KS隧洞施工供水管道爆管原因分析及处理措施

郭建飞

(新疆水利水电勘测设计研究院,新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

KS隧洞是水工专业设计的一条地下隧洞，工程所属区域为新疆荒漠戈壁区，常年干旱少雨，附近无可利用水源，施工供水管道负责向施工区域人员和隧洞施工提供必要的生活及生产用水。管道基本沿隧洞平行布置，全长41km，工程设计引水规模为170m3/h，最大扬程335m，管道全部采用螺旋焊管，管径为D325mm、D273mm两种[1]。

工程于2016年7月正式投入运行，2016年11月～2017年3月期间，管道爆管次数达到29次，爆管时部分地面段出现塌陷、大量涌水，冒泥浆现象，甚至在2月初临近春节时，由于施工方人员回家探亲，管道在此期间曾连续断水达一个月之久。

2 事故调查及初步分析

2.1 初期原因分析

事故发生后，设计人员首先对设计进行自查，复核管线水力学及应力结构计算。初步分析原因如下：

(1)根据漏点的位置、压力分布等分析，无规律可循。

(2)目前漏点基本上是焊缝开裂，开裂处并未发现纵向裂缝，说明目前并没有超压。

(3)温度应力，按规范[2]计算(温度作用标准值可按管道闭合温差±25℃计算)，温差25℃对应的温度应力(纵向应力)仅为77.87MPa，小于钢管屈服强度325MPa。另外，焊缝强度本身要求不低于母材的强度。因此，可知并不是温度应力引起的焊缝的开裂。

如图1所示，设计人员认为管线在运行过程中焊缝开裂漏水的主因是焊缝质量，管道运行过程中承受压力时，薄弱环节的焊缝首先开裂。

2.2 中期真相调查

为尽快查明事故原因，随后设计单位、监理、施工及业主相关人员在2017年5月开始对管线进行排查，并试图寻找爆管的原因，在现场发现问题整理如下：

(1)施工方未按设计图纸施工，导致管道起伏点较多，局部管道段空气阀未设置在最高点，爆管处水流出时有气泡，证明管道进排气不畅。

(2)部分空气阀未正常工作，甚至有水通过空气阀流出。

(3)由于管线中间还有其他用户，在泵站停泵期间，用户依然开阀引水，造成局部管道拉空，再次启泵时，产生不利水锤。

(4)对经常爆管部位随机抽查五处检验管道埋深，并无一处达标，有些部位管顶带帽仅有40cm，远低于设计要求的2m高度，2017年2月停水一个月正是由于管道被冻坏无法正常供水的主因。

(5)焊接质量原因，根据对现场人员了解，大部分管道是在4、5月进行焊接，在新疆北疆地区4月份依然有积雪，管道焊接后未进行保温直接置于有水或雪的沟槽中，高温焊接部位遇水会剧烈收缩，导致焊缝损伤，如图2所示。

图1 管线漏水点分布图图

图2 爆管焊缝典型图

3 事故处理及分析

3.1 管线修复处理方式

后期修复方案由建设单位委托设计单位进行研究，处理方案如下：

(1)把不在管道高点的空气阀移至管道高点位置，部分位置还需新增空气阀。

(2)水池进水侧增设电液双控制阀，阀门在高水位时缓慢关闭，低水位时开启，避免在停泵时出现部分管道拉空的情况。

(3)在中间用户增设持压减压阀，以保证该处沿线主管的压力，避免上游用户引水量较大时，下游用户压力不足。在中间用户放水阀后，增设数显压力变送器和卫星通信设备，压力变送器信号送至扬水泵站，当水泵停泵且各用户停止用水时可检测管线漏水或是否有盗水情况。

(4)优化变频器的控制、调节方式，将水泵控制由高位水池液位参数控制改为出口压力控制模式，当水池水位到高液位时，液位控制阀关闭，管道压力继续上升，在高于额定扬程2～5m时自动降频停泵休眠，以泵出口压力作为变量参数控制，应用此种调节方式达到变频恒压供水控制。当管道沿线分水口用水时，管道压力下降，至额定扬程压力时，水泵自动启动，降频自动适配沿线流量供水，实现自动化控制。

(5)要求厂家对沿线所有阀门进行检查、维修，保证管道供水时阀门正常工作。

3.2 事故原因分析

长距离输水管道爆管一般与钢材本身缺陷、焊接质量、温度应力、水锤、管道中存在气体等有关。本工程爆管事故的主要原因有：

(1)焊接质量原因。工程区昼夜温差较大，管道压力高，对焊口的质量要求较高，在焊接完成后不仅要做好保温措施，还应做探伤检测[3]，检查焊缝焊接质量是否满足规范及设计要求。

(2)施工原因。现场野蛮施工现象较为突出，对管线每隔100m挖一个探坑检验管道埋深，达标率仅为5%，管顶覆土不够，在冬季寒冷天气下管道易产生收缩变形，在水锤作用下，易发生爆管。设计图纸中所有空气阀均在管道凸起处，现场35%空气阀安装位置与设计出入大，施工方未按设计图纸施工。

(3)设计原因。对运行工况估计不足，未考虑停泵后，中间用户会从管道中取水的情况。

(4)设备原因。现场对部分空气阀进行了高压微量排气测试检验，排气孔堵塞或无高压排气功能。

(5)管理原因。现场管理较为松散，监理工程师责任心不强，对不符合设计要求的部位未进行严格要求，施工过程中检测不规范。

4 结语

供水工程在2017年10月底修复施工完成，2018年1月20～30日，工地现场曾出现-45℃极端低温天气，管线持续正常供水，未再发生爆管事故，经受住了严寒天气考验，证明修复处理方式还是正确的。供水管道爆裂事故表明，任何一点施工及管理上的疏忽，都有可能造成严重质量事故，给业主及用户带来极大损失，希望通过对本工程爆管原因分析及修复方式处理，引起大家对管道设计、施工过程质量管控等方面的重视，避免类似情况发生。