KS隧洞施工供水管道爆管原因分析及處理措施

郭建飛

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

KS隧洞是水工專業(yè)設(shè)計(jì)的一條地下隧洞，工程所屬區(qū)域?yàn)樾陆哪瓯趨^(qū)，常年干旱少雨，附近無可利用水源，施工供水管道負(fù)責(zé)向施工區(qū)域人員和隧洞施工提供必要的生活及生產(chǎn)用水。管道基本沿隧洞平行布置，全長41km，工程設(shè)計(jì)引水規(guī)模為170m3/h，最大揚(yáng)程335m，管道全部采用螺旋焊管，管徑為D325mm、D273mm兩種[1]。

工程于2016年7月正式投入運(yùn)行，2016年11月～2017年3月期間，管道爆管次數(shù)達(dá)到29次，爆管時(shí)部分地面段出現(xiàn)塌陷、大量涌水，冒泥漿現(xiàn)象，甚至在2月初臨近春節(jié)時(shí)，由于施工方人員回家探親，管道在此期間曾連續(xù)斷水達(dá)一個(gè)月之久。

2 事故調(diào)查及初步分析

2.1 初期原因分析

事故發(fā)生后，設(shè)計(jì)人員首先對設(shè)計(jì)進(jìn)行自查，復(fù)核管線水力學(xué)及應(yīng)力結(jié)構(gòu)計(jì)算。初步分析原因如下：

(1)根據(jù)漏點(diǎn)的位置、壓力分布等分析，無規(guī)律可循。

(2)目前漏點(diǎn)基本上是焊縫開裂，開裂處并未發(fā)現(xiàn)縱向裂縫，說明目前并沒有超壓。

(3)溫度應(yīng)力，按規(guī)范[2]計(jì)算(溫度作用標(biāo)準(zhǔn)值可按管道閉合溫差±25℃計(jì)算)，溫差25℃對應(yīng)的溫度應(yīng)力(縱向應(yīng)力)僅為77.87MPa，小于鋼管屈服強(qiáng)度325MPa。另外，焊縫強(qiáng)度本身要求不低于母材的強(qiáng)度。因此，可知并不是溫度應(yīng)力引起的焊縫的開裂。

如圖1所示，設(shè)計(jì)人員認(rèn)為管線在運(yùn)行過程中焊縫開裂漏水的主因是焊縫質(zhì)量，管道運(yùn)行過程中承受壓力時(shí)，薄弱環(huán)節(jié)的焊縫首先開裂。

2.2 中期真相調(diào)查

為盡快查明事故原因，隨后設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理、施工及業(yè)主相關(guān)人員在2017年5月開始對管線進(jìn)行排查，并試圖尋找爆管的原因，在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題整理如下：

(1)施工方未按設(shè)計(jì)圖紙施工，導(dǎo)致管道起伏點(diǎn)較多，局部管道段空氣閥未設(shè)置在最高點(diǎn)，爆管處水流出時(shí)有氣泡，證明管道進(jìn)排氣不暢。

(2)部分空氣閥未正常工作，甚至有水通過空氣閥流出。

(3)由于管線中間還有其他用戶，在泵站停泵期間，用戶依然開閥引水，造成局部管道拉空，再次啟泵時(shí)，產(chǎn)生不利水錘。

(4)對經(jīng)常爆管部位隨機(jī)抽查五處檢驗(yàn)管道埋深，并無一處達(dá)標(biāo)，有些部位管頂帶帽僅有40cm，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求的2m高度，2017年2月停水一個(gè)月正是由于管道被凍壞無法正常供水的主因。

(5)焊接質(zhì)量原因，根據(jù)對現(xiàn)場人員了解，大部分管道是在4、5月進(jìn)行焊接，在新疆北疆地區(qū)4月份依然有積雪，管道焊接后未進(jìn)行保溫直接置于有水或雪的溝槽中，高溫焊接部位遇水會(huì)劇烈收縮，導(dǎo)致焊縫損傷，如圖2所示。

圖1 管線漏水點(diǎn)分布圖圖

圖2 爆管焊縫典型圖

3 事故處理及分析

3.1 管線修復(fù)處理方式

后期修復(fù)方案由建設(shè)單位委托設(shè)計(jì)單位進(jìn)行研究，處理方案如下：

(1)把不在管道高點(diǎn)的空氣閥移至管道高點(diǎn)位置，部分位置還需新增空氣閥。

(2)水池進(jìn)水側(cè)增設(shè)電液雙控制閥，閥門在高水位時(shí)緩慢關(guān)閉，低水位時(shí)開啟，避免在停泵時(shí)出現(xiàn)部分管道拉空的情況。

(3)在中間用戶增設(shè)持壓減壓閥，以保證該處沿線主管的壓力，避免上游用戶引水量較大時(shí)，下游用戶壓力不足。在中間用戶放水閥后，增設(shè)數(shù)顯壓力變送器和衛(wèi)星通信設(shè)備，壓力變送器信號(hào)送至揚(yáng)水泵站，當(dāng)水泵停泵且各用戶停止用水時(shí)可檢測管線漏水或是否有盜水情況。

(4)優(yōu)化變頻器的控制、調(diào)節(jié)方式，將水泵控制由高位水池液位參數(shù)控制改為出口壓力控制模式，當(dāng)水池水位到高液位時(shí)，液位控制閥關(guān)閉，管道壓力繼續(xù)上升，在高于額定揚(yáng)程2～5m時(shí)自動(dòng)降頻停泵休眠，以泵出口壓力作為變量參數(shù)控制，應(yīng)用此種調(diào)節(jié)方式達(dá)到變頻恒壓供水控制。當(dāng)管道沿線分水口用水時(shí)，管道壓力下降，至額定揚(yáng)程壓力時(shí)，水泵自動(dòng)啟動(dòng)，降頻自動(dòng)適配沿線流量供水，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

(5)要求廠家對沿線所有閥門進(jìn)行檢查、維修，保證管道供水時(shí)閥門正常工作。

3.2 事故原因分析

長距離輸水管道爆管一般與鋼材本身缺陷、焊接質(zhì)量、溫度應(yīng)力、水錘、管道中存在氣體等有關(guān)。本工程爆管事故的主要原因有：

(1)焊接質(zhì)量原因。工程區(qū)晝夜溫差較大，管道壓力高，對焊口的質(zhì)量要求較高，在焊接完成后不僅要做好保溫措施，還應(yīng)做探傷檢測[3]，檢查焊縫焊接質(zhì)量是否滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

(2)施工原因。現(xiàn)場野蠻施工現(xiàn)象較為突出，對管線每隔100m挖一個(gè)探坑檢驗(yàn)管道埋深，達(dá)標(biāo)率僅為5%，管頂覆土不夠，在冬季寒冷天氣下管道易產(chǎn)生收縮變形，在水錘作用下，易發(fā)生爆管。設(shè)計(jì)圖紙中所有空氣閥均在管道凸起處，現(xiàn)場35%空氣閥安裝位置與設(shè)計(jì)出入大，施工方未按設(shè)計(jì)圖紙施工。

(3)設(shè)計(jì)原因。對運(yùn)行工況估計(jì)不足，未考慮停泵后，中間用戶會(huì)從管道中取水的情況。

(4)設(shè)備原因?，F(xiàn)場對部分空氣閥進(jìn)行了高壓微量排氣測試檢驗(yàn)，排氣孔堵塞或無高壓排氣功能。

(5)管理原因?，F(xiàn)場管理較為松散，監(jiān)理工程師責(zé)任心不強(qiáng)，對不符合設(shè)計(jì)要求的部位未進(jìn)行嚴(yán)格要求，施工過程中檢測不規(guī)范。

4 結(jié)語

供水工程在2017年10月底修復(fù)施工完成，2018年1月20～30日，工地現(xiàn)場曾出現(xiàn)-45℃極端低溫天氣，管線持續(xù)正常供水，未再發(fā)生爆管事故，經(jīng)受住了嚴(yán)寒天氣考驗(yàn)，證明修復(fù)處理方式還是正確的。供水管道爆裂事故表明，任何一點(diǎn)施工及管理上的疏忽，都有可能造成嚴(yán)重質(zhì)量事故，給業(yè)主及用戶帶來極大損失，希望通過對本工程爆管原因分析及修復(fù)方式處理，引起大家對管道設(shè)計(jì)、施工過程質(zhì)量管控等方面的重視，避免類似情況發(fā)生。