基础沉降引起给水管道爆管原因及处理措施

刘秋菊1 ，任建峰 2，张强 3，陈景国4

刘秋菊（濮阳市自来水公司，河南省，濮阳市，邮编：457000）

摘要：市政给水是城市重要的基础设施，市政管道工程具有路线长、沿线地质条件多变、构筑物外露的特征，要确保市政给水工程建设有序发展，管道基础的稳定性是管网工程寿命的关键环节。在一些特定因素影响下管道地基会发生变形、下沉，引起管道断裂、渗漏、爆管等后果。因此,要及时保质保量施工成为城市管网建设的一大难点，同时也增加了工程的复杂性，就要了解造成给水管道基础沉降引起爆管的影响因素，早期做好防治对策，后期做好维护管理。

关键词：管道、基础、沉降、变形

分类号：TU991.05

一、地基的沉降造成管道爆管的影响因素与危害

（一）地基土质不同

通常情况下地基土是一种具有可压缩的松散颗粒体，容易受外界影响造成压缩、变形，管道经过不同密实度的土质，在有压管道的长期的负荷下，造成了不同程度的沉降。或者地下水位升高使不同土质发生不同程度的变形，致使管道出现局部下沉这是导致管道沉降的内在原因。

（二）管道地基承载力、伸缩应力超荷载

管线基础受力情况较为复杂，引起沉降、变形的应力大致可分为地基承载力和地基土温度、湿度变化和不均匀冻胀引起的伸缩应力两个方面。特别是邻近有开挖工程施工，或重物堆积造成基础承载力不足，负荷过高造成地基滑移或沉降；或受到车辆振动或机械设备振动造成地基震动产生压缩变形，导致管道基础局部下沉。

（三））管周土层流失

1、 管道周围渗水、漏水造成基础沉降、变形 

地面径流或管道渗流在管顶、管底或管道两侧渗漏、冲刷导致基础土层流失，产生不均匀沉降，导致管道移位、下沉。或管周污、雨渗水、外溢，使给水管道基础和周围土体产生液化，地基土层变形，也是造成基础下沉管道爆管的重要原因之一。

2、管体、管材裂缝渗漏

管道由于以下几种原因造成裂缝，导致管道内自来水渗漏，冲刷地基，造成管道基础变形。

 （1）前期选用管材材质或规格不合适，造成管道使用承压后渗漏、断裂。如：工程未进行勘察就盲目设计，结构没有按有关要求进行精确计算，荷载凭经验估算，设计出现管道基础底面积过小、管道覆土过浅、或对最大荷载处管道承压情况缺乏考虑，使压力高出管道、地基容许承载力，造成部分管道结构及基础破坏等后果。

（2）材料采购把关不严 工程选择劣质材料或不符合规格要求的材料，安装后导致给水管道系统渗漏，施工材料质量参差不齐、有裂纹、缺口、划痕、砂眼、防腐除锈不达标等情况，导致管材锈蚀、渗漏、断裂、爆管。

（3）管网老化、损伤、腐蚀、结垢：长期埋设在地下的供水管道由于受到土壤腐蚀和电化学腐蚀的作用，造成管壁变薄、强度降低，管网老化现象逐步加剧，主要表现为管体老龄化、脆性大、强度低、焊缝腐蚀穿孔、连接位置的胶圈老化、水泥保护层脱落、管道结垢等。特别是管龄过长的管道，腐蚀、结垢交互作用，管道阻力增大、通水能力降低，管壁疲劳，更加剧了爆管的危险。

（四）施工铺设不规范  

在施工各个环节中，没有严格按照规范、标准施工，也是造成爆管概率居高不下的主要原因。

1、基础开挖、回填达不到标准要求 ：当管沟基础少挖或超挖，管道埋深过深或过浅，带水回填，填料质量欠佳，管身两侧、管顶碾压夯实时压力不均，压实机具不合适都会影响压实效果造成荷载过大造成管道沉降引发爆管；

2、管道铺设没按标准、设计、规范施工：在拖管过程中管体产生影响强度的划痕，施工中造成管壁内部涂层脱落，管体外防腐除锈被损坏，无配备适宜的施工设备和施工材料，以及施工人员操作偏差，都会给管道工程留下质量隐患。

3、支墩设置数量、大小、受力位置不对：在给水管道施工过程中，为了避免管内水压力导致管道接口处松动，需要在管道系统的水平弯头、管道末端、三通接口等处进行混凝土支墩浇筑，避免管节松脱的关键是在适当的受力位置设置合适的支墩数量、最佳支墩尺寸，保证混凝土浇筑质量，避免管道渗漏。

4、定向钻顶管施工不规范：定向钻顶管没注浆灌浆加固管体或注浆灌浆不够等原因，造成整个地下管网铺设完成后，管道承压后出现了管道移动、地基局部下沉等质量问题。

5、管道接口处理不当：在给水管道施工建设中，管材与管材间接口的连接材料、质量、形式以及构造和设置位置等处理不合适，均可能造成管道接口处发生渗漏，要特别注意热熔接口、焊口、承插接口管道及安装弯距过大的刚性管道接口的处理。

6、阀门井变形和下沉：阀门井施工质量差产生变形和下沉，或井室外没有进行砂浆搓缝，井内抹灰没有压好光等，使井壁与管道接触处不严密，在通水后压力变化导致管道松动、磨损，造成管道渗漏、断裂、爆管等，施工质量和检查的不到位，造成渗漏这是管道下沉的主要原因之一。 

7、管道压力过高：管道内压力突变也会使管道断裂爆管，一般有以下下几种原因：

施工试压不规范：在拖管后试压、分段试压、整体试压阶段没按规范和标准试压，造成了通水后管道承压渗漏、断裂、爆管。

管网运行压力调度不当：压力调度不当使得管网压力不能保持相对稳定，在高、低峰水压波动会引起爆管事故发生，特别是接口脆弱、老化的管网发生事故频率更高。

管道存气造成管道内压力突变：管道存气使供水管道内压力持续高压或压力的骤变，安装或维修管道后空管开阀通水的速度过快，容易形成水锤而造成管道破裂。

二、防治对策及维护管理：基础下沉引起爆管问题的防治措施可分为主动措施和被动措施两大类。

（一）主动措施：主动措施是事故发生之前采取的一种预防性措施。

1、勘察、设计阶段要科学、合理设计：在设计时充分考虑到地形地质问题，提前采取措施，避免施工中可能会出现的危险事故及地面下陷的等问题，设计时要特别注意以下几个因素：

（1）合理设置阀门和支墩：视需要和地形情况合理设置阀门、排气阀等 。在管道弯头、三通、渐缩接头、消防栓等处均用C20砼设置混凝土支墩，法兰阀门用砖砌支墩加固。对于在松软土质上敷设的管道，为防止地基不均匀沉降造成对管道的影响，应考虑增加管道支墩。

（2）防止温度、伸缩应力造成管道断裂：在设计中要充分考虑当地天气、地质、管材、铺设方式的影响，尽量减小温差影响，同时尽量增大土壤对管壁的摩擦力。

钢管设计要注意在适当的位置设置柔口，从两侧向中间装管时安装伸缩器以防温度应力。

在硬基和软基交接处安装伸缩器，以消除不均匀沉降造成管道位移，引起管道断裂。

长距离铺设的PE管道与金属管道连接，要在合适的位置设置伸缩器，提供足够的变形余量，以减少聚乙烯材料的物理特性对管道的危害，防止管道的热胀冷缩造成的管体移位，大大降低漏损风险。

定向钻进的PE管道两侧均要设置伸缩器，以补偿PE管道的纵向回缩量，防止管道拉伸断裂。

2、施工阶段要严格遵守施工规范，确保施工质量：施工各个环节都要严格执行施工质量准则，切实提高施工质量。选材尽量推广新型管材，逐步淘汰老旧管材，采用合适的、经久耐用且性价比高的给水管材，加强原材料的进场验收，严禁将不合格的材料用于施工。运输及贮存管材要规范、安全，严格按照《给水排水管道工程施工及验收规范》的要求进行施工全过程的验收。

3、运行过程中要建立有效的预防机制

（1）科学管理、合理调度。对管网系统进行科学管理，合理调度管网压力，使管网运行压力在安全范围内运行，既可以节能，又可以降低管网爆损率；管网压力不稳定，高、低峰水压波动就会引起管网爆损事故发生，尤其是相对老化的管网发生事故频率更高。

（2）加大管网改造力度。对于超年限运行的局部管线及不良设施进行更新改造，降低管网爆管率，可有效提高供水安全性。

（3）建立《供水管网爆管抢修预案》，确保应对反应迅速。根据实际情况，建立《供水管网爆管抢修预案》，可以及时、迅速、有效地处理和抢修市政供水管网的各种爆管事故，最大程度保障城市供水和人民生命财产安全。抢修预案主要包括：明确应急处理组织机构的人员组成及职责、明确应急处理的流程及信息报告程序、明确不同程度爆管事故的处理措施等。

（4）加强管线巡查维护力度。建立健全工作责任制，将全市管网分片落实到人，实行定线、定时、定人、轮流巡线。在管线周围有施工时，巡线工作人员要跟踪监护管线，防止人为挖断管线和影响管线日后维护。要经常对裸露的钢制供水管道进行检查，定期做好防腐维护工作。充分调动群众的积极性，一旦发现漏水要及时向供水部门报告。通过管网普查掌握管线薄弱环节，在管线综合平面图上标出易出现爆管事故的位置，让抢修人员做到心中有数，以便采取合理的调度策略，尽可能减少事故的影响范围。

（二）防爆管的被动措施：被动措施是指当爆管事故发生后，采取的及时的、有效的救急措施，使事故的影响范围和造成的损失控制在最小的范围之内。

1、建立事故快速反应优化决策及处置机制：建立事故处理的优化决策支持系统 (例如施工力量的最优调度、最优路线选择等)，合理组织抢修施工，提高抢修速度，减少停水范围及时间，对事故全方位、高效能的做出迅速反应等以提高抢修效率。

2、加强管网检漏队伍建设：建立健全管网检漏队伍，配备管网检漏所需的先进技术装备，做到检漏人员职责明确，分工清晰，及时发现早期漏水点，防止漏水点的扩大。定期对管网进行全面检漏，有计划的分区、分线进行管网检漏，对年久老化、质量较差的管线重点定期监测。

3、合理采取解决措施，尽量减少社会影响、降低修复成本：根据现场沉降破坏程度科学的进行点状修复或整体修复，尽量减少工程对城市居民生活生产的影响，降低修复成本。

结语：市政给水工程，是市政工程建设中较隐蔽的、复杂的地下工程，我们要做到前期杜绝各种引起地基沉降的种种不利因素，后期要安全、经济合理的进行沉降地基处理，在运行中建立职责明确、配合协调、反应迅速的科学管理机制是不可缺少的，更要利用先进的科技手段和先进的仪器设备，彻底根治爆管这个顽症，确保城市供水动脉的畅通，以达到提高供水企业的社会效益和经济效益的目的。

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