廖宗蓉

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000）

引言

隨著城市不斷發(fā)展壯大，城市給水管道的數(shù)量也在不斷增加，城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)作為城市公用設(shè)施的一部分，對(duì)于保障城市的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展有著舉足輕重的地位.但由于施工不良，管路老化、水壓異常等因素的影響,造成大量漏水損失甚至爆管，管網(wǎng)局部水質(zhì)降低，有壓水流大量涌入民居、廠房、倉(cāng)庫(kù)、地下工程等，導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失，甚至危害人身安全.給水管道爆管事故帶來(lái)的危害是極其嚴(yán)重的，因此，研究和分析爆管的形成原因和預(yù)防措施，對(duì)預(yù)防和減少突發(fā)性爆管，改善給水管網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行，降低成本，節(jié)約能耗藥耗，減少水質(zhì)污染，具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義.

1 爆管的類(lèi)型

爆管（Breaks）暗含了給水管道的結(jié)構(gòu)性故障，它會(huì)導(dǎo)致管道的碎裂或者完全斷裂，爆管會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的壓力損失，導(dǎo)致破裂點(diǎn)流量的急劇變化.爆管的類(lèi)型可分為：環(huán)向破裂、縱向破裂、承口破裂和罐壁穿孔[1].

2 爆管的成因分析

導(dǎo)致城市供水管網(wǎng)爆管的原因很多，不同地區(qū)、不同管材的管網(wǎng)爆管會(huì)有不同的主要誘導(dǎo)因素，即使同一處爆管，也有可能是幾方面共同作用的結(jié)果.

2.1 腐蝕成因

腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素.管道腐蝕是弱化系統(tǒng)完整性的一個(gè)主要因素，并且導(dǎo)致給水管道的其他問(wèn)題，包括破裂、輸送能力的減弱以及水質(zhì)變差，95%的鋼管漏水是腐蝕穿孔.

對(duì)于城市給水管網(wǎng)，由于歷史原因，上世紀(jì)五、六十年代使用的給水管材的管道內(nèi)壁沒(méi)有加襯，外壁沒(méi)有防護(hù)，金屬及其合金的腐蝕主要是化學(xué)或電化學(xué)作用引起的破壞，有時(shí)伴隨機(jī)械、物理或生物作用.對(duì)于非金屬材料來(lái)說(shuō)，破壞一般由于直接的化學(xué)或物理作用，如氧化、溶解、溶脹等，常見(jiàn)的有混凝土的腐蝕、石料及玻璃等磨損和磨蝕的現(xiàn)象；對(duì)于有機(jī)物質(zhì)的材料，主要的破壞性是由細(xì)菌、霉菌或昆蟲(chóng)的生命活動(dòng)引起的；塑料、油漆、橡膠類(lèi)材料由于紫外線導(dǎo)致聚合物的老化，熱能導(dǎo)致材料分解的破壞等現(xiàn)象[1][2].腐蝕主要表現(xiàn)在以下幾方面：

2.1.1 外部土壤腐蝕

土壤中含有水分和能進(jìn)行離子導(dǎo)電的鹽類(lèi)，使土壤具有電解質(zhì)溶液的特征，因而金屬在土壤中將發(fā)生電化學(xué)腐蝕.同時(shí)，土壤中由于細(xì)菌作用而引起腐蝕，即微生物腐蝕.外部的腐蝕和侵蝕性的土壤，可以弱化金屬和混凝土管道，是導(dǎo)致管道破裂的因素之一.

2.1.2 內(nèi)部腐蝕

內(nèi)部腐蝕既可由于石墨化而弱化管道，也可由于其產(chǎn)生的管道結(jié)節(jié)而減弱管道的水力輸送能力而導(dǎo)致爆管.腐蝕及管道結(jié)節(jié)的程度取決于水的PH值、電導(dǎo)率、溶解氧、腐蝕抑制劑的使用以及水中沉淀趨勢(shì)（如碳酸鈣）.管道結(jié)垢是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，管道結(jié)垢從成分上可分為鹽類(lèi)垢（碳酸鈣、硫酸鈣等）、腐蝕垢及泥沙等沉積垢.溫度越高，碳酸鈣、硫酸鈣的溶解度越低，沉淀析出物越多，越容易形成鹽類(lèi)垢；溫度的變化，金屬的電化學(xué)腐蝕也會(huì)發(fā)生變化，細(xì)菌繁殖率也會(huì)變化，從而影響腐蝕垢的生成速率；管道中溶解氧的含量高，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕垢；PH值越大，碳酸鈣越容易結(jié)晶，污垢越容易生成，PH值越小，腐蝕越大，也會(huì)產(chǎn)生腐蝕垢.

2.1.3 雜散電流腐蝕

由于工業(yè)和民用用電排入或漏泄至大地，土壤（水）中的雜散電流可導(dǎo)致管道上的腐蝕穿孔.土壤（水）中的雜散電流，表現(xiàn)為直流電流、交流電流和大地電流3種狀態(tài).其中直流雜散電流的干擾源，主要有用于直流電解的設(shè)備、電焊機(jī)、直流輸電線等，以直流電氣化鐵路為代表；交流雜散電流主要來(lái)源交流電氣鐵路、輸配電線路及其系統(tǒng)，通過(guò)阻性、感性、容性耦合，對(duì)鄰近的埋地管線或金屬體造成干擾，使管道產(chǎn)生流進(jìn)、流出的交流雜散電流而導(dǎo)致腐蝕；大地電流主要是由地球電磁場(chǎng)的變化感應(yīng).雜散電流產(chǎn)生的孔通常是小圓形的，與土壤腐蝕引起的大面積空洞形成鮮明的對(duì)比.

2.1.4 兩種金屬的連接

兩種金屬的接觸會(huì)由于電離的存在而導(dǎo)致金屬的腐蝕.在配水系統(tǒng)中，腐蝕主要發(fā)生在水龍頭或者管箍處，特別在潮濕的土壤中容易發(fā)生腐蝕.

2.2 外部荷載成因

過(guò)高的外部荷載是水管破裂的最大獨(dú)立因素，可以分為3類(lèi)：①挖掘期間的接觸；②不良安裝或者劣質(zhì)管材；③表面荷載或者基礎(chǔ)狀況的變化.外部荷載引起的破裂通常是環(huán)形斷裂，小型管道更容易發(fā)生圓周破裂.

過(guò)高的負(fù)荷以及其他部門(mén)的管道，會(huì)破壞管道的基礎(chǔ)；管道的滲漏，會(huì)使地下管道周?chē)寥懒魇В纬赏寥乐械目斩?，改變管道的穩(wěn)定性，造成管道爆裂事故；不能控制的霜凍滲入而引起的負(fù)荷，由于凍硬了管道上面的土壤，極大地增加了外部負(fù)載，造成管道爆裂事故.

2.3 不良開(kāi)孔成因

管道開(kāi)孔會(huì)弱化管道，影響其強(qiáng)度，導(dǎo)致其破裂.

2.4 管網(wǎng)運(yùn)行壓力成因

大多數(shù)與壓力相關(guān)的破裂主要是由管道內(nèi)流速劇烈變化所造成的水錘引起，內(nèi)部壓力引起的破裂通常表現(xiàn)為管道的縱向破裂.如果管網(wǎng)壓力調(diào)度措施不當(dāng)，使得管網(wǎng)運(yùn)行壓力超出最不利點(diǎn)壓力，管網(wǎng)爆損幾率隨管道壓力的增加而增加.如果管網(wǎng)壓力不能保持相對(duì)穩(wěn)定，必然導(dǎo)致高、低峰水壓波動(dòng)，引起管網(wǎng)爆損事故發(fā)生，尤其是相對(duì)老化的管網(wǎng)發(fā)生爆管事故頻率更高.

另外，管道材質(zhì)低劣，耐壓性差是管道爆裂的內(nèi)在因素.相同條件下管道易裂可能性由大到小排列為：普通鑄鐵管＞石棉水泥管＞球墨鑄鐵管＞鋼筋混凝土管＞鋼管，95%的鋼管由于腐蝕穿孔而漏水，而75%的鑄鐵管漏水發(fā)生在管道連接承插接口附近.

3 爆管的預(yù)防措施

3.1 給水管材的合理選擇

在20世紀(jì)50年代初，給水工程中大量使用的給水管材為抗拉強(qiáng)度為1.4MPa的灰口鑄鐵管.由于灰口鑄鐵管是連續(xù)澆鑄，管子硬脆，不耐震，不耐沖擊，抗彎、抗拉強(qiáng)度差.給水管道往往適應(yīng)不了高壓、重載、震動(dòng)、沖擊和不均勻沉降等環(huán)境條件影響，造成管道破裂，發(fā)生爆管事故.通過(guò)改進(jìn)鑄管工藝，合理選材，推廣使用新型管材，如球墨鑄鐵管、PE管等，淘汰灰口鑄鐵管，并采用柔性接口，從源頭上減少供水管網(wǎng)爆管的可能性.

3.2 加強(qiáng)給水管道的防腐

長(zhǎng)期埋設(shè)在地下的供水管道由于受到土壤腐蝕和電化學(xué)腐蝕的作用，造成管壁變薄、強(qiáng)度降低，從而增加發(fā)生爆管事故的可能性。此外，管道結(jié)垢，造成過(guò)水?dāng)嗝鏈p小，通水能力降低，管道阻力增大，管道超負(fù)荷運(yùn)行而引起爆管。而管齡過(guò)長(zhǎng)的管道，腐蝕、結(jié)垢交互作用，管壁疲勞，更加劇了爆管的危險(xiǎn).

為防止金屬管道化學(xué)和電化學(xué)腐蝕，可對(duì)管道的內(nèi)部進(jìn)行加襯處理，外部作涂層處理；對(duì)大型金屬管道，可采取陰極保護(hù)措施[3]，防止電化學(xué)腐蝕；對(duì)由于石墨化而弱化管道或管道結(jié)節(jié)而減弱管道的水力輸送能力，可在水中加入多磷酸鹽，使供水管道內(nèi)部形成保護(hù)膜，可減少腐蝕；對(duì)于管道結(jié)垢，可根據(jù)結(jié)垢的性質(zhì)，采取合適的緩蝕劑和清洗劑除垢，也可采用高壓水噴射除垢、機(jī)械除垢和超聲波除垢，保證管道通水能力.

3.3 加強(qiáng)施工質(zhì)量，避免過(guò)高外部荷載

因施工質(zhì)量造成管道爆裂的現(xiàn)象也屢見(jiàn)不鮮，管道接口是管道施工過(guò)程的重要環(huán)節(jié)之一.目前，管道接口填料存在著過(guò)硬、剛性過(guò)強(qiáng)的弊病.管道受側(cè)向推力作用，承口受拉，插口受壓，而鑄鐵管抗拉強(qiáng)度差，導(dǎo)致承口破裂.另外，水泥砂漿和膨脹水泥砂漿填料都具有膨脹性，一旦膨脹強(qiáng)度超過(guò)承口強(qiáng)度時(shí)，將導(dǎo)致承口破裂.并且這兩種填料具有抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，能夠傳遞側(cè)向位移，這也會(huì)導(dǎo)致爆管[4].可采取以下措施：

(1)管道附件、爬坡處敷設(shè)支墩；

(2)在硬基和軟基交接處安裝萬(wàn)向伸縮器，消除不均勻沉降造成管道位移而引起管道內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力.

(3)對(duì)于鑄鐵管道接口，采用剛性、柔性相結(jié)合的接口方式，例如采用膨脹水泥和橡膠圈接口，石棉水泥口與青鉛口間用，以提高耐壓及抗彎強(qiáng)度，同時(shí)用CCTV的方法驗(yàn)收，探查管道內(nèi)部接口等處安裝是否符合規(guī)范；

(4)在弱地基、沉降不均勻地區(qū)和地震區(qū)，鑄鐵管道接口的破壞率較高，應(yīng)采取柔性接口，可采用滑人式橡膠圈接口、r形橡膠圈接口、柔性機(jī)械式接口A型及柔性機(jī)械式接口K型等；

(5)管道安裝時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行管道基礎(chǔ)和回填土的處理，埋深要夠，覆土要密實(shí)，對(duì)管道安裝過(guò)程中的主要工序及隱蔽工程進(jìn)行檢查驗(yàn)收，加強(qiáng)施工的全程質(zhì)量控制.管道埋深過(guò)深或過(guò)淺都會(huì)容易形成爆管，管道埋設(shè)過(guò)深時(shí)，由于上部荷載加重管道又沒(méi)有基礎(chǔ)，致使管道發(fā)生局部沉陷而產(chǎn)生爆管；管道埋深過(guò)淺時(shí)，抗重壓能力較差，受到管道上面土層，路面的靜荷和交通車(chē)輛的動(dòng)負(fù)荷作用下，容易造成斷裂.此外，如果管道埋深過(guò)淺，在冬天氣溫較低時(shí)，由于冰凍的作用，對(duì)于使用年限較長(zhǎng)的鑄鐵管更容易造成斷裂.

3.4 防止管網(wǎng)運(yùn)行壓力超高

(1)在管線工程中應(yīng)設(shè)置水錘消除器、沖水箱、調(diào)壓塔、空氣缸、緩閉式止回閥等，鋼管每隔一段距離設(shè)置管道伸縮節(jié)，以防止停泵水錘的產(chǎn)生.

(2)建立給水管網(wǎng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA.可對(duì)給水管網(wǎng)一些節(jié)點(diǎn)的水壓和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并采用無(wú)線傳送方式實(shí)時(shí)將水壓和流量信號(hào)傳回控制中心，監(jiān)測(cè)整個(gè)給水系統(tǒng)的工作狀況，并設(shè)置管網(wǎng)壓力限值報(bào)警，從而及時(shí)采取措施，降低管網(wǎng)中爆損發(fā)生的可能性[5].

(3)建立在地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上的給水管網(wǎng)的圖形與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng).可以準(zhǔn)確描述管網(wǎng)及其組件的空間和屬性信息；高效、生動(dòng)地定位管道、閥門(mén)、水表等管網(wǎng)組件，為實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行提供可靠的依據(jù)；為施工人員提供管線及其組件的空間位置，避免人為的開(kāi)挖破壞，在正確開(kāi)孔和回填之后，還要修補(bǔ)外部涂層和包裹物；發(fā)生事故時(shí)快速確定關(guān)閉閥門(mén).

(4)建立管網(wǎng)的水力模型，分析管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)各類(lèi)操作對(duì)供水管網(wǎng)運(yùn)行狀況的影響，對(duì)現(xiàn)有管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)做出正確評(píng)價(jià),對(duì)各水廠的出水流量、出水壓力進(jìn)行合理調(diào)配，以滿(mǎn)足管網(wǎng)的需要。在供水系統(tǒng)發(fā)生重大事故時(shí)，利用管網(wǎng)水力模型對(duì)配水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的模擬，分析事故時(shí)管網(wǎng)中存在的供水問(wèn)題，以便采取合理的調(diào)度策略，盡可能減少事故的影響范圍.

(5)調(diào)整管網(wǎng)壓力.在供水管網(wǎng)建立測(cè)壓點(diǎn)，根據(jù)各測(cè)壓點(diǎn)的壓力變化合理調(diào)度水廠二級(jí)泵房，使整個(gè)管網(wǎng)壓力保持相對(duì)穩(wěn)定，避免由于高、低峰水壓波動(dòng)引起管網(wǎng)爆管；通過(guò)設(shè)置減壓閥分為不同的壓力區(qū)，適當(dāng)降低壓力過(guò)高地區(qū)的壓力；裝置泄壓水池；管網(wǎng)中設(shè)置電子控制閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)等等，可適當(dāng)降低配水系統(tǒng)局部供水水壓.

4 結(jié)語(yǔ)

城市供水管網(wǎng)由于各種原因引起爆管，帶來(lái)的危害是極其嚴(yán)重的，預(yù)防和減少突發(fā)性爆管顯得更為迫切.只有科學(xué)制定相應(yīng)的管網(wǎng)爆損預(yù)防措施，利用先進(jìn)的科技手段和先進(jìn)的儀器設(shè)備檢測(cè)管網(wǎng)，科學(xué)調(diào)度管網(wǎng)水壓，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防爆管，將爆管消滅在萌芽狀態(tài)，確保城市供水動(dòng)脈暢通，保證給水管網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行.

[1]李樹(shù)平，劉遂慶.城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]何芳.供水管網(wǎng)爆管分析方法與預(yù)防技術(shù)研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2005.

[3]余蓉蓉，蔡志章.地下金屬管道的腐蝕與防護(hù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[4]張羽.城市供水管網(wǎng)爆損原因、對(duì)策分析和預(yù)測(cè)模型研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2007.

[5]王祎，田一梅，單金林,等.供水管網(wǎng)系統(tǒng)爆管預(yù)測(cè)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（9）.