠系統傳遞推力，增大與后背土的接觸面積，防止了堵頭滑脫，在現場高壓引水管道水壓試驗中均取得了良好的效果，見圖 11.1.2-1，11.1.2-2。圖 11.1.2-1 單鋼木組合結構靠背水壓試驗圖 11.1.2-2 雙鋼木組合結構靠背水壓試驗43411.2 天水市城區引洮供水工程天水市城區引洮供水工程11.2.1 工程概況該工程位于甘肅省天水市，管線長 24 公里，工程造價 9000 萬。工程采用 DN1400 的球墨鑄鐵管，水壓試驗壓力 1.6MPa。11.2.2 實施效果工程試壓后背采用鋼板加枕木組合形式，后背土質是密實度較大的砂礫石，順利完成了所有的水壓試驗，節約了一定的工期和成本。11.3 徐州市駱馬湖原水管道工程徐州市駱馬湖原水管道工程11.3.1 工程概況該工程位于江蘇省徐州市，管線長 45 公里，工程造價 3 億。工程采用雙排 DN1800 和 DN1600球墨鑄鐵管，水壓試驗壓力 1MPa。11.3.2 實施效果工程試壓采用鋼構架后背，后背土質是較松軟的沙土，管道試壓全部順利完成，見圖 11.3.2-1。圖 11.3.2-1 駱馬湖項目現場施工圖