供水系统管道爆裂原因及规律分析

(太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原 030024)

0 引言

城市供水在居民生活和生产中占有重要地位。供水管网是城市不可缺少的基础设施之一，也是城市生命线工程的重要组成部分。近年来，由于城市化进程的加快，城市规模的不断扩大，城市供水系统规模趋于大型化，供水系统中的管网分布亦日趋复杂，管道长度不断增加;同时，城市供水管网老化情况日益加重。这些都诱使了城市供水管网爆管事故的频发。如何有效的解决城市供水管网的爆管问题已成为国内外各供水部门普遍面临的问题。

1 爆管事故举例

目前国内外有很多学者针对爆管事故的发生机理进行了研究，爆管原因主要有管材、管径、管龄、埋深、环境温度、供水系统影响以及人为因素等方面。现在就以国内近年来发生的部分爆管事故进行历史数据分析，针对其爆管原因进行统计分类。根据有关资料显示:

1)2004年2月28日，郑州市徐寨村内一DN600的自来水干管突然发生爆裂，致使村内3条街道被淹。抢修人员表示该次爆管事故是由于水泥管道老化，天气忽冷忽热等因素引起的。

2)2005年11月29日，郑州市农业路与桐柏路交叉口处一自来水管爆裂，造成了桐柏路北段部分居民停水。自来水公司对此次爆管事故发表声明，称该事故是由市政部门埋设的中水管压断了自来水管道引起的。

3)2006年5月4日下午，成都市双林路一根直径DN1000的主干线输水管发生爆裂。有关人员判定该次爆管是由于气温冷热不均造成的水管自然爆裂。

4)2006年12月30日，郑州市柿园水厂通往市区的一根自来水主管道爆裂。自来水公司表示，很多大货车从此经过，管道根本经受不住载重动荷载的碾压作用是导致这次爆管事故的主要原因。

5)2008年12月7日晚10时，成都市双林路一直径约为DN300的自来水管突然爆裂。工作人员表示爆管的原因估计是由于双林路改造施工改变了原有道路使用功能，加大了地表的负担并导致路面变形，导致水管不堪重负发生破裂。

6)2009年5月8日，郑州市经三路与红专路交叉口一直径DN400的自来水主干管爆管。工作人员表示爆管原因是路面通行车辆较多，地下水管压力过大导致水管受力不均产生的爆管事故。

7)2009年11月2日，成都市八里庄路与青龙场立交桥交汇处一根直径DN500的自来水管道突然发生自来水爆管事故。有关人员初步判定该次爆管是由于气温冷热不均以及水管老化造成的水管自然爆裂。

8)2010年10月17日，郑州市郑上路立交桥下的供水管发生事故，直径DN800的供水主干管突发爆裂。据分析，爆管原因有两种可能:a．该管段为1976年敷设的铸铁管道，管道老化;b．桥身占压管道、大量重载车辆长期碾压，最终导致事故的发生。

9)2010年11月23日，中法原水有限公司(原白庙水厂)南侧的外运公司家属院内一条出厂水干管发生爆裂。爆裂原因现已初步查明:a．管材年代久远老化，为1982年敷设;b．进入冬季，昼夜温差较大，也易引起管道爆裂;c．为满足群众供水需求，主管网不得不高压运行和超负荷运行。同时这次事故与不久之前柿园水厂爆管也有一定的关系，因为郑州的西区用水本来是由柿园水厂提供的，爆管后压力减小，为补偿西区的供水压力，郑州的白庙水厂和东周水厂都在向供水网加压供水从而直接导致白庙水厂出水干管压力增大。

10)2011年7月21日，杭州天目山路八字桥公交车站附近，一根直径DN900的自来水主干管道管端接口破损导致爆管事故发生。爆管原因有两种可能:a．该地下水管是1980年埋下的钢筋混凝土管，已服役30余年，管道老化严重，承重耐压能力相对较弱;b．由于管道位于天目山路快速公交车道，长期大流量交通负荷导致路基下沉，管道不堪重负，导致管道接口破损。

2 爆管原因分析

爆管是由于管道受到的荷载超过了其极限承受荷载而导致了管道结构的破坏。

对于这种结构性管道破裂根据管道受力的外在表现形式的不同可将其原因归结为:

1)管材材质差，强度低;

2)内外负荷过高;

3)管材年久、腐蚀老化;

4)地基不均匀沉降;

5)温度变化;

6)管道压力过大;

7)其他工程在管线附近进行，造成管道周围土体移位等等;从其表现形式上来划分，又可分为自然因素和人为因素。

在管道安全运行管理和爆管分析中，需要对爆管机理有充分准确描述，对这些因素进行检测管理。

根据对上述十起事故爆管原因的分析，事故①，③，⑦，⑧是由于外界气温冷热不均引起;事故②是由于施工不当造成;事故④，⑥，⑨，⑩是由于道路承受不了车辆碾压的荷载导致的管段爆裂;事故⑤是由于道路改造改变了原路面的使用功能，致使管段承受过大压力以至于爆管事故的发生。事故⑧的爆管原因还包括供水管网系统压力的影响。与此同时几乎所有爆管事故的发生都伴随着管道服役年限长，管网老化的原因。类似的由于管道老化造成的爆管事故还有2009年10月28日，杭州文晖路半道红桥的桥面路段自来水管爆管事故，2010年4月9日，杭州市庆春路水管爆裂事故以及2010年6月30日，玉古路西溪路口，地下的老化水管破裂事故。

3 结语

以下以爆管历史数据为基础，采用了统计学的方法对爆管规律方面进行了一些研究，得出了以下爆管统计规律:

1)管材。

目前在用于城市给水管网的管材中，铸铁管是历史最久的且至今仍占着较大的比重。根据我国多年来的研究表明，在实际工程应用中，不同管材发生爆管的频率不同，其中灰口铸铁管＞钢筋混凝土管＞钢管＞球墨铸铁管。

2)时间规律。

夜晚的爆管频率一般高于白天。

3)温度。

爆管事故在高温或低温天气比气温适中天气发生次数要多。爆管事故常发生在每年冬冷寒潮回暖期间，这几天内爆管、断管、漏水事故多发，尤其是耐受性差的小口径灰口铸铁管。有研究表明:在冷冬时节小口径灰口铸铁管爆裂的次数占全年爆管总数的50% 左右［1］。

4)聚集现象。

Coulter和Kazemi从时间和空间两方面对管道爆管事故进行分析后得出结论:有足够的证据证明管道经过一次维修结束之后不久很有可能在其附近不断发生更多的爆管事故［2］。一般管网中老街区发生管道爆管事故聚集的情况要多于新建街区。

5)接口形式。

刚性接口的管道比柔性接口的管道爆管的几率大。一般情况下，石棉水泥接口的小口径铸铁管管身断裂、大口径管道承口爆裂的概率比较大。

6)埋设深度。

埋设较浅或埋深太大的管道均易发生爆管。

7)周边环境。

由于给水管道中敷设于地底的管道与阀门阀件会受到管道周边土壤环境中的电腐蚀等因素影响，因此周围的土壤环境也对爆管事故的发生有一定影响［3］。

［1］何 芳，刘遂庆．供水管网爆管事故分析与对策探讨［J］．管道技术与设备，2005(4):20-23．

［2］方丹霞．基于GIS的城市供水管网隐患分析及安全管理［D］．西安:西安建筑科技大学，2007．

［3］何 芳，刘遂庆，陈明吉，等．供水管网爆管问题的空间分析研究［J］．中国水网，2005(2):20-22．