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計研究院,新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

KS隧洞是水工專業設計的一條地下隧洞，工程所屬區域為新疆荒漠戈壁區，常年干旱少雨，附近無可利用水源，施工供水管道負責向施工區域人員和隧洞施工提供必要的生活及生產用水。管道基本沿隧洞平行布置，全長41km，工程設計引水規模為170m3/h，最大揚程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月正式投入運行，2016年11月～2017年3月期間，管道爆管次數達到29次，爆管時部分地面段出現塌陷、大量涌水，冒泥漿現象，甚至在2月初臨近春節時，由于施工方人員回家探親，管道在此期間曾連續斷水達一個月之久。

2 事故調查及初步分析

2.1 初期原因分析

事故發生后，設計人員首先對設計進行自查，復核管線水力學及應力結構計算。初步分析原因如下：

(1)根據漏點的位置、壓力分布等分析，無規律可循。

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

(3)溫度應力，按規范[2]計算(溫度作用標準值可按管道閉合溫差±25℃計算)，溫差25℃對應的溫度應力(縱向應力)僅為77.87MPa，小于鋼管屈服強度325MPa。另外，焊縫強度本身要求不低于母材的強度。因此，可知并不是溫度應力引起的焊縫的開裂。

如圖1所示，設計人員認為管線在運行過程中焊縫開裂漏水的主因是焊縫質量，管道運行過程中承受壓力時，薄弱環節的焊縫首先開裂。

2.2 中期真相調查

為盡快查明事故原因，隨后設計單位、監理、施工及業主相關人員在2017年5月開始對管線進行排查，并試圖尋找爆管的原因，在現場發現問題整理如下：

(1)施工方未按設計圖紙施工，導致管道起伏點較多，局部管道段空氣閥未設置在最高點，爆管處水流出時有氣泡，證明管道進排氣不暢。

(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，產生不利水錘。

(4)對經常爆管部位隨機抽查五處檢驗管道埋深，并無一處達標，有些部位管頂帶帽僅有40cm，遠低于設計要求的2m高度，2017年2月停水一個月正是由于管道被凍壞無法正常供水的主因。

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

圖1 管線漏水點分布圖圖

圖2 爆管焊縫典型圖

3 事故處理及分析

3.1 管線修復處理方式

后期修復方案由建設單位委托設計單位進行研究，處理方案如下：

(1)把不在管道高點的空氣閥移至管道高點位置，部分位置還需新增空氣閥。

(2)水池進水側增設電液雙控制閥，閥門在高水位時緩慢關閉，低水位時開啟，避免在停泵時出現部分管道拉空的情況。

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

(4)優化變頻器的控制、調節方式，將水泵控制由高位水池液位參數控制改為出口壓力控制模式，當水池水位到高液位時，液位控制閥關閉，管道壓力繼續上升，在高于額定揚程2～5m時自動降頻停泵休眠，以泵出口壓力作為變量參數控制，應用此種調節方式達到變頻恒壓供水控制。當管道沿線分水口用水時，管道壓力下降，至額定揚程壓力時，水泵自動啟動，降頻自動適配沿線流量供水，實現自動化控制。

(5)要求廠家對沿線所有閥門進行檢查、維修，保證管道供水時閥門正常工作。

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、焊接質量、溫度應力、水錘、管道中存在氣體等有關。本工程爆管事故的主要原因有：

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

(2)施工原因。現場野蠻施工現象較為突出，對管線每隔100m挖一個探坑檢驗管道埋深，達標率僅為5%，管頂覆土不夠，在冬季寒冷天氣下管道易產生收縮變形，在水錘作用下，易發生爆管。設計圖紙中所有空氣閥均在管道凸起處，現場35%空氣閥安裝位置與設計出入大，施工方未按設計圖紙施工。

(3)設計原因。對運行工況估計不足，未考慮停泵后，中間用戶會從管道中取水的情況。

(4)設備原因。現場對部分空氣閥進行了高壓微量排氣測試檢驗，排氣孔堵塞或無高壓排氣功能。

(5)管理原因。現場管理較為松散，監理工程師責任心不強，對不符合設計要求的部位未進行嚴格要求，施工過程中檢測不規范。

4 結語

供水工程在2017年10月底修復施工完成，2018年1月20～30日，工地現場曾出現-45℃極端低溫天氣，管線持續正常供水，未再發生爆管事故，經受住了嚴寒天氣考驗，證明修復處理方式還是正確的。供水管道爆裂事故表明，任何一點施工及管理上的疏忽，都有可能造成嚴重質量事故，給業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方式處理，引起大家對管道設計、施工過程質量管控等方面的重視，避免類似情況發生。