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[摘 要] 本文根据设计单位《坪头水电站岔管水压试验技术要求》，比对现场实际情况阐述了坪头水电站压力钢管岔管水压试验方法及试验过程。
[关键词] 岔管 水压试验 方法 试验过程
一、概述
坪头水电站压力管道采用一管三机方式，由三个平段和两个竖井组成，圆形断面，主管内径4.4m，压力管道主管长606.8m。主管末端设置两个月牙肋岔管，设计压力为P=4.0MPa。1#岔管为不对称“Y”形，分岔角60°，板厚为36～38 mm，肋板厚度为76 mm，主管内径4.4m，支管内径3.4m、2.3m；2#岔管为“卜”形，分岔角60°，板厚为28～32mm，肋板厚度为64 mm，主管内径3.4m，支管内径2.3m；材料均为高强钢WDB620。 按照《坪头水电站岔管水压试验技术要求》，两个岔管在制造厂加工完成后分别进行水压试验，试验结果满足设计及规范要求后运输至安装场进行安装。由于安装场地限制，岔管不能整体运输，只能分瓣运输并现场组对焊接。两个岔管水压试验需要6个闷头，考虑将3条支管与岔管联合进行水压试验，仅需要4个闷头并且对支管进行了检验，因此，从科学性和经济性的角度考虑，最终决定扩大本次水压试验范围，采取3条支管与岔管联合进行水压试验的方案。
二、水压试验工艺设计
1.焊接要求
1#岔管和2#岔管与三条支管段一起做水压试验，充水量约800m3，为保证打压安全，岔管及三条支管段所有管节的制造、安装焊缝均按Ⅰ类焊缝要求进行无损检测。
2.试验压力
三条支管段回填混凝土，且在水压试验前应完成回填灌浆、接触灌浆、堵头焊接及检测；两个岔管段不回填混凝土，岔管底部加装鞍形托架支撑，鞍形托架与地面的预埋钢板焊接，前后托架用槽钢联接，以保证打压时结构稳定。首先，对支管段进行模型试验，计算出每条支管所能够承受的最大试验压力，以及在试验过程中是否会造成支管结构上的破坏等因素。根据引水系统调压井最高涌浪926.918m和压力钢管下平段最低位置高程586m，得出岔管段最大内水压力约为3.91MPa，根据《水电站压力钢管设计规范》工厂试验压力取正常运行情况最高内水压力设计值（含水锤）的1.25倍，当试验分段较长、段端压力差值较大时，任一端试验压力不得低于正常运行情况最高内水压力设计值的1.15倍，综合比较通过设计确认设计压力为4.2 MPa。
3.闷头设计
（1）三个支管的末端各焊一个打压过渡段，过渡段上焊接闷头，闷头规格：D外=1280mm，共需3个。1#岔管的上游端也焊接打压过渡段，过渡段上焊接闷头，闷头规格：D外=2360mm，只需1个。在过渡段上焊接进、排水管，进、排气管和压力表等。
（2）过渡段和闷头的组装焊接顺序：首先分别组装焊接3个支管末端的过渡段、闷头、以及过渡段上的排水管；然后组装焊接1#岔管上游端的过渡段、闷头、以及过渡段上的进气排气管、进水排水管、压力表等，过渡段与1#岔管的环缝为单面焊接成型，环缝坡口朝外V50°，其余环缝均采取双面焊接成型，坡口形式对称X60°，环缝均进行100%超声波探伤。
（3）椭圆形闷头设计计算
a、主管闷头1个， 材质16MnR，壁厚δ=50mm，D0=2260mm，h=660mm，闷头直边量hz=50mm，已知最大试验压力P=4.5MPa（设计要求）。
查《水电站压力钢管设计规范》DL/T5141—2001明管表6.1.4.1得在管壁厚35＜δ≤50时=270N/mm2，查《钢制压力容器》GB 150-1998的3.7条，焊接接头系数，单面焊对接接头、若局部无损探伤时取=0.8。
由《水电站机电设计手册 金属结构（二）》知，
公式得：
(——考虑钢板的负偏差和加工成型时的减薄量等附加量)
21.9+1.524
实际闷头壁厚50mm，满足试验要求。
b、支管闷头3个，材质16MnR，壁厚δ=30mm，D0=1220mm，h=330mm，闷头直边量hz=50mm，已知最大试验压力P=4.5MPa（设计要求）。
查《水电站压力钢管设计规范》DL/T5141—2001明管表6.1.4.1得在管壁厚16＜δ≤35时=290N/mm2，查《钢制压力容器》GB 150-1998的3.7条，焊接接头系数，单面焊对接接头、若局部无损探伤时取=0.8。
由《水电站机电设计手册 金属结构（二）》知，
公式得：
(——考虑钢板的负偏差和加工成型时的减薄量等附加量)
13+1.515
实际闷头壁厚30mm，满足试验要求。
4.供、排水
将水压试验进水管（位于1#岔管前端过渡段顶部）与下平洞施工支洞施工水管相连，便可对岔支管进行充水。加压时，试压泵的进水管与施工水管相连，也通过施工水管供水。
水压试验结束后，将1#岔管前端过渡段底部的排水管与下平洞施工支洞施工水管相连，在厂房交通洞洞口适当位置安装抽水水泵，经施工水管向外抽排，3条支管内少量残留水可经支管末端的排水管、蜗壳引至尾水，再用水泵经尾水洞向外排。
三、水压试验设备布置
1.水压试验所需设备及材料
3D-1/25试压泵1台，10MPa压力表2个，温、湿度计1个，DN50球阀（10MPa ）1个，DN20高压球阀（10MPa ）5个，百分计11个。
2.水压试验设备布置
在3个支管末端闷头过渡段的底部各安装1个Φ20的排水管和球阀，在1#支管闷头过渡段的顶部安装一块压力表，作为试验压力的辅助观察点。1#岔管上游端闷头过渡段的底部安装1个Φ50的进水排水管和球阀，腰部安装试压泵Φ20进水管和球阀，顶部安装Φ20排气进气管和球阀和一块压力表，此压力表作为试验压力的主观察点，排气管在岔管内一直延伸至1#、2#岔管的顶部，以便使岔管内的气体尽可能的排出去。百分计主要分布在两个岔管及其肋板上，用于测量水压试验时结构发生的应变值。另外，在三条支管回填混凝土的临界面位置各增设两块百分计，试验过程中派专人观察该位置百分计的指针摆动，如出现异常应立即停止试验。
四、水压试验程序
1.充水
a、记录当天的气温、湿度，水压试验应在气温水温10℃以上的环境里进行。
b、记录各种观测设备、压力表、百分计的读数。
c、开启排气阀，关闭排水阀。
d、开启1#岔管前端闷头过渡段顶部的进水管上的球阀，各岔支管内充水，注水量控制在不大于20m3/h，至排气阀溢水，关闭充水阀，然后关闭排气阀。
e、1小时后，记录各监测设备、压力表读数；全面检查岔管、过渡段、闷头有无汽泡和渗漏情况，并记录；全面检查岔管的支撑结构有无变形或位移等异常情况，并记录。
f、如出现渗漏等异常情况，应开启排气阀、排水阀，将岔管内水体排空后进行处理；如无异常情况可进入下一步。
2.水压试验
a、根据《坪头水电站岔管水压试验技术要求》水压试验最大压力值采用4.2MPa。试压泵加压按下表分段进行。
水压试验压力变化过程表：
b、通过试压泵向岔管内加压，试压泵加压、减压应缓慢、均匀，压力变化速率不得大于0.05MPa/min。
c、在每次试压泵加压、减压操作前应记录各监测设备、压力表、百分计读数；全面检查岔管、闷头有无射水、漏水、渗水情况，并记录；全面检查岔管的支撑结构有无变形或位移等异常情况，并记录。
d、当试压泵加压达到最大压力4.2MPa后，稳压60分钟，期间应用0.5～1Kg的小木锤在焊缝两侧各15～20㎝处轻轻敲击，并且每20分钟进行一次观测数据记录。
e、试验过程中，如果出现渗漏等异常情况，应将管内水压缓慢降至自然状态，且压力变化速率不得大于0.05MPa/min，然后开启排气阀、排水阀，将岔管内水体排空后进行处理；如无异常情况可进入下一步。
f、水压试验全部完成后，如确认岔管安全，即可进行放水，结束试验。
3.编写试验报告
岔管水压试验完成后，对试验过程中所测读的数据进行整理分析，编写岔管水压试验报告，报监理工程师审批。报告内容应包括工程概况、自然条件、试验设备、试验方法和程序、说明各点应变情况以及岔管的外观变化情况、试验过程中出现的问题及处理情况，最后对岔管安装质量和安全度作出评价。
五、结论
通过水压试验削减岔管和支管焊接残余应力及不连续部位的峰值应力，在缓慢加载条件下，缺陷尖端发生塑性变形，使缺陷尖端钝化，卸载后产生预压应力，以超载内压暴露结构缺陷、检验结构整体安全度，为岔管的长期安全运行提供可靠保证。
参考文献：
[1] 《水电站压力钢管设计规范》DL/T5141-2001.
[2] 《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T5017-2007.
[3] 成都勘测设计研究院《坪头水电站岔管水压试验技术要求》.
[4] 《水电站机电设计手册 金属结构（二）》.
作者简介：
阿庆宇，男，1978年出生，满族，黑龙江哈尔滨人，工程师，现工作于中国水电顾问集团公司四川美姑河水电开发有限公司。
[关键词] 岔管 水压试验 方法 试验过程
一、概述
坪头水电站压力管道采用一管三机方式，由三个平段和两个竖井组成，圆形断面，主管内径4.4m，压力管道主管长606.8m。主管末端设置两个月牙肋岔管，设计压力为P=4.0MPa。1#岔管为不对称“Y”形，分岔角60°，板厚为36～38 mm，肋板厚度为76 mm，主管内径4.4m，支管内径3.4m、2.3m；2#岔管为“卜”形，分岔角60°，板厚为28～32mm，肋板厚度为64 mm，主管内径3.4m，支管内径2.3m；材料均为高强钢WDB620。 按照《坪头水电站岔管水压试验技术要求》，两个岔管在制造厂加工完成后分别进行水压试验，试验结果满足设计及规范要求后运输至安装场进行安装。由于安装场地限制，岔管不能整体运输，只能分瓣运输并现场组对焊接。两个岔管水压试验需要6个闷头，考虑将3条支管与岔管联合进行水压试验，仅需要4个闷头并且对支管进行了检验，因此，从科学性和经济性的角度考虑，最终决定扩大本次水压试验范围，采取3条支管与岔管联合进行水压试验的方案。
二、水压试验工艺设计
1.焊接要求
1#岔管和2#岔管与三条支管段一起做水压试验，充水量约800m3，为保证打压安全，岔管及三条支管段所有管节的制造、安装焊缝均按Ⅰ类焊缝要求进行无损检测。
2.试验压力
三条支管段回填混凝土，且在水压试验前应完成回填灌浆、接触灌浆、堵头焊接及检测；两个岔管段不回填混凝土，岔管底部加装鞍形托架支撑，鞍形托架与地面的预埋钢板焊接，前后托架用槽钢联接，以保证打压时结构稳定。首先，对支管段进行模型试验，计算出每条支管所能够承受的最大试验压力，以及在试验过程中是否会造成支管结构上的破坏等因素。根据引水系统调压井最高涌浪926.918m和压力钢管下平段最低位置高程586m，得出岔管段最大内水压力约为3.91MPa，根据《水电站压力钢管设计规范》工厂试验压力取正常运行情况最高内水压力设计值（含水锤）的1.25倍，当试验分段较长、段端压力差值较大时，任一端试验压力不得低于正常运行情况最高内水压力设计值的1.15倍，综合比较通过设计确认设计压力为4.2 MPa。
3.闷头设计
（1）三个支管的末端各焊一个打压过渡段，过渡段上焊接闷头，闷头规格：D外=1280mm，共需3个。1#岔管的上游端也焊接打压过渡段，过渡段上焊接闷头，闷头规格：D外=2360mm，只需1个。在过渡段上焊接进、排水管，进、排气管和压力表等。
（2）过渡段和闷头的组装焊接顺序：首先分别组装焊接3个支管末端的过渡段、闷头、以及过渡段上的排水管；然后组装焊接1#岔管上游端的过渡段、闷头、以及过渡段上的进气排气管、进水排水管、压力表等，过渡段与1#岔管的环缝为单面焊接成型，环缝坡口朝外V50°，其余环缝均采取双面焊接成型，坡口形式对称X60°，环缝均进行100%超声波探伤。
（3）椭圆形闷头设计计算
a、主管闷头1个， 材质16MnR，壁厚δ=50mm，D0=2260mm，h=660mm，闷头直边量hz=50mm，已知最大试验压力P=4.5MPa（设计要求）。
查《水电站压力钢管设计规范》DL/T5141—2001明管表6.1.4.1得在管壁厚35＜δ≤50时=270N/mm2，查《钢制压力容器》GB 150-1998的3.7条，焊接接头系数，单面焊对接接头、若局部无损探伤时取=0.8。
由《水电站机电设计手册 金属结构（二）》知，
公式得：
(——考虑钢板的负偏差和加工成型时的减薄量等附加量)
21.9+1.524
实际闷头壁厚50mm，满足试验要求。
b、支管闷头3个，材质16MnR，壁厚δ=30mm，D0=1220mm，h=330mm，闷头直边量hz=50mm，已知最大试验压力P=4.5MPa（设计要求）。
查《水电站压力钢管设计规范》DL/T5141—2001明管表6.1.4.1得在管壁厚16＜δ≤35时=290N/mm2，查《钢制压力容器》GB 150-1998的3.7条，焊接接头系数，单面焊对接接头、若局部无损探伤时取=0.8。
由《水电站机电设计手册 金属结构（二）》知，
公式得：
(——考虑钢板的负偏差和加工成型时的减薄量等附加量)
13+1.515
实际闷头壁厚30mm，满足试验要求。
4.供、排水
将水压试验进水管（位于1#岔管前端过渡段顶部）与下平洞施工支洞施工水管相连，便可对岔支管进行充水。加压时，试压泵的进水管与施工水管相连，也通过施工水管供水。
水压试验结束后，将1#岔管前端过渡段底部的排水管与下平洞施工支洞施工水管相连，在厂房交通洞洞口适当位置安装抽水水泵，经施工水管向外抽排，3条支管内少量残留水可经支管末端的排水管、蜗壳引至尾水，再用水泵经尾水洞向外排。
三、水压试验设备布置
1.水压试验所需设备及材料
3D-1/25试压泵1台，10MPa压力表2个，温、湿度计1个，DN50球阀（10MPa ）1个，DN20高压球阀（10MPa ）5个，百分计11个。
2.水压试验设备布置
在3个支管末端闷头过渡段的底部各安装1个Φ20的排水管和球阀，在1#支管闷头过渡段的顶部安装一块压力表，作为试验压力的辅助观察点。1#岔管上游端闷头过渡段的底部安装1个Φ50的进水排水管和球阀，腰部安装试压泵Φ20进水管和球阀，顶部安装Φ20排气进气管和球阀和一块压力表，此压力表作为试验压力的主观察点，排气管在岔管内一直延伸至1#、2#岔管的顶部，以便使岔管内的气体尽可能的排出去。百分计主要分布在两个岔管及其肋板上，用于测量水压试验时结构发生的应变值。另外，在三条支管回填混凝土的临界面位置各增设两块百分计，试验过程中派专人观察该位置百分计的指针摆动，如出现异常应立即停止试验。
四、水压试验程序
1.充水
a、记录当天的气温、湿度，水压试验应在气温水温10℃以上的环境里进行。
b、记录各种观测设备、压力表、百分计的读数。
c、开启排气阀，关闭排水阀。
d、开启1#岔管前端闷头过渡段顶部的进水管上的球阀，各岔支管内充水，注水量控制在不大于20m3/h，至排气阀溢水，关闭充水阀，然后关闭排气阀。
e、1小时后，记录各监测设备、压力表读数；全面检查岔管、过渡段、闷头有无汽泡和渗漏情况，并记录；全面检查岔管的支撑结构有无变形或位移等异常情况，并记录。
f、如出现渗漏等异常情况，应开启排气阀、排水阀，将岔管内水体排空后进行处理；如无异常情况可进入下一步。
2.水压试验
a、根据《坪头水电站岔管水压试验技术要求》水压试验最大压力值采用4.2MPa。试压泵加压按下表分段进行。
水压试验压力变化过程表：
b、通过试压泵向岔管内加压，试压泵加压、减压应缓慢、均匀，压力变化速率不得大于0.05MPa/min。
c、在每次试压泵加压、减压操作前应记录各监测设备、压力表、百分计读数；全面检查岔管、闷头有无射水、漏水、渗水情况，并记录；全面检查岔管的支撑结构有无变形或位移等异常情况，并记录。
d、当试压泵加压达到最大压力4.2MPa后，稳压60分钟，期间应用0.5～1Kg的小木锤在焊缝两侧各15～20㎝处轻轻敲击，并且每20分钟进行一次观测数据记录。
e、试验过程中，如果出现渗漏等异常情况，应将管内水压缓慢降至自然状态，且压力变化速率不得大于0.05MPa/min，然后开启排气阀、排水阀，将岔管内水体排空后进行处理；如无异常情况可进入下一步。
f、水压试验全部完成后，如确认岔管安全，即可进行放水，结束试验。
3.编写试验报告
岔管水压试验完成后，对试验过程中所测读的数据进行整理分析，编写岔管水压试验报告，报监理工程师审批。报告内容应包括工程概况、自然条件、试验设备、试验方法和程序、说明各点应变情况以及岔管的外观变化情况、试验过程中出现的问题及处理情况，最后对岔管安装质量和安全度作出评价。
五、结论
通过水压试验削减岔管和支管焊接残余应力及不连续部位的峰值应力，在缓慢加载条件下，缺陷尖端发生塑性变形，使缺陷尖端钝化，卸载后产生预压应力，以超载内压暴露结构缺陷、检验结构整体安全度，为岔管的长期安全运行提供可靠保证。
参考文献：
[1] 《水电站压力钢管设计规范》DL/T5141-2001.
[2] 《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T5017-2007.
[3] 成都勘测设计研究院《坪头水电站岔管水压试验技术要求》.
[4] 《水电站机电设计手册 金属结构（二）》.
作者简介：
阿庆宇，男，1978年出生，满族，黑龙江哈尔滨人，工程师，现工作于中国水电顾问集团公司四川美姑河水电开发有限公司。