供水系統(tǒng)管道爆裂原因及規(guī)律分析

(太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原 030024)

0 引言

城市供水在居民生活和生產(chǎn)中占有重要地位。供水管網(wǎng)是城市不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是城市生命線工程的重要組成部分。近年來，由于城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市供水系統(tǒng)規(guī)模趨于大型化，供水系統(tǒng)中的管網(wǎng)分布亦日趨復(fù)雜，管道長(zhǎng)度不斷增加;同時(shí)，城市供水管網(wǎng)老化情況日益加重。這些都誘使了城市供水管網(wǎng)爆管事故的頻發(fā)。如何有效的解決城市供水管網(wǎng)的爆管問題已成為國(guó)內(nèi)外各供水部門普遍面臨的問題。

1 爆管事故舉例

目前國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者針對(duì)爆管事故的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了研究，爆管原因主要有管材、管徑、管齡、埋深、環(huán)境溫度、供水系統(tǒng)影響以及人為因素等方面?，F(xiàn)在就以國(guó)內(nèi)近年來發(fā)生的部分爆管事故進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析，針對(duì)其爆管原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類。根據(jù)有關(guān)資料顯示:

1)2004年2月28日，鄭州市徐寨村內(nèi)一DN600的自來水干管突然發(fā)生爆裂，致使村內(nèi)3條街道被淹。搶修人員表示該次爆管事故是由于水泥管道老化，天氣忽冷忽熱等因素引起的。

2)2005年11月29日，鄭州市農(nóng)業(yè)路與桐柏路交叉口處一自來水管爆裂，造成了桐柏路北段部分居民停水。自來水公司對(duì)此次爆管事故發(fā)表聲明，稱該事故是由市政部門埋設(shè)的中水管壓斷了自來水管道引起的。

3)2006年5月4日下午，成都市雙林路一根直徑DN1000的主干線輸水管發(fā)生爆裂。有關(guān)人員判定該次爆管是由于氣溫冷熱不均造成的水管自然爆裂。

4)2006年12月30日，鄭州市柿園水廠通往市區(qū)的一根自來水主管道爆裂。自來水公司表示，很多大貨車從此經(jīng)過，管道根本經(jīng)受不住載重動(dòng)荷載的碾壓作用是導(dǎo)致這次爆管事故的主要原因。

5)2008年12月7日晚10時(shí)，成都市雙林路一直徑約為DN300的自來水管突然爆裂。工作人員表示爆管的原因估計(jì)是由于雙林路改造施工改變了原有道路使用功能，加大了地表的負(fù)擔(dān)并導(dǎo)致路面變形，導(dǎo)致水管不堪重負(fù)發(fā)生破裂。

6)2009年5月8日，鄭州市經(jīng)三路與紅專路交叉口一直徑DN400的自來水主干管爆管。工作人員表示爆管原因是路面通行車輛較多，地下水管壓力過大導(dǎo)致水管受力不均產(chǎn)生的爆管事故。

7)2009年11月2日，成都市八里莊路與青龍場(chǎng)立交橋交匯處一根直徑DN500的自來水管道突然發(fā)生自來水爆管事故。有關(guān)人員初步判定該次爆管是由于氣溫冷熱不均以及水管老化造成的水管自然爆裂。

8)2010年10月17日，鄭州市鄭上路立交橋下的供水管發(fā)生事故，直徑DN800的供水主干管突發(fā)爆裂。據(jù)分析，爆管原因有兩種可能:a．該管段為1976年敷設(shè)的鑄鐵管道，管道老化;b．橋身占?jí)汗艿馈⒋罅恐剌d車輛長(zhǎng)期碾壓，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

9)2010年11月23日，中法原水有限公司(原白廟水廠)南側(cè)的外運(yùn)公司家屬院內(nèi)一條出廠水干管發(fā)生爆裂。爆裂原因現(xiàn)已初步查明:a．管材年代久遠(yuǎn)老化，為1982年敷設(shè);b．進(jìn)入冬季，晝夜溫差較大，也易引起管道爆裂;c．為滿足群眾供水需求，主管網(wǎng)不得不高壓運(yùn)行和超負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)這次事故與不久之前柿園水廠爆管也有一定的關(guān)系，因?yàn)猷嵵莸奈鲄^(qū)用水本來是由柿園水廠提供的，爆管后壓力減小，為補(bǔ)償西區(qū)的供水壓力，鄭州的白廟水廠和東周水廠都在向供水網(wǎng)加壓供水從而直接導(dǎo)致白廟水廠出水干管壓力增大。

10)2011年7月21日，杭州天目山路八字橋公交車站附近，一根直徑DN900的自來水主干管道管端接口破損導(dǎo)致爆管事故發(fā)生。爆管原因有兩種可能:a．該地下水管是1980年埋下的鋼筋混凝土管，已服役30余年，管道老化嚴(yán)重，承重耐壓能力相對(duì)較弱;b．由于管道位于天目山路快速公交車道，長(zhǎng)期大流量交通負(fù)荷導(dǎo)致路基下沉，管道不堪重負(fù)，導(dǎo)致管道接口破損。

2 爆管原因分析

爆管是由于管道受到的荷載超過了其極限承受荷載而導(dǎo)致了管道結(jié)構(gòu)的破壞。

對(duì)于這種結(jié)構(gòu)性管道破裂根據(jù)管道受力的外在表現(xiàn)形式的不同可將其原因歸結(jié)為:

1)管材材質(zhì)差，強(qiáng)度低;

2)內(nèi)外負(fù)荷過高;

3)管材年久、腐蝕老化;

4)地基不均勻沉降;

5)溫度變化;

6)管道壓力過大;

7)其他工程在管線附近進(jìn)行，造成管道周圍土體移位等等;從其表現(xiàn)形式上來劃分，又可分為自然因素和人為因素。

在管道安全運(yùn)行管理和爆管分析中，需要對(duì)爆管機(jī)理有充分準(zhǔn)確描述，對(duì)這些因素進(jìn)行檢測(cè)管理。

根據(jù)對(duì)上述十起事故爆管原因的分析，事故①，③，⑦，⑧是由于外界氣溫冷熱不均引起;事故②是由于施工不當(dāng)造成;事故④，⑥，⑨，⑩是由于道路承受不了車輛碾壓的荷載導(dǎo)致的管段爆裂;事故⑤是由于道路改造改變了原路面的使用功能，致使管段承受過大壓力以至于爆管事故的發(fā)生。事故⑧的爆管原因還包括供水管網(wǎng)系統(tǒng)壓力的影響。與此同時(shí)幾乎所有爆管事故的發(fā)生都伴隨著管道服役年限長(zhǎng)，管網(wǎng)老化的原因。類似的由于管道老化造成的爆管事故還有2009年10月28日，杭州文暉路半道紅橋的橋面路段自來水管爆管事故，2010年4月9日，杭州市慶春路水管爆裂事故以及2010年6月30日，玉古路西溪路口，地下的老化水管破裂事故。

3 結(jié)語(yǔ)

以下以爆管歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)爆管規(guī)律方面進(jìn)行了一些研究，得出了以下爆管統(tǒng)計(jì)規(guī)律:

1)管材。

目前在用于城市給水管網(wǎng)的管材中，鑄鐵管是歷史最久的且至今仍占著較大的比重。根據(jù)我國(guó)多年來的研究表明，在實(shí)際工程應(yīng)用中，不同管材發(fā)生爆管的頻率不同，其中灰口鑄鐵管＞鋼筋混凝土管＞鋼管＞球墨鑄鐵管。

2)時(shí)間規(guī)律。

夜晚的爆管頻率一般高于白天。

3)溫度。

爆管事故在高溫或低溫天氣比氣溫適中天氣發(fā)生次數(shù)要多。爆管事故常發(fā)生在每年冬冷寒潮回暖期間，這幾天內(nèi)爆管、斷管、漏水事故多發(fā)，尤其是耐受性差的小口徑灰口鑄鐵管。有研究表明:在冷冬時(shí)節(jié)小口徑灰口鑄鐵管爆裂的次數(shù)占全年爆管總數(shù)的50% 左右［1］。

4)聚集現(xiàn)象。

Coulter和Kazemi從時(shí)間和空間兩方面對(duì)管道爆管事故進(jìn)行分析后得出結(jié)論:有足夠的證據(jù)證明管道經(jīng)過一次維修結(jié)束之后不久很有可能在其附近不斷發(fā)生更多的爆管事故［2］。一般管網(wǎng)中老街區(qū)發(fā)生管道爆管事故聚集的情況要多于新建街區(qū)。

5)接口形式。

剛性接口的管道比柔性接口的管道爆管的幾率大。一般情況下，石棉水泥接口的小口徑鑄鐵管管身斷裂、大口徑管道承口爆裂的概率比較大。

6)埋設(shè)深度。

埋設(shè)較淺或埋深太大的管道均易發(fā)生爆管。

7)周邊環(huán)境。

由于給水管道中敷設(shè)于地底的管道與閥門閥件會(huì)受到管道周邊土壤環(huán)境中的電腐蝕等因素影響，因此周圍的土壤環(huán)境也對(duì)爆管事故的發(fā)生有一定影響［3］。

［1］何 芳，劉遂慶．供水管網(wǎng)爆管事故分析與對(duì)策探討［J］．管道技術(shù)與設(shè)備，2005(4):20-23．

［2］方丹霞．基于GIS的城市供水管網(wǎng)隱患分析及安全管理［D］．西安:西安建筑科技大學(xué)，2007．

［3］何 芳，劉遂慶，陳明吉，等．供水管網(wǎng)爆管問題的空間分析研究［J］．中國(guó)水網(wǎng)，2005(2):20-22．