1、425高高压压引引水水管管道道采采用用钢钢木木结结构构靠靠背背水水压压试试验验施施工工工工法法1 1前前言言水压试验是通过对管道进行封闭并注水升压、在保压过程中观察压力降低值来判断管道密封质量的一种施工现场试验方法，在燃气、热力等工程领域有较多应用。而随着城镇供水需求量的日益增加和管道制造技术的进步，引水管道公称压力不断提高，水压试验在高压引水管道工程的施工质量检验中也越来越重要，人们对其施工技术及设备也进行了越来越多的探索与研究。XX集团有限公司针对高压引水管道水压试验时后背土在巨大水压力作用下压缩变形过大并导致堵头滑脱、试验失败的难题，采用了钢木组合结构靠背体系，充分利用钢结构强度高、刚度2、大、木结构抗压性能良好的特点，通过逐层增大靠背体系受力面积来逐步分散水压集中力，顺利解决了上述技术难题，在钢管、球墨铸铁管等多种材质引水管道中均适用，并经过多次探索和实践，形成了本工法。图 1.1 钢木组合结构靠背体系模型图及钢靠背结构图2 2工工法法特特点点2.0.1 本工法采用的钢木组合结构靠背体系分散荷载能力强、稳定性好，受力结构合理，安全性高。2.0.2 本工法采用上游注水排气、下游升压的施工方法，既保证了升压的顺利进行，又避免了从下游注水缓慢的情况，大大缩短了注水升压的时间。同时通过简单的吊装即可完成钢木组合结构后靠背的安装和拆除施工，施工周期短。2.0.3 对于长距离管道施工，需要3、分段进行多次水压试验。采用钢木组合结构后靠背周转使用率高，在长距离管道施工中能够有效的降低施工成本。2.0.4 钢木组合结构靠背体系适用的管道直径范围较大、可承受试验压力较大、能够在多种地质条件下使用，可用于双支及单支管水压试验，适用范围广、通用性强。3 3适适用用范范围围426本工法适用于黏土或地下水位高的砂卵石等多种地质条件下的管道公称直径不大于 DN1800、试验压力不大于 3.0Mpa 的高压引水管道水压试验施工，尤其适用于球墨铸铁管道的水压试验。4 4工艺原理工艺原理高压引水管道采用钢木结构靠背水压试验施工工法是在选定的试验段上用法兰盲板、特制堵头等装置对管道开口处进行临时封堵，利用4、后背土和钢木组合结构靠背体系来提供管道两端水压力的反力，然后对管道上游注水排气、下游升压，直至管内压力达到试验压力，稳压一段时间后降压至正常工作压力，在此过程中通过测定稳压时压力下降值来判断管道渗水程度并确定管道安装质量是否合格。图 4.1 水压试验布置图5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工工艺流程高压引水管道采用钢木结构靠背水压试验施工工艺流程如图 5.1.1。图 5.1.1 施工工艺流程图5.2 操作要点操作要点5.2.1 钢靠背设计及加工1 根据试验压力、管道直径以及后背土的被动土压力对钢靠背承载力、刚度以及尺寸进行设计。2 钢靠背采用加工厂内制作，5、首层钢梁与首层钢板间满焊，首层钢梁与后背钢梁间满焊，后427背钢梁与后背钢板间受焊接工况影响无法满焊，因此仅在四周接触部位焊接。3 焊接完成后进行焊缝探伤，最后进行防腐涂料涂装。吊环支腿首层钢板后背钢板加强钢板工字钢梁后背钢板图 5.2.1-1 钢靠背正视图后背钢梁支腿：工字钢焊接支腿钢板后背钢板首层钢梁首层钢板图 5.2.1-2 钢靠背侧视图5.2.2 试压系统安装1 管内清扫试压段管道安装完成后，对试压管道内部进行清扫，保证管道内部清洁无杂物。2 堵头安装管道清扫完成后，对管道两侧接口进行封堵。封堵可采用厂家预制成品堵头或预制法兰盲板，堵头上预留进出水口，采用法兰盘与进出水管道连接。4286、图 5.2.2-1 厂家预制成品堵头若采用法兰盲板做堵头，还须为每支管道准备尺寸配套的盘承和盘插短管各一个用来连接法兰盲板。盘承、盘插短管与法兰盲板连接完成后再与试压管道连接。3 配套附件安装1）进出水管及阀门安装进出水管采用两端带法兰盘的无缝钢管，一端法兰盘与阀门连接，另一端法兰盘与堵头的进出水口连接。在管道的高点处通过无缝钢管或高压油管引出后安装一个排气阀。注水用阀门应设置在管道两侧 10m 以外，除注水和排水阶段均应处于关闭状态。2）压力表安装在管道两侧进出水管靠近阀门的部位各安装一块压力表，用来读取管道内水压力。压力表采用量程为试验压力 1.3-1.5 倍，精度不低于 1.5 级，表壳7、的公称直径不小于 150mm。3）上游阀门井内三通处附件安装上游阀门井内的三通处与变径法兰连接，变径法兰直径较小的一侧用带法兰盘的无缝钢管接出后连接一个球阀或闸阀，用来在升压过程中进行排水排气。4 在管道两端堵头或法兰盲板后设置钢木组合结构靠背体系。1）根据钢结构靠背的尺寸及管道标高计算出靠背安装的底标高，并用挖掘机挖土至靠背底标高以上 20cm 处，人工清底至计算标高。2）用汽车吊或履带吊将钢结构靠背吊装至沟槽内，调整位置使靠背正面与管道方向垂直，并将靠背与堵头（法兰盲板）之间距离控制在千斤顶的伸缩长度范围内。3）安装横向枕木紧靠钢靠背后背钢板的一面从底部向上码放横向枕木，码放的长度和数量根8、据设计要求布置。枕木和钢靠背可以用铁丝固定在一起，增加整体性，防止码放过程中发生变形。4）安装竖向枕木横向枕木码放到钢靠背三分之二高度后开始安装后排竖向枕木。竖向枕木与原状后背土和横向枕木紧密接触，并且要低于靠背底标高不少于 0.5m，保证土体压实度不低于 0.92。原状土、枕木与钢靠背接触面均应平整且与管道轴线相互垂直。枕木后原状土或人工土靠背，长度不宜小于30m。若为人工填土后背，在竖向枕木安装完成后及时进行分层回填并夯实。回填至钢靠背三分之二高度后将剩余横向枕木继续码放至钢靠背顶标高，继续分层回填至设计标高，一般为竖向枕木顶标高以下 0.5m。4295）安装千斤顶根据试验压力和管径，通过9、计算选用多个螺旋机械式千斤顶支撑在堵头和钢结构后背之间，对称布置。在整个试压过程中用全站仪观察堵头相对于管道的位移情况，如果发现位移超出允许尺寸即 8cm 时及时停止升压，用千斤顶来进行调整。工字钢梁加强钢板竖向枕木加劲板千斤顶作用点首层钢板后背钢板千斤顶作用点横向枕木图 5.2.2-2 钢木组合结构靠背俯视图横、竖向枕木后背土管道后背钢板首层钢板千斤顶后背钢梁首层钢梁支腿：工字钢焊接支腿钢板图 5.2.2-3 钢木组合结构靠背侧视图5.2.3 管道注水1 选取距离进水口或无压注水孔（上游阀门井三通处）近且合适的水源作为注水水源，用潜水泵与无压注水孔接通，向管道内注水。无压注水孔位于水压试验管10、道上游，便于快速自流注水。注水速度先快后慢，避免在管道内部产生大量气体。注水超过 90%后将无压注水孔处的盲板安装好，打开排气阀门，将水从上游进水孔缓慢注入，注满水且管道内的空气排完后关闭排气阀门，在不大于工作压力的条件下充分浸泡 24h，以防水泥砂浆内衬吸水掉压。2 升压用水源应在下游进水口附近选取，要保证水量充足，能够保证连续升压的要求。将升430压柱塞泵与升压管道用高压油管或无缝钢管接通，安装好压力表。5.2.4 管道靠背预加压1 试压前对试压系统进行共检。检查全系统的管道阀门关闭状况，观察其是否满足分段试压的要求，采用盲板对三通等开口处进行封闭，不得用闸阀做堵板。2 检查合格后，先进行11、预加压，将千斤顶加压到试验压力，观察钢木组合结构靠背和原状土变形情况。若原状土稳定且变形小于 2cm，则可开始水压试验。5.2.5 管道升压及水压试验1 打开升压柱塞泵开始进升压和水压试验，如在升压过程中发现压力计表针摆动、不稳，且升压较慢时说明管道中气体未排净，应打开排气阀进行排气，待排气阀处持续一段时间不再有气体排出，则关闭排气阀继续升压。2 管道升压根据试验压力的大小采用分级升压，压力小于 1.6MPa 时每 0.3MPa 为一级，大于1.6MPa 后每 0.1MPa 为一级，每升一级应检查后背、镇墩及接口部位，无变形过大或明显渗水等异常情况再继续升压。水压试验时，遇有缺陷应作出标记，卸12、压后进行修补，严禁带压修补。3 预试压阶段：将管道内水压缓缓地升至试验压力并稳压 30min，期间如有压力降可注水补压，但不得高于试验压力；检查管道接口配件等处有无漏水、损坏现象；有漏水、损坏现象应及时停止试压，查明原因并采取相应措施后重新试压。4 主试压阶段：停止注水补压，稳定 15min，当 15min 内压力下降不超过规定的允许压力降数值时，将试验压力降至工作压力并保持恒压 30min，进行外观检查，若无漏水现象，则水压试验合格。5 若在试压过程中压力降超过规定或有漏水现象，要及时查明原因，泄压放水，修补后重新进行水压试验。5.2.6 泄压排水1 排水管道试验合格后打开泄水阀，缓慢泄压，13、降压速度不宜超过 0.5Mpa/min。2 泄压完成后连接离心泵，将水排放至泄水点。3 试验完毕后应填写水压试验记录。6 6材料与设备材料与设备6.1 材料材料主要材料见表 6.1。表 6.1 材料性能表序号序号材料名称材料名称规格规格技术指标技术指标备注备注1钢结构靠背面板：30mm 厚Q345B应符合建筑结构用钢板（GB/T19879-2005）的规定主梁：40c 工字钢应符合热轧型钢（GB/T706-2008）的规定。不得有明显的扭转次梁：40c 工字钢应符合热轧型钢（GB/T706-2008）的规定。不得有明显的扭转肋板：10mm 厚普通钢板应符合建筑结构用钢板（GB/T19879-214、005）的规定肋板设置在应力集中的部位，防止主次梁发生扭转。2枕木靠背3003006000mm木结构工程施工规范（GB/T50772-2012）3堵头厂家预制或法兰盲板/4314阀门闸阀钢制阀门 一般要求（GB/T12224-2005）5管件无缝钢管流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T 14976-2012）备注：试验压力为 3Mpa 以下均适用。6.2 设备设备主要设备见表 6.2。表 6.2 主要设备序号序号机械设备名称机械设备名称规格型号规格型号技术指标技术指标用途用途1吊车汽车吊或履带吊能够满足钢结构靠背及管道和堵头的吊装要求靠背、管道、堵头及配件吊装2反铲挖掘机PC320/挖槽3千斤顶15、100t 螺旋千斤顶/升压前预加载4多级泵4Mpa试验压力的 1.5 倍管道升压5压力表4Mpa精度不低于 1.5 级，表壳的公称直径不小于 150mm，并出具符合规定的鉴定证书，在有效期内使用。压力读取6潜水泵100m/h/沟槽排水及管道注水7离心泵240m/h/抽排管道内存水备注：试验压力为 3Mpa 以下均适用。7 7质量控制质量控制7.0.1 须遵守的主要规范规程1给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-2008）。2钢结构焊接规范（GB50661-2011）。7.0.2 质量控制标准高压引水管道应按规范给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-2008）第 9.2 节规16、定进行水压试验，试验分为预试验和主试验阶段；试验合格的判定依据分为允许压力降和允许渗水量值，按设计要求确定；设计无要求时，应根据工程实际情况，选用其中一项值或同时采用两项值作为试验合格的最终判定依据。7.0.3 质量保证措施1 后背应设在原状土或人工土后背上，土质松软时应采取夯实或注浆等加固措施。2 后靠背立面应平整并与管道轴线垂直。3 试验管段所有敞口应封闭，不得有渗漏水现象，且不得用闸阀做堵板，不得含有消火栓、水锤消除器、安全阀等附件。4 试验管段注满水后，宜在不大于工作压力条件下充分浸泡后 24h 后再进行水压试验，浸泡时间应符合给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-2008）17、中表 9.2.9 的规定。8 8安全措施安全措施8.0.1 须遵守的主要安全规范规程4321建筑施工安全检查标准（JGJ59-2011）。2施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-2005）。8.0.2 安全注意事项1 管道系统试压时应划定警戒区，并设专人负责警戒，非试压人员不得进入。严禁踩踏敲打正在试压的管线及临时试验管线。管道试压用设备应性能良好。2 盲板安装时应注意安全，不得压坏垫片，螺栓须均匀拧紧。3 管道系统试压过程中，操作人员与压力表监测人员必须保持联络畅通，以防系统超压。升压及保压过程中，任何人员严禁靠近靠背后侧及堵头连接处。4 应分级升压，每升一级应检查后背、支墩、管身及接口18、，无异常现象时再继续升压。5 试验过程中发现泄漏，严禁带压补焊或修补。施工人员严禁正对法兰口检查操作。6 升压过程中利用钢尺和经纬仪观察管道堵头滑移情况，当管道堵头滑移超过 4cm 时进行预警，超过 8cm 时立即停止升压或保压，当即采取放水降压措施并扩大安全警戒范围。7 试压合格后降压应缓慢进行，降压速度不宜超过 0.5Mpa/min，当系统高点压力表为零时，应及时打开进气口，防止系统产生负压。水压试验结束后，排气口周边做好警戒。9 9环保措施环保措施9.0.1 应遵守的主要规范规程1 建筑施工场界环境噪声排放标准（GB12523-2011）。2 当地其他相关规范规程。9.0.2 环境保护措19、施1 管道水压试验排出的水，应及时排放至规定地点，不得影响周围环境和造成积水。2 对现场临时道路设专人进行洒水降尘。3 后背土方及时运走，无法及时运走的集中堆放在施工现场临时场地上，并进行覆盖，防止产生扬尘。4 禁止大声喧哗，教育全体项目人员防噪扰民意识。5 采取专人专管的原则，对噪声进行监测，及时对噪声超标的有关因素进行调整。6 实行“工完场清”管理措施，每个工作在结束该段施工工序时，在递交工序交接单前，负责把自己工序的垃圾清扫干净。7 可回收和不可回收的垃圾要进行分类处理。1010 效益分析效益分析传统的水压试验后靠背做法为现浇钢筋混凝后背墙，但在高压引水管道水压试验中，所需后背墙尺寸较大20、，养护时间长，拆除不方便，结合工程实际特点采用钢木组合结构靠背体系，可以在工期、经济及施工组织上创造较大的效益。表 10 效益对比分析表序号序号效益指标效益指标传统混凝土靠背传统混凝土靠背钢木组合结构靠背体系钢木组合结构靠背体系1工期效益两侧靠背支模：4 天混凝土浇筑：2 天养护至设计强度：14 天混凝土破除：3 天工期共计 23 天。两侧钢靠背的装配：4 天两侧枕木安装及后背土回填：6 天试压完毕后设备及靠背拆除：2 天工期共计 12 天。综上所述，每次水压试验，在靠背的装拆阶段可节约工期 23-12=11 天。2经济效益混凝土靠背应采用 C50 混凝土，保守估计单个混凝土靠背体积为 45m21、。根据信息价，C50 混凝土浇筑单价为 370元/m，拆除单价为 540 元/m。按照由于工期原因，需配备三套钢木组合结构靠背体系，每套靠背的成本为：钢靠背：32.02 万；枕木：26.46 万；433平均 2km 进行一次水压试验，72km 管道共需混凝土靠背 36 次，则混凝土靠背浇筑与拆除成本为（370+540）45236=294.84 万。每次水压试验劳务费用：3.62 万元。则采用钢木组合结构靠背体系进行36 次水压试验的成本为32.02+26.46+3.6236=188.8 万元。综上所述，采用钢木组合结构靠背体系相比传统的混凝土靠背节约成本294.84-188.8=106.04 22、万。且靠背的周转次数越高，钢木组合结构靠背体系经济效益越明显。3节能环保混凝土靠背混凝土用量大且不可重复使用，破除后会产生大量不可回收的建筑垃圾。而钢木组合结构靠背体系可以多次周转利用、装拆方便，不残留废弃物，绿色环保。1111 应用案例应用案例11.1 洛阳市故县水库引水工程洛阳市故县水库引水工程11.1.1 工程概况该工程起点位于故县水库大坝泄洪中孔下游，终点位于洛阳市高新区拟建水厂和关林水厂，工程线路总长 134.14km，设计引水流量 5m/s，日供水量为 43.2 万 m。引水管道采用 DN1400、DN1600 两种规格的球墨铸铁管，水压试验的试验压力根据水头差有 1.6MPa，223、.5MPa 和 2.75MPa三种，属于高压力大管径的输水管道，经过计算，水压试验过程中堵头处的推力最大超过 4000KN。11.1.2 实施效果工程通过钢结构靠背和枕木组成的装配式后靠系统传递推力，增大与后背土的接触面积，防止了堵头滑脱，在现场高压引水管道水压试验中均取得了良好的效果，见图 11.1.2-1，11.1.2-2。图 11.1.2-1 单钢木组合结构靠背水压试验图 11.1.2-2 双钢木组合结构靠背水压试验43411.2 天水市城区引洮供水工程天水市城区引洮供水工程11.2.1 工程概况该工程位于甘肃省天水市，管线长 24 公里，工程造价 9000 万。工程采用 DN1400 的球墨铸铁管，水压试验压力 1.6MPa。11.2.2 实施效果工程试压后背采用钢板加枕木组合形式，后背土质是密实度较大的砂砾石，顺利完成了所有的水压试验，节约了一定的工期和成本。11.3 徐州市骆马湖原水管道工程徐州市骆马湖原水管道工程11.3.1 工程概况该工程位于江苏省徐州市，管线长 45 公里，工程造价 3 亿。工程采用双排 DN1800 和 DN1600球墨铸铁管，水压试验压力 1MPa。11.3.2 实施效果工程试压采用钢构架后背，后背土质是较松软的沙土，管道试压全部顺利完成，见图 11.3.2-1。图 11.3.2-1 骆马湖项目现场施工图