对一起埋地燃气管道第三方外损事故的剖析

杭州市燃气集团有限公司 杨 君

1 第三方外损事故经过

2021年11月2日下午，某市一校园内，在市政雨污水分流施工作业过程中，相邻的燃气管道遭第三方施工单位破坏后受损，大量天然气泄漏。燃气泄漏现场在校园的一片树林中，挖开的作业坑占地面积目测约70 m2，深度2 m以上，作业坑的四周堆满了新挖上来的土堆，高出地面1 m以上，1辆挖掘机停在旁边的空地上，抢修人员已关闭周边燃气阀门，燃气泄漏已得到控制，险情已排除。

2 现场情况调查

2.1 第三方作业情况

第三方施工单位正在校园内实施雨污分流项目施工作业，需要在校园的树林内由东向西新敷设一条雨水管。现场作业坑内已砌有雨水井一座，De300雨水管拟从燃气管道正下方交叉穿越，垂直净距为450 mm。当挖掘机在坑内挖土时，铲斗伸入到燃气管下方时，不小心碰撞到燃气管道，引起天然气严重泄漏。

经证实，现场挖掘施工时，没有燃气公司监护人员，施工单位也没有办理燃气监护手续。

2.2 受损燃气管道情况

该燃气管道由南向北穿越校园内的树林，管顶埋深大于1 m，压力等级为中压A ，DN300钢管，预制单层环氧粉末的外防腐。有长约12 m的燃气钢管暴露在作业坑内，管道上方及作业坑内留有警示带残留物，管道北侧呈悬空状，下方土壤已被掏空，且无何支撑保护。

在作业坑内，燃气钢管水平位置有明显变向折角。变向折角处有黑色冷缠防腐胶带包扎，由于受到较高压力天然气喷射冲击，折角处的防腐胶带有破损现象。清除胶带后，发现变向折角处为钢管焊接环缝，环缝表面无锈蚀，折角外侧焊缝已全部裂开，开口较大；折角内侧没有完全裂开，已裂开焊缝约占总焊接环缝的五分之四。

2.3 燃气管道施工资料

经翻阅施工图、竣工图等相关资料，该地下燃气工程为学校食堂和燃气锅炉的配套项目，因地处学校规划红线范围内，故该燃气管道产权属于学校，项目于2002年9月竣工投运。从施工图管线走向来看，该位置应属直线敷设段，不应有变向，竣工图上也没有反映变向的情况。在竣工验收移交资料记录上，翻查到了强度试验和气密性试验合格的相关记录，同时还有厂家提供的钢管质量合格证书。由于建设年份久远，已无法查到此处焊接环缝射线探伤检查记录。

3 事故初步结论

通过对本次事故的调查和分析，认为第三方施工破坏是表面诱因，更深层次的本质原因是原燃气管道施工变向严重不符合规范，留下了较大的安全隐患。如果原燃气管道施工变向完全符合规范，燃气管道抗击外力破坏的能力将大大提高，受到第三方外力破坏后，就不一定能造成管道受损。

4 事故剖析

对照GB 50028－2020《城镇燃气设计规范》以及CJJ 33－2005《城镇燃气输配工程施工及验收规范》等相关规范，结合现场调查和摸排情况，对该燃气管道原施工质量进行还原分析。

4.1 施工质量一般性检查

燃气管道管顶埋深在1 m以上，根据GB 50028－2020《城镇燃气设计规范》6.3.4条款：埋设在机动车不可能到达的地方时，不得小于0.3 m的最小覆土厚度，因此埋深符合要求。现场钢管的防腐状况良好，埋地将近 20年后，单层环氧粉末涂层完好无损，完全没有点状腐蚀现象；焊接环缝则采用防腐胶带冷缠，防腐措施有效。管道上方埋设有警示带，下方填有黄沙。气密性试验和强度试验合格，燃气钢管质量合格。从燃气钢管施工质量一般性检查项目来看，无明显异常。

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4.2 管道变向折角

在现场往作业坑内俯视，可以清楚地看到，2根相连的钢管，水平位置明显不在一条直线上，存在较大的变向折角。通过在拍摄的图片上模拟画出2根燃气钢管的中心线，两线相交后形成较大的变向折角，测量其折角角度为25°。

根据CJJ 33－2005《城镇燃气输配工程施工及验收规范》5.4.9条款：当管道的纵断、水平位置折角大于22.5°时，必须采用弯头。规范中明确要求变向折角不宜过大，因为变向折角过大会造成：

(1) 管道焊接难度加大，焊接质量将难以保证。

(2) 管道吹扫时，无法让吹扫气流彻底清除管道内的杂物。

(3) 在日常管道运行过程中，动态压损会加大。

比对施工图发现，该段燃气管道设计并无变向，而实际施工有变向，且变向折角超过规范要求。说明当初施工时，管位放线和沟槽开挖都没有精准定位，偏差较大，造成原来应该呈直线排管的2根钢管，无法处在同一条直线上。出现折角后，现场施工没有采用弯头过渡连接，而是强行进行组焊。

4.3 钢管焊接对接偏差

从断裂的焊接环缝来看，折角内侧焊缝约20 mm尚未断开，外侧焊缝呈放射状裂开。越接近最外侧，焊缝裂开的口子越大。如果把钢管的端口看成一个平面，两端的平面就明显形成了一个夹角，经测量此夹角约为15°。

根据 GB 50251－2015《输气管道工程设计规范》4.3.16条款：管道对接偏差不应大于3°。这主要是为了确保焊接环缝均匀，同时对接角越大，管道对接就越困难，开口较大侧很难顺利完成焊接。

造成对接角过大原因主要有：管道有变向，造成管口两个面不能重合；钢管在割管时切口不正，管口端面没有成垂直于管道的中心线，从而形成管口面的对接角。

4.4 管道焊接环缝应力

若燃气管道处在自然不受力状态下，焊接环缝裂开应呈现均匀缝隙。但现场裂缝却是不规则裂开状态，从折角内侧到外侧，裂口宽度由小到大，最宽处达13 mm。这说明钢管焊接时，由于变向的原因，两个管口平面存在着较大的对接角。此时施工人员必定依靠外力，强行对钢管进行组对连接，不排除现场曾采用汽吊水平拉动钢管，导致钢管弹性变形。焊接完成后，这2根钢管存在较大的弹性应力，并通过杠杆原理全部作用在变向折角外侧焊缝上。回土后，受土层的固定阻力及土层压力的双重作用下，弹性应力会变小。但是再次开挖时，一旦燃气管道悬空，就会失去土层阻力和压力，弹性应力立即恢复，形成了以变向折角内侧为支点，燃气钢管长度为力距的杠杆现象，从而产生较大的杠杆作用力，直接拉裂变向折角外侧焊缝。

根据CJJ 33－2005《城镇燃气输配程施工及验收规范》5.4.6条款：管道在敷设时，应在自由状态下连接，严禁强力组对。施工人员依靠外力强行让钢管组对焊接，显然不符合规范施工要求。

综上，本次事故从表面上看起来是因第三方施工破坏引起的，实际上是：(1) 由原燃气管道施工不规范造成的；(2) 由于不规范变向，致使出现较大的变向折角和对接角；(3) 在完全不自由状态下连接。3个因素叠加，留下较大的隐患，并产生较大的危害。

5 埋地钢管焊接质量控制要点

5.1 组对焊接要求

钢管组对焊接，必须注意的要点如下：(1) 端面坡口角度宜控制在 30°～40°，打磨后的坡口需平整干净；(2) 组对钢管对口后，基本处于同一条直线，坡口之间的缝隙小而均匀；(3) 在自由状态下连接，禁止用力强行组对；(4) 焊口宽度以每侧超过坡口边缘2 mm为宜；(5) 焊口表面不得出现裂纹、未溶合、气孔、夹渣等缺陷；(6) 焊接后必须对焊口进行射线探伤检查。

5.2 采用标准成品弯头变向

常用的标准成品弯头规格型号有 90°、45°、22.5°和11.25°等4种。当实际变向折角非常接近标准规格型号角度时，宜采用成品弯变向。这种变向方法施工成本低廉，焊接方便，变向平滑，施工后外形美观，且质量得到保证，是燃气钢管变向施工中首选的方式。

5.3 采用弯管变向

当遇到非标角度变向时，无法直接采用标准成品弯头实现变向，则可以采用冷弯弯管的方式来满足变向要求。或者在特定的环境条件下，如需要加套管变向穿越时，根据规范要求套管内不允许有环焊，就可以采用冷弯弯管变向的方式满足要求。冷弯指的是在不加热条件下，钢管内充填沙子，然后用弯管机将钢管弯制成需要的角度。它的优点在于：弯管时角度可以根据现场变向的需求任意确定，相应也减少了焊接缝。为了保证管壁厚度，冷弯弯管的最小曲率半径必须符合表1要求。

表1 不同口径冷弯弯管的最小曲率半径 mm

在天然气长输管线的施工中，大管径的钢管变向也有部分采用热煨弯管。热煨弯管和冷弯弯管具有一定的相似性，不同的是在加热条件下将管子弯制成需要的角度。根据GB 50251－2015《输气管道工程设计规范》要求，用热煨弯管的曲率半径不应小于管子外径的5倍，并应满足清管器或检测仪器能顺利通过的要求。

6 结语

燃气管道排管施工中，除了上述分析的水平面变向，还存在纵断面变向等情况。应该说，埋地燃气管道属于隐蔽工程，建设过程中必须加强各方面的细节管理。首先，在管位放线时，应按施工图进行准确测量定点，避免开挖出来的管沟误差较大，造成不必要的变向。其次，在已挖管沟内排管时，可以利用现代化的仪器(如 RTK等卫星定位设备)快速测量，实现对管道两端精准的定位。最后，变向点施工应是监理方和甲方项目管理人员重点管理的环节，在变向点未覆土前，必须检查变向方式是否符合规范要求，并采用照相等旁站形式留下详细的施工记录。

埋地燃气钢管变向属于较小的施工细节，容易被忽视，但却会给燃气管网后期运行安全带来不小的隐患。只有通过对每一起事故进行“由表及里、抽丝剥茧”的分析，不断汲取相应教训并在实际工作中加以重视和改进，才能提高埋地燃气钢管的施工质量。