滇中引水工程管道施工质量控制措施

滇中引水工程管道施工质量控制措施

李季

中铁一局集团第五工程有限公司 陕西 宝鸡 721000

摘要：地形复杂、施工条件多变的滇中引水工程玉溪段，其管道施工过程常出现沉降、接口密封和水压试验等质量问题。针对性的质量控制措施在此研究中提出，环节范围包括测量放样复核、施工材料验收与管理以及场地清理和管槽开挖与回填等，其中重点在于优化管道接口密封技术并推广水压试验规范化管理。通过这些措施，实现了对施工精度和稳定性的有效提升，并明显降低了建设质量问题出现几率，为类似复杂项目的建设管理积累了可参考借鉴经验。

关键词：滇中引水工程；管道施工；质量控制；管槽开挖；水压试验

1.引言

滇中引水工程是云南中部地区解决水资源短缺的重要民生利器。覆盖范围广且地形复杂的玉溪施工段涵盖多种管道类型施工。长周期、高技术要求成为其中的特点，提出了对于质量控制极富挑战性的标准。众多技术难题隐藏在管槽开挖、回填、接口密封以及水压试验等环节之中，在任何环节都有可能因质量问题影响到整体效益与运行安全。科学有效质量控制策略针对复杂施工环境与苛刻质量需求已进行研究并开始实施，它将确保顺利完成后续项目，并具备良好运营能力，意义深远。

2.滇中引水工程玉溪段施工中出现的主要质量问题 

2.1管槽开挖与回填过程中遇到的沉降和排水问题

管槽开挖和回填过程中，施工区域的地质条件复杂，部分区域存在软弱土层，导致地基在开挖过程中难以保持稳定。当开挖深度达到地下水位时，管槽底部可能发生浸泡，软化土壤，进而引起沉降。地基沉降公式可表示为：

其中，为沉降量，为荷载，为土层厚度，为地基土的弹性模量，为泊松比。在软土区域，弹性模量较低，泊松比较大，沉降量显著增大。要减少沉降对施工的影响，需要在槽底铺设砂砾垫层，砂垫层的压实度要求不低于90%。施工过程中，每层回填土的虚铺厚度，应根据所采用的压实机具规定选取，见表1。

表1：GB50268-2008规范要求虚铺厚度及机械选型统计表

由上表可得，不同类型的压实机具适用于不同的虚铺厚度范围，以确保回填土的均匀压实和稳定性。对于木夯和铁夯这类传统压实机具，虚铺厚度应小于200mm，这表明它们适用于较薄的土层回填，通常用于轻微压实或较软的土壤基础。轻型压实设备的虚铺厚度为200至250mm，适用于较一般的压实需求，尤其是在地基较为松软的情况下，能够确保较好的压实效果。压路机适用于虚铺厚度为200至300mm的场合，通常用于大面积压实，尤其在土壤含水量较高时，有助于提高压实度。振动压路机则适用于虚铺厚度不超过400mm的回填作业，具有强大的振动效果，能够有效克服土层较厚的情况，并能在较短的时间内实现更高的压实密度。

2.2管道接口密封问题及其对水压试验的影响 

滇中引水工程玉溪段中使用的球墨铸铁管和钢管在接口密封时容易因橡胶圈安装不到位或承插口不光滑而出现漏水问题。漏水主要表现为水压试验中压力无法稳定维持。漏水量可以通过以下公式计算：

其中，为漏水量，为渗透系数，为泄漏面积，为管道内外压力差。橡胶密封圈安装位置偏移会显著增加泄漏面积，从而导致漏水量增加。详细见下表2。

表2：密封性能对管道压力维持时间的影响

由上表可得，密封问题严重的管段在压力测试中，水压从0.6MPa降至0.4MPa的时间仅为15分钟，说明密封圈偏移或密封不紧导致了快速泄漏。而密封性能良好的管段在相同初始压力条件下，压力能够稳定维持超过30分钟，未出现明显下降，充分说明密封质量的优化能有效防止压力流失。密封圈安装的对中性和紧密性是提高管道水密性的关键因素，密封性能的提升不仅减少了泄漏风险，还显著提高了工程的可靠性和运行安全性。

2.3 水压试验过程中出现的压力稳定性与泄漏监测难题 

水压试验旨在验证管道的强度和密封性能，但在实践中，滇中引水工程玉溪段部分管段表现出压力难以稳定维持的现象。这一问题可能来源于管道接口密封不良、管体微裂缝或施工过程中的焊接缺陷。在压力试验中，压力波动可以用振幅公式描述：

其中，为压力波动幅度，为试验过程中压力的最大值，为压力的最小值。利用多重压力检测和泄漏监测技术，实时记录的不同点位压力值得以分析对比。由此导致的结果就是管道压力分布异常点呈现出来了。根据优化施工工艺与增强密封检查后取得的监测数据反映出，压力波动幅度平均已减至0.015MPa，并且试验成功率有着明显提升，证实了强化试验管理以及改进施工质量充当在提升工程安全性和可靠性中的积极角色。

3. 施工准备阶段的质量控制措施  

3.1 测量放样复核与场地清理的实施过程 

在测量放样中，需要严格依据设计图纸，对管道位置、高程和边坡进行精准定位，采用RTK定位技术和全站仪对控制点进行复核，确保定位误差符合工程要求。放样误差可用以下公式计算：

其中，, 为测量值，, 为设计值，为定位误差。数据显示，RTK定位技术的误差在3mm以内，显著优于传统测量方法。在场地清理过程中，需彻底清除杂草、树根和垃圾，并运走有机土层，避免影响后续管槽开挖的稳定性和施工设备的操作。场地清理质量直接影响管槽的基础稳定性和排水能力。玉溪施工段土石回填参数详细见表3。

表3：玉溪施工段土石回填参数表

由上表可得，管道正上面50cm的回填，虚铺厚度为30cm，压实厚度为28cm，使用6t压路机进行压实，压实厚度较大，表明该位置需要较强的压实力以确保稳定性。管道正上面两侧的回填，虚铺厚度仍为30cm，压实厚度为26cm，使用小型压路机和蛙式打夯机进行压实，适用于较为紧凑的区域，压实厚度稍微降低，这可能是由于两侧空间受限，使用较轻型的设备进行压实。管身两侧的回填，虚铺厚度为30cm，压实厚度为25cm，使用小型压路机和蛙式打夯机进行压实，压实厚度和虚铺厚度比其他部位稍小，主要是考虑到管道周围空间的限制，选择适合的小型设备以避免对管道产生不必要的压力。数据表明，不同回填部位根据施工要求和空间条件选择了不同的压实设备，确保了回填过程中的土壤稳定性和均匀性，有助于避免管道移位、沉降等质量问题。

3.2 施工材料验收和存放的规范管理，确保材料稳定性

在材料验收阶段，应严格按照国家标准和设计要求对材料进行外观检查、尺寸测量和物理性能测试，确保使用合格材料。材料验收合格率可表示为：

其中，为验收合格率，为合格材料数量，为总检验材料数量。数据显示，严格验收的材料合格率达到98%以上，有效降低了因材料问题引发的施工质量隐患。在存放过程中，钢管和球墨铸铁管需堆放在平整坚实的场地上，垫木支撑高度均匀，避免接触地面潮气。表4显示，不规范存放可能导致材料质量下降，例如密封圈老化率和管体涂层损坏率显著上升，规范存放能够显著减少质量损失。

表:4：施工材料存放方式对质量影响的数据对比

由上表可得，在不规范存放条件下，密封圈老化率为15.2%，规范存放将这一数值降至3.6%，减少了76.3%。涂层损坏率从不规范存放的12.4%降低至规范存放的1.8%，减少了85.5%。这些数据表明，规范存放借助合理的支撑、防护和覆盖措施，有效避免了材料暴露在不利环境中的长期影响，如阳光直射、湿气侵蚀以及堆叠不当造成的机械损伤。

3.3 场地开挖前的清理工作及其对管槽基础的影响 

清理范围包括表层植被、松散土层和施工障碍物，同时需将区域内的树根、垃圾等运至指定位置。为避免清理后土壤受到侵蚀，应设排水沟和护坡设施。土壤抗压强度是评价基础稳定性的关键指标，经过场地清理后的土壤抗压强度提升明显，计算公式为：

其中，为抗压强度，为单位面积上的压力，为受力面积。清理工作能提升基础抗压强度，减少软土受压变形的风险，保障管槽的长期稳定性和安全性。施工过程中结合具体地质条件，设计科学的排水措施和地基处理方法，能优化基础稳定性，降低软土沉降率和管槽开裂发生率提高地基承载能力，确保工程运行的可靠性和耐久性。

4. 施工过程中的质量控制措施 

4.1 管槽开挖与垫层回填的质量要求与控制措施 

在管槽开挖过程中，严格控制槽底标高、宽度和边坡角度，避免因土方超挖或不足导致槽底不平或承载力降低。槽底标高允许偏差可用公式计算：

其中，为槽底标高偏差，为实际标高，为设计标高。偏差值控制在±20mm以内可以确保基础的承载力稳定性。垫层回填时，材料粒径和压实度是关键控制参数，采用中粗砂作为垫层材料，其粒径范围为5-15mm，回填厚度和压实度需符合设计要求。回填压实度可通过以下公式计算：

其中，为压实度，为干密度，为最大干密度。实验数据显示，压实度达到95%以上时，垫层具有最佳的支撑效果和排水性能。表5展示了管道开挖质量控制标准。

表5：管道开挖质量控制标准

由上表可得，对于槽底高程，土方的允许偏差为±20mm，石方的偏差为+20mm和-200mm，这反映了不同土质情况下对槽底高程控制的严格要求。土方部分的偏差相对较小，表明其施工过程中的精度要求较高，通常采用水准仪进行测量，确保槽底高程符合设计要求。石方的偏差较大，可能是因为石方土壤在开挖过程中不易控制，允许更大的误差范围。槽底中线每侧宽度的要求为“不小于规定”，检查数量为6点，且每侧要检查3个点，采用挂中线和钢尺量测，确保槽底的宽度符合设计要求。这种检查方法能够精确控制槽底宽度，避免出现过宽或过窄的情况，影响管道的安装。对于沟槽边坡，检查要求为“不陡于规定”，同样采用坡度尺进行量测，检查数量为6点，确保沟槽边坡符合设计标准，防止边坡过陡导致不稳定或坍塌。

4.2 管道接口密封技术与安装标准的优化 

球墨铸铁管和钢管接口密封通常采用柔性密封圈，但施工中常见密封圈偏移、接口不对中等问题导致漏水风险。密封性能可用泄漏量公式表示：

其中，为泄漏量，为密封材料的渗透系数，为泄漏面积，为压力差。优化密封技术需要减少泄漏面积AAA，并提升密封圈的材料性能以降低渗透系数kkk。安装过程中需确保密封圈安装位置准确，对接口表面进行打磨处理，去除表面毛刺和凹凸不平。数据表明，密封圈安装正确率提高到98%后，压力损失显著减少，水密性大幅提升。表6显示了优化前后不同压力条件下的接口泄漏率，从中可以看出，优化后的密封技术有效降低了泄漏风险。

表6优化前后接口泄漏率对比

由上表可得，在压力为0.3MPa时，优化前的泄漏率为2.5%，优化后降至0.8%，减少了68%。当压力升至0.6MPa时，优化前泄漏率为4.3%，优化后降至1.2%，减少了72.1%。在最高压力0.9MPa条件下，优化前泄漏率为7.1%，优化后降至2.3%，减少了67.6%。这一趋势表明，优化措施在不同压力下均能有效降低泄漏率，且优化效果在较高压力下依然明显。改进密封圈的材质、接口处理工艺以及安装规范，泄漏率的显著下降提升了管道系统的水密性与可靠性，为工程的安全运行提供了重要保障。

4.3 水压试验的规范化管理与技术控制

水压试验是检验管道密封性能和结构强度的关键环节，在试验准备阶段，清除管内杂物，检查接口是否密封良好，确认所有管道附件达到设计要求。试验过程中用分级升压方式，防止管道承受过大的瞬时压力。升压速度可用公式计算：

其中，为升压速度，为压力变化量，为升压时间。将升压速度控制在0.05MPa/min以内，能有效避免管道和接口因受力过快导致的损伤。压力保持阶段需采用高精度压力表监测压力变化，根据分析压力曲线的稳定性判断管道密封性能。密封良好的管段通常能够在设计压力下保持30分钟以上无明显压力下降，密封不良的管段压力衰减较快，这种变化反映了接口密封圈的安装质量和管道整体的水密性。试验后需缓慢卸压，避免压力骤降对管道和接口造成冲击，并对试验中发现的泄漏点进行详细标记和记录，作为后续修复的依据。整个试验过程需要严格按照规范执行，实时记录各阶段的参数变化，以确保数据的可追溯性和准确性。规范化的水压试验管理和技术控制能够大幅提高管道运行的可靠性，为工程的安全使用提供坚实保障。

5. 结论

施工质量对滇中引水工程玉溪段的整体效益和长期运行安全具有直接影响。确保施工稳定性需依赖于管槽开挖与回填、管道接口密封及水压试验等重要环节的质量控制措施。研究证实，精细化的质量控制配合规范化管理及理想的施工技术会决定性的降低常见问题发生率，并且能够大幅提升项目安全可靠度。这些具备科学依据和实践经验验证的技术保障不仅适用于本工程，同样提供了成功应对复杂环境下管道建设所必须参考之也宝贵经验指南。

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