给水管网爆管原因分析及对策

王 帅 王庆国

(四川大学建筑与环境学院，四川成都 610200)

0 引言

市政供水系统是维持城市正常生活、生产秩序的生命线，也是公共安全的重要保障。城镇供水管网的运行可靠与否，同城乡人民的生活、工作、工业生产等各个方面息息相关[1，2]。管道爆管事件的发生，不仅造成水源浪费，供水中断，道路被冲，影响交通，直接影响供水企业和用户的经济效益，同时责任单位也将面临严重的信誉危机。因此，市政供水系统的爆管研究具有非常重要的社会，经济和环境意义。

本文通过总结现有资料，从温度变化、管段年龄、管路锈蚀和管材这四个方面对给水管网突发性爆管问题进行探讨，并在此基础上提出改善策略。

1 爆管原因分析

1.1 气温变动与爆管

温度是能够促发给水管网突发性爆管的一个主要原因，且通常来讲气温越低，爆管次数越多。将我国某市区2004年～2006年3年DN400以上管径的爆管资料进行统计分析[3]，整理得到爆管事故月份分布规律(见图1)。发现从10月份～1月份这四个寒冷月份的爆管率占全年爆管比例一半，即当温度较低时爆管发生率急剧攀升。我国学者张玉先[4]、舒青松等[5]对其进行了深入研究，归结起来有以下两点:

1)国内常用的市政管材分为两类:金属管与非金属管材。两种管材线膨胀系数较大，即温度每改变1℃，管线的长度改变量较大，则其因温度变化而产生的纵向应力就越大。而供水管道能承受的各种压力中，纵向应力的损害最大[4]，故而温度变化易引起爆管。

2)管网的施工季节，往往是温度较高的夏季，管线的纵向形变较大。到了冬季环境温度和水温骤然降低，管道纵向就会收缩，形成一个极大的纵向拉伸应力从而破坏管道[5]。

图1 爆管发生月份所占比重

1.2 管路年龄与爆管

大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，故将故障率曲线称为浴盆曲线[6]。对于水管而言也是如此。整个管段的生命周期可以分为三个阶段:早期故障阶段，偶然故障阶段及耗损故障阶段。

第一阶段是安装后的初期阶段，爆管的主要原因是施工与管材质量。此时爆管率较高，一旦发生爆管，则需修复。修复后爆管频率会逐渐减少。

第二个阶段是稳定阶段，管道的运作相对稳定。此时管路进入“黄金年龄”，爆管率较低。只有当外部载荷过大或某些特殊原因发生时，才会发生爆管。此时的爆管常由不堪重负、水压变动等等外界因素所致。

第三阶段是老化阶段，因为管材的衰老和退化，在这一阶段的爆管的频率显著增加[7]。

1.3 管路腐蚀与爆管

城市供水管网DN400以上常用金属管，金属管由于保护不当等因素易出现管路腐蚀现象。管路的腐蚀所引起的爆管，主要有以下两个因素:

1)金属管路腐蚀生锈将会造成管路的承压能力急剧下降，诱发爆管事故的发生;

2)管道一旦发生局部腐蚀，所受水的压力分布便处于不均匀状态。这种受力不均匀状态将会加速管道腐蚀从而加速穿孔腐蚀速率。伴随着穿孔腐蚀的发生发展这种受力不均匀状态渐渐转化为局部的应力集中，应力集中越大爆管也就越容易发生。

1.4 管路材料与爆管

1)铸铁管。

目前已有研究证实[8]，爆管管材中，铸铁管居多，铸铁发生爆管时管龄一般在20年～30年，在铸铁管中，以我国早年使用的连续浇铸铸铁管爆管事故率最高，其次为直浇灰铸铁管、离心浇铸铸铁管，而近几年采用的球墨铸铁管发生爆管现象极少。

铸铁管属于金属管道，耐腐蚀性较差。灰口铸铁管脆性高，但强度低。且其连接部分为刚性连接，无法承受由于温度变化、地面沉降以及其他载荷，接口部位极易发生爆管[9]。同时，由于我国早期使用的管道铸铁管较多，根据上述“管路年龄与爆管”的分析，目前很多铸铁管极有可能已经到达使用周期的“耗损故障阶段”，发生爆管的可能性较大。这也是铸铁管相比其他管材爆管率较高的又一原因。

2)塑料管。

近年来，随着塑料行业在国内的蓬勃兴起，一批质优价廉的塑料管材已在市场中占有了较高的份额。其中以聚氯乙烯管材(PVC)和聚乙烯管材(PE)在给水管路中应用的最广，目前，国内新建设给水项目中DN400以下的管道大多数都采用这两种管材。

PVC管质轻耐用，色泽美观，光亮平滑，耐老化，使用寿命长，物化性能优良，耐化学腐蚀，抗冲强度高。因而是一种颇为流行并且也被广泛应用的一种管材。但其也有自身的缺点:脆性较大、刚度不够。在实际使用过程中，如果未按规范要求进行管路施工，则爆管率大大增加。

PE管拥有良好的卫生性能、卓越的耐腐蚀性能、长久的使用寿命、较好的耐冲击性、可靠的连接性能、良好的施工性能。近几年在给水管线设计施工中倍受青睐。但PE管采用热熔或电熔接口，在施工过程中因施工不当会使日后使用过程中爆管几率大大增加。

2 爆管防治对策

2.1 改善供水管的制造工艺，合理的选择，探索新的管型

铸铁管是供水管理想的材料。然而，灰口铸铁管由于制造过程中的技术因素，极易产生爆管的危害。因此，建议使用球墨铸铁管，因为它有更高的拉伸强度，更好的韧性，更耐冲击，爆管概率极低。

2.2 防止管道温度应力

应严格按最新“国标”进行设计施工以最大限度防止管道温度应力的产生。同时，寒冷季节对管路进行施工调试的时候，应做好保温防冻措施。有条件的地区可以采用气压试验。对于有较大温度变化的管线，应特别注意管段自身形变产生应力的消除。

合理设置管道伸缩节，避免过大的管道温度应力。

通过对不同管材的线膨胀系数分析可知，金属管(常用铸铁管与镀锌钢管)相比非金属管(常用UPVC)线膨胀系数要小得多。尤其是铸铁管中的球墨铸铁管线膨胀系数是UPVC管的1/7，同时因温度产生的应力相比其他非金属管要小得多。所以在因温度产生管线应力较大的片区，推荐使用球墨铸铁管。

2.3 对管道进行日常维护

时时观察管道的通水特性，加强对管道的日常维护。一旦管道通水能力下降，必须马上采取措施恢复其正常流量。注意防止金属管道的腐蚀尤其是穿孔腐蚀的发生，防止爆管事故的发生。

3 结语

城镇供水突发性爆管事故严重威胁人民的生产生活，而爆管的发生又与多种因素密切相关。但若从管路管段年龄、温度变化、管路锈蚀以及管材等角度出发，对爆管事故进行深刻剖析，找出它们的相关关系并逐渐形成爆管的防治对策，控制城市管网的爆管率在一个较低的范围也是很有可能的。

[1]殷建新.供水管网爆管原因及预防方法[J].浙江水利科技，2001(2):55.

[2]狄婉茵，李树平，梁小光，等.2010年国内媒体报道给水爆管事故分析[J].公共安全，2011(23):1-5.

[3]荣宏伟，张朝升，张立秋，等.城市给水管爆管机理分析[J].Journal of Guangzhou University(Natural Science Edition)，2008，7(7):59-63.

[4]张玉先，陈 欣，张 硕，等.常州市大口径输水钢管爆管原因与对策研究[J].给水排水，2006，32(7):57-59.

[5]舒青松，毛 勇.寒冷天气条件下珠海市供水管网爆管分析及应对措施[J].给水排水，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，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，2004(5):20-23.

[8]薛士科.给水管网爆管原因分析及防治对策[J].冶金能源，2007，26(1):54-57.

[9]李 星，杨艳玲.城市供水管网爆裂的成因及措施[J].建设科技，2008(6):76-77.