自來水管爆裂的成因和對策

單國平（南京自來水總公司管線管理所）

　　摘要：供水企業輸配管道頻繁爆管，不僅影響工農業生產和居民生活，造成水資源的浪費，而且威脅著供水管網的安全運行，增加供水企業的運行成本，損害供水企業對外聯絡服務形象。本文統計的南京市自來水總公司近些年來的爆管資料，對自來水管爆裂的原因作為簡要分析，從給水管材的選擇、新管材的應用、管道工程的設計和施工、調度和運行管理、有計劃的更新管道、供水管線的監察、市政工程施工中供水管線的保護等方面提出了應對爆管的對策，期望起到拋磚引玉的作用，與大家共同探討爆管的成因和對策。
　　 關鍵詞：自來水管　　爆管　　成因　　對策

　　概述
南京市自來水總公司自１９２９年成立至今已經有７０多年的歷史，現供水規模達２００萬立方米／日，最高日供水量為１４５萬立方米／日，供水管線長約２７００公里。輸配水管網，絕大多數是灰口鑄鐵管。由于灰口鑄鐵的脆性，常在新排管道、管道試壓和投產運行后發生爆管、斷裂現象，影響公司正常供水服務，有時還會造成災害性后果，經濟損失和社會影響很大。如２０００年１２月１９日上午，西干長巷３８０號附近ＤＮ１０００的鑄件管爆裂，沖毀民房幾十間，造成很多居民一時無家可歸，直接經濟損失達１００多萬元，并造成城南地區大面積停水。多家電視臺、報紙跟蹤報道，嚴重損害了供水企業的社會形象；２００１年１月２８日凌晨，北河口水廠ＤＮ１０００水管爆裂，淹沒附近多家食品加工企業，直接經濟損失２００多萬元，由于在春節期間，市區十幾萬居民的正常生活用水也受到了影響，驚動了省、市兩級領導。我公司從９０年代起新排管線拒用灰口鑄鐵管，改用球墨鑄鐵管，接口采用膠圈接口，ＤＮ１２００以上部分采用焊接鋼管，小口徑采用ＰＰＲ、ＵＰＶＣ、ＰＥ等新型管材。并且建立了管網地理信息系統（ＧＩＳ系統）、管網信息監控系統（ＳＣＡＤＡ），提高了供水管網的科學管理水平。
爆管成因
為了弄清爆管的原因，我們對南京地區近年來爆管的情況作了統計分析，以尋找起主要作用的因素及其規律性。由于近年市區爆管情況較嚴重，影響大，因此將１９９９到２００２年９月三年多的爆管資料進行統計、歸納，歸納統計條目包括爆管日期、地點、口徑、接口形式、當時氣溫、水壓情況，交通情況，埋設深度以及是否有違章壓占，市政施工等外來人為因素等。
１、爆管次數
我們根據公司維修養護所三年多的維修記錄，按管道口徑不同，分別統計爆管次數。
爆管主要發生在１００－２００ＭＭ口徑，占６７．８％，其余分別占１９．８％、９．１６％、３．２４％。小口徑管道主要是灰口鑄鐵管，加之管線數量多，所以爆管造成的損失大，也不容忽視。我公司近１０年來埋設的近１００公里ＤＮ５００、ＤＮ８００、ＤＮ１０００、ＤＮ１２００的球墨鑄鐵管至今未發生一起爆管。
２、爆管發生月份
我們根據公司維修養護所三年多的維修記錄，按月份統計爆管次數。
爆管特別是大口徑爆管，多發生在冬季低溫期間，南京地區源水取自長江，爆管與氣溫驟降、冷暖密切相關。寒流過后，氣溫回升，往往在幾天內爆管、斷管、漏水現象會集中涌現，因此每年的１－２月及１２月爆管搶修頻繁。如２００１年１２月１－２５日連續發生多次大爆管，口徑分別為ＤＮ６００、ＤＮ１５００。而夏季７、８、９三個月也是爆管的多發季節。
３、爆管次數與地區水壓
南京市由于建立了ＳＣＡＤＡ系統和供水優化調度軟件，各地區水壓控制的比較穩定，因此爆管受地區水壓影響不大。但夏季凌晨，水廠二泵機泵臺增加時，也有因管網水壓波動引起爆管的現象。
４、爆管次數與埋設位置和埋設深度
我們根據公司維修養護所有案可查的記錄，統計出與埋設位置和埋設深度（Ｈ）有關次數。
由表３看出，埋設較淺的比埋設較深的管道爆管次數多，但埋得太深也容易形成爆管。如城南水廠出廠水ＤＮ１２００和ＤＮ１０００輸水干管油坊橋段，由于繞城公路建立交橋時，沒有同步改造管線，致使管線埋設深達６米多。由于上部荷載加重管道又沒有基礎，致使管道發生局部沉陷，引起ＤＮ１０００鑄鐵管多次爆管，ＤＮ１２００鋼管焊縫拉裂。由于地勢較高，多家工廠和民宅多次被水淹沒，造成較大的經濟損失。
　　 同時，由于城市道路的拓寬，原來慢車道和人行道上的供水管線拓到快車道上。在重載車輛的不斷輾壓下，也易造成爆管，故大口徑爆管往往集中在快車道。
　　 根據以上爆管統計資料分析，爆管的成因大致有如下幾點：
　　 ①我公司的鑄鐵輸水管材和管徑大多是用連續鑄管工藝生產的，該工藝用人工控制鐵水液面高度和拉管速度，整根管子很難達到冷卻均勻、一致。由于冷卻過快，無退火工序，導致表面產生淬硬而形成冷石墨層，管壁溫度無法應力無法消除，出現冷脆層，使管身脆性增大，不耐沖擊、不耐震，抗彎、抗壓強度低，管體組織疏松，又難以消除氣孔、墨渣、內溝、重皮剛好排在管底、管頂或兩側受彎曲應力較大的部位，就有管身縱向破裂的可能。由于鑄鐵管質量不佳引起的三通或套筒爆裂也經常發生。而管件的爆裂又往往與支墩設計、施工不當牽連在一起。
　　 ②石棉水泥接口、膨脹水泥接口等剛性接口的握固能力不允許水管降溫收縮，在收拉情況下斷裂。南京地區溫度在－１０－４０度之間，水溫一般在４－３０度之間，而管道埋設大多在夏秋季節，從而導致水管產生與埋設時的最大負溫差達到３５度左右，受到的縱向拉力相當于管內承受著工作壓力的情況下，還要承受６．０Ｍｐａ左右內水壓力，所以在低溫季節管道在承受工作隊壓力的情況下，還要承受６．０左右的靜荷。難怪管道在冬季經常被拉裂和拉斷。如果管材正常的話，單承軸向拉力是足夠的，管道不斷，接口就會拉滑而滲漏，所以剛性接口就有拉斷即漏之慮。滲漏開始很小，隨著氣溫回升，接口來回脹縮，漏水逐漸滲出地面，所以天氣將暖，到處修漏，這是一個一直使人迷惑不解的迷團。漏水導致水土流失，土體變形，引起管道不均勻沉降，如果檢漏、修漏不及時，就會引起管道爆裂。
　　 ③由于市政建設，拓寬道路或者違章壓占，導致水管受到各種徑向位移，處于下沉和側向位移狀態，內部應力增大而且持續得不到釋放。當受到徑向壓力時，由于剛性接口將管線連成一體，插口受壓，引起小口徑管道管身斷裂，大口徑管道承口爆裂，這是由于水管的承受條件所決定的。大、中型管道由于不均勻沉陷而導致上、下方向位移，多數在上部爆裂。如２００１年１１月２９日雨花西路ＤＮ１２００管道下沉爆裂，豁口就在管道下方。市政工程施工時，也會造成水管兩邊地面負荷不均勻。當單側堆土過高或停放的各種施工機械過重時，就會使管道承受側向應力，導致在另一側承口爆裂。如鼓樓隧道施工時，由于挖方較大，側向土壓力引起ＤＮ５００水管爆裂，淹沒了隧道，造成很大的損失，公司不得不截斷隧道附近的水管，改道埋設。
　　 ④由于長距離鋪設焊接鋼管，而沒有安裝管道伸縮節，氣溫驟降時，管道軸向受拉引起鋼管焊縫拉裂。如２００１年１２月２５日因氣溫驟降，同時發生在北河口水廠ＤＮ１５００鋼管，江東南路ＤＮ８００鋼管焊縫拉裂。
　　 另外，另有土壤腐蝕導致爆管，排氣閥設置不當、失靈和水錘作用導致爆管。南京地區由于地勢平坦，管網基本成環，機泵的開停、閥門操作都由中心調度ＳＣＡＤＡ系統的測壓點壓力控制和調度，沒有明顯發生這類事故。
　　 對策
　　 １、采用新型管材，淘汰灰口鑄鐵管
　　 新埋大口徑管道中，應淘汰灰口鑄鐵管，而改用球墨鑄鐵管。兩者性能對照見表４。
　　 我公司近１０年來在中山東路、珠江路、廣州路等新敷設的球墨鑄鐵管沒有出現爆管和滲漏現象。對于ＤＮ２００以下水口徑管道，我公司近年來大多使用ＵＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰＲ等塑料管材，接口采用膠圈滑入或熱融。由于塑料管材的韌性好，延伸率大，抗拉、抗彎強度大，使用至今，也無斷裂和滲漏現象。而且塑料管材內壁光滑，水頭損失小，抗腐蝕性能穩定，水質也較鑄鐵管和鍍鋅鋼管好，用戶容易接受，為水司贏得較好的聲譽。
　　 ２、精心設計，周密考慮
　　 在管線工程中應因地制宜設置有效的排氣閥、水錘消除器，鋼管每隔一段距離應設置管道伸縮節，泵房設微阻止回閥，管道充水時應打開消火栓和泄氣閥排氣，閥門啟閉嚴格按操作規格進行。在硬基和軟基交接處安裝萬向伸縮器，消除不均勻沉降造成管道位移，引起管道內部產生的應力。
　　 ３、提高施工技術，保證施工質量，嚴格按照設計要求和施工規范施工。
　　 管道工程施工中特別要注意金屬管材的防腐質量。在基礎處理、復土要求、埋設及借轉等方面不要嚴格按照施工規范要求進行，還要注意在運輸、吊舉過程中防止損壞管道和防腐。
　　 ４、加強暗漏檢測和漏水修復
　　 我公司２００４年４月新成立檢漏中心，購置了先進的檢漏設備，加檢考核，把檢漏水量和個人收入掛鉤，調動了檢漏人員的積極性。４至８月共檢出漏水量１０００多萬噸。同時規定漏水必須在２４小時內修復，不受節假日和上下班的影響。在降低產銷差率和減少爆管次數方面取得了比較明顯的成效。
　　 ５、結合道路出新改造，合理安排一定比例的管道進行改造。
　　 管網改造要因地制宜選用拆排、刮管涂襯、管中管和Ｕ－ＨＤＰＥ等多種方式，特別對路面開挖困難或管道內壁腐蝕嚴重而影響水質和流量，但管道結構尚能滿足安全要求的管道，更要通過技術經濟分析，合理選擇改造方式。我公司于２００１年１０月結合城市道路出新，將健康路ＤＮ５００的預應力管拆除，新敷設了ＤＮ５００的球墨鑄鐵管，根除了該地區經常爆管的頑癥。２００５年我公司將浦口區浦園路ＤＮ８００的預應力管采用Ｕ—ＨＤＰＥ工藝進行修復，該工藝的特點是將圓形ＨＤＰＥ管經專用設備漸進下壓成Ｕ型，直徑減少２０％－３０％，橫截面積減少４０％－５０％。Ｕ型ＨＤＰＥ管由加筋高強度專用纏繞帶保形后，由液壓牽引設備引進入要修復的管道內，然后用壓縮空氣沖入，使ＨＤＰＥ管與母管相貼合，修復后的管道即保持了ＨＤＰＥ管道優良的潔凈衛生，又具備了原有管道的高強度特性，承壓能力顯著提高。
　　 ６、結合爆管搶修，改善管網現狀
　　 在爆管檢修時，避免管道由于覆土沉降重新產生應力，我公司采用伸縮節加標準管修復。這樣既保證了管道修復速度，縮短修復時間，又能釋放管道由于長時間應變而產生而引起的軸向應力。
　　 ７、建立管網信息監控系統（ＳＣＡＤＡ）和優化調度軟件。
　　 我公司于１９９５年建立了ＳＣＡＤＡ系統，在全市供水管網建立３２個測壓點。根據各測壓點的壓力變化調度水廠二泵房機泵運行臺時，使整個管網壓力保持相對穩定，避免由于高、低峰水壓波動引起管網爆管。
　　 ８、運用現代科技手段，加強科學管理
　　 我公司與解放軍理工大學共同開發了ＧＩＳ系統，該系統包括：圖檔管理系統、管網錄入系統、查詢統計系統和搶修決策系統四個系統部分。并通過企業網與ＳＣＡＤＡ系統、抄收系統等聯網，提高管網的科學管理水平。
　　 ９、立法保護城市供水管道及附屬設施
　　 爭取政府及早批準立法“城市自來水管道設施保護法”。從法律上對供水管道予以保護，杜絕野蠻施工和違章壓占對城市自來水管道帶來的破壞；建立專門的供水監察大隊，依法制止破壞城市供水管網的行為和偷盜水行為，確保城市供水管網的安全。
　　 １０、建立搶修中心，健全維修臺帳。
　　 我公司從１９９９年開始建立供水熱線１１０聯動搶修中心，使爆管和漏水的信息能及時傳遞、快速反應、及時搶修恢復正常供水。并健全維修臺帳，作為繼續深入探討的依據。
　　 結論
　　 安全供水，優質服務，是供水企業服務于社會的宗旨。供水管道路的爆裂確實已經影響到供水服務，牽制了供水企業干部職工乃到政府有關領導方方面面的精力，影響了企業的社會形象，亟待供水部門認真解決。爆管的原因找到了，對策也有了，關鍵問題是對癥下藥，解除病癥。首先，我們要做到“新帳不欠”，從立項、擴初、設計、選材，施工安裝、附屬設備（伸縮節、排氣閥等）等環節精心研究，周密考慮，確保新敷設的給水管道工程質量；其次，要分清輕重緩急和主次，有計劃地逐步更新、修換經常出問題的管道，分階段“還清舊債”。期望通過我們的努力，大家一起形成研究爆管成因的氛圍，徹底根治爆管這個頑癥，確保城市供水動脈的暢通，提高我國城市供水管網的施工和養護技術水平。