給水管網爆管原因分析及對策

王 帥 王慶國

(四川大學建筑與環境學院，四川成都 610200)

0 引言

市政供水系統是維持城市正常生活、生產秩序的生命線，也是公共安全的重要保障。城鎮供水管網的運行可靠與否，同城鄉人民的生活、工作、工業生產等各個方面息息相關[1，2]。管道爆管事件的發生，不僅造成水源浪費，供水中斷，道路被沖，影響交通，直接影響供水企業和用戶的經濟效益，同時責任單位也將面臨嚴重的信譽危機。因此，市政供水系統的爆管研究具有非常重要的社會，經濟和環境意義。

本文通過總結現有資料，從溫度變化、管段年齡、管路銹蝕和管材這四個方面對給水管網突發性爆管問題進行探討，并在此基礎上提出改善策略。

1 爆管原因分析

1.1 氣溫變動與爆管

溫度是能夠促發給水管網突發性爆管的一個主要原因，且通常來講氣溫越低，爆管次數越多。將我國某市區2004年～2006年3年DN400以上管徑的爆管資料進行統計分析[3]，整理得到爆管事故月份分布規律(見圖1)。發現從10月份～1月份這四個寒冷月份的爆管率占全年爆管比例一半，即當溫度較低時爆管發生率急劇攀升。我國學者張玉先[4]、舒青松等[5]對其進行了深入研究，歸結起來有以下兩點:

1)國內常用的市政管材分為兩類:金屬管與非金屬管材。兩種管材線膨脹系數較大，即溫度每改變1℃，管線的長度改變量較大，則其因溫度變化而產生的縱向應力就越大。而供水管道能承受的各種壓力中，縱向應力的損害最大[4]，故而溫度變化易引起爆管。

2)管網的施工季節，往往是溫度較高的夏季，管線的縱向形變較大。到了冬季環境溫度和水溫驟然降低，管道縱向就會收縮，形成一個極大的縱向拉伸應力從而破壞管道[5]。

圖1 爆管發生月份所占比重

1.2 管路年齡與爆管

大多數產品的故障率隨時間的變化曲線形似浴盆，故將故障率曲線稱為浴盆曲線[6]。對于水管而言也是如此。整個管段的生命周期可以分為三個階段:早期故障階段，偶然故障階段及耗損故障階段。

第一階段是安裝后的初期階段，爆管的主要原因是施工與管材質量。此時爆管率較高，一旦發生爆管，則需修復。修復后爆管頻率會逐漸減少。

第二個階段是穩定階段，管道的運作相對穩定。此時管路進入“黃金年齡”，爆管率較低。只有當外部載荷過大或某些特殊原因發生時，才會發生爆管。此時的爆管常由不堪重負、水壓變動等等外界因素所致。

第三階段是老化階段，因為管材的衰老和退化，在這一階段的爆管的頻率顯著增加[7]。

1.3 管路腐蝕與爆管

城市供水管網DN400以上常用金屬管，金屬管由于保護不當等因素易出現管路腐蝕現象。管路的腐蝕所引起的爆管，主要有以下兩個因素:

1)金屬管路腐蝕生銹將會造成管路的承壓能力急劇下降，誘發爆管事故的發生;

2)管道一旦發生局部腐蝕，所受水的壓力分布便處于不均勻狀態。這種受力不均勻狀態將會加速管道腐蝕從而加速穿孔腐蝕速率。伴隨著穿孔腐蝕的發生發展這種受力不均勻狀態漸漸轉化為局部的應力集中，應力集中越大爆管也就越容易發生。

1.4 管路材料與爆管

1)鑄鐵管。

目前已有研究證實[8]，爆管管材中，鑄鐵管居多，鑄鐵發生爆管時管齡一般在20年～30年，在鑄鐵管中，以我國早年使用的連續澆鑄鑄鐵管爆管事故率最高，其次為直澆灰鑄鐵管、離心澆鑄鑄鐵管，而近幾年采用的球墨鑄鐵管發生爆管現象極少。

鑄鐵管屬于金屬管道，耐腐蝕性較差。灰口鑄鐵管脆性高，但強度低。且其連接部分為剛性連接，無法承受由于溫度變化、地面沉降以及其他載荷，接口部位極易發生爆管[9]。同時，由于我國早期使用的管道鑄鐵管較多，根據上述“管路年齡與爆管”的分析，目前很多鑄鐵管極有可能已經到達使用周期的“耗損故障階段”，發生爆管的可能性較大。這也是鑄鐵管相比其他管材爆管率較高的又一原因。

2)塑料管。

近年來，隨著塑料行業在國內的蓬勃興起，一批質優價廉的塑料管材已在市場中占有了較高的份額。其中以聚氯乙烯管材(PVC)和聚乙烯管材(PE)在給水管路中應用的最廣，目前，國內新建設給水項目中DN400以下的管道大多數都采用這兩種管材。

PVC管質輕耐用，色澤美觀，光亮平滑，耐老化，使用壽命長，物化性能優良，耐化學腐蝕，抗沖強度高。因而是一種頗為流行并且也被廣泛應用的一種管材。但其也有自身的缺點:脆性較大、剛度不夠。在實際使用過程中，如果未按規范要求進行管路施工，則爆管率大大增加。

PE管擁有良好的衛生性能、卓越的耐腐蝕性能、長久的使用壽命、較好的耐沖擊性、可靠的連接性能、良好的施工性能。近幾年在給水管線設計施工中倍受青睞。但PE管采用熱熔或電熔接口，在施工過程中因施工不當會使日后使用過程中爆管幾率大大增加。

2 爆管防治對策

2.1 改善供水管的制造工藝，合理的選擇，探索新的管型

鑄鐵管是供水管理想的材料。然而，灰口鑄鐵管由于制造過程中的技術因素，極易產生爆管的危害。因此，建議使用球墨鑄鐵管，因為它有更高的拉伸強度，更好的韌性，更耐沖擊，爆管概率極低。

2.2 防止管道溫度應力

應嚴格按最新“國標”進行設計施工以最大限度防止管道溫度應力的產生。同時，寒冷季節對管路進行施工調試的時候，應做好保溫防凍措施。有條件的地區可以采用氣壓試驗。對于有較大溫度變化的管線，應特別注意管段自身形變產生應力的消除。

合理設置管道伸縮節，避免過大的管道溫度應力。

通過對不同管材的線膨脹系數分析可知，金屬管(常用鑄鐵管與鍍鋅鋼管)相比非金屬管(常用UPVC)線膨脹系數要小得多。尤其是鑄鐵管中的球墨鑄鐵管線膨脹系數是UPVC管的1/7，同時因溫度產生的應力相比其他非金屬管要小得多。所以在因溫度產生管線應力較大的片區，推薦使用球墨鑄鐵管。

2.3 對管道進行日常維護

時時觀察管道的通水特性，加強對管道的日常維護。一旦管道通水能力下降，必須馬上采取措施恢復其正常流量。注意防止金屬管道的腐蝕尤其是穿孔腐蝕的發生，防止爆管事故的發生。

3 結語

城鎮供水突發性爆管事故嚴重威脅人民的生產生活，而爆管的發生又與多種因素密切相關。但若從管路管段年齡、溫度變化、管路銹蝕以及管材等角度出發，對爆管事故進行深刻剖析，找出它們的相關關系并逐漸形成爆管的防治對策，控制城市管網的爆管率在一個較低的范圍也是很有可能的。

[1]殷建新.供水管網爆管原因及預防方法[J].浙江水利科技，2001(2):55.

[2]狄婉茵，李樹平，梁小光，等.2010年國內媒體報道給水爆管事故分析[J].公共安全，2011(23):1-5.

[3]榮宏偉，張朝升，張立秋，等.城市給水管爆管機理分析[J].Journal of Guangzhou University(Natural Science Edition)，2008，7(7):59-63.

[4]張玉先，陳 欣，張 碩，等.常州市大口徑輸水鋼管爆管原因與對策研究[J].給水排水，2006，32(7):57-59.

[5]舒青松，毛 勇.寒冷天氣條件下珠海市供水管網爆管分析及應對措施[J].給水排水，2010，36(5):110-113.

[6]PELLETIER GMAILHOT A，VILLENEUVE J P.Modeling Water Pipe Breaks Three Case Studies，Water Resources Planning and Management[J].2003(3):115-123.

[7]何 芳，劉遂慶.供水管網爆管事故分析與對策探討[J].管道技術與設備，2004(5):20-23.

[8]薛士科.給水管網爆管原因分析及防治對策[J].冶金能源，2007，26(1):54-57.

[9]李 星，楊艷玲.城市供水管網爆裂的成因及措施[J].建設科技，2008(6):76-77.