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【摘 要】 本工程为新建物流园区，辖区面积共计32平方公里，其中给水工程规模为：①给水管网：干管管径DN150-DN500，110Km；②配水泵站：规模5.1万m3/d。
【关键词】 PE管；施工；排气；爆管；水锤
本工程为新建物流园区，辖区面积共计32平方公里，其中给水工程规模为：①给水管网：干管管径DN150-DN500，110Km；②配水泵站：规模5.1万m3/d。
该园区地势复杂，高低不平，沟壑纵横。总体地势东高西低、南高北低，最高点为1407m，最低点1327m，高差80米，场地平均坡度1.5%，坡度最大处5%。标高在1327-1331m之间和1400m以上的用地面积约30ha，占总用地面积1.2%，标高在1331-1375m之间的用地面积约83.8%，其余约15%用地标高在1376-1400m之间。
根据本区域的用地性质分布，南部地势高台区域为居住及配套设施用地，最高点位于西南角，标高1407m，东侧中间有一条始自中央生态大道、从西向东的沟壑，最低处1362m；高台北侧为一始自中央生态大道、从东向西的沟壑，主要为生态绿地；北侧主要为工业和物流用地，标高为1327-1375m，占总用地的84%，最低点分布在本区段西南角，最高点在区段东侧，自东向西地势呈梯状分布。
在市政配水管网系统中，一般来说，管网运行压力控制在05Mpa以内时较经济：根据规定，居民区市政管网水压为0.28Mpa，加上管網沿程水头损失，故系统划分时，按照地势高差20m左右进行分区，工业用地要求的水压较低，为0.2MPa，其分区地势高差可适当放大。本设计将给水配水系统划分为三个区，1327-1355m为配水系统低区，1355-1378m为配水系统中区，1378-1407为配水系统高区。
该工程开工于2010年4月，2010年10月所有管道安装完毕。由于当时园区基本上没有用户，运行初期机场每日用水量不足百吨。结合设计将各分区的出厂压力做出如下调整：高区水泵定压0.8MPa，中区水泵定压0.45MPa，低区水泵定压0.28MPa，均实行变频运行。
在上述情况下从2012年7月下旬开始供水试运行至11月给水管网系统先后共发生50余处管道爆管和漏水现象。管道爆裂的唯一共同性特征是均发生在管道底部纵向断裂。
经当地建委和建设工程质量监督站随机截取已安装PE管进行压力和破坏性检测，结果为合格。
对于频发的爆管现象园区2012年秋季先后4次组织设计、施工、监理并邀请室内和区内专家进行分析。通过对爆管现象和供水设备运行状况的认真分析，专家初步认定管网产生爆管原因如下：1、园区给水管网系统按配水厂供水能力设计，在运行模式、管网布置和阀门的设置、排气阀的选用等未考虑运行初期用水量过小的实际。园区管道全长约110公里，基本采用环状闭合设计，地块支管阀门设在端部形成盲管，虽然按规范要求园区给水系统共设置浮球式双向排气阀96个，但浮球式排气阀的缺点是在管网充满水时无法继续排气。不断进行运行补水，管内气体不断受压形成气锤，最终导致管道爆裂，部分盲管处发生爆管也属上述原因。2、在高、中区两趟输水管之间未设置调节阀，其中一趟有问题或停用时，管网中水回流，反向水压力使管道阀门伸缩器受压造成法兰短管胶圈脱落跑水（阀门伸缩器安装在来水一侧）。3、由于供水量过小，供水泵虽为变频恒压运行，但水泵流量大，补水升压快，形成水泵频繁启动，除造成对管网残余气体不断压缩影响管网安全运行外，同时对水泵寿命也不利。
针对上述原因园区和设计院共同研究采取了如下解决办法：
1、在运行模式上针对园区目前用户少的实际，改环状供水为支状供水；
2、将原设计采用的浮球式双向排气阀更换为以色列进口智能排气阀，在运行管网范围内支管端部安装自动排气阀，关闭盲管阀门。从2102年12月至2013年8月共更换智能排气阀93个，安装支管及盲管端部自动排气阀120多个；
3、增加高、中区两趟输水管之间调节阀门，共增加DN400蝶阀2个，DN500蝶阀4个；
4、加压泵房在各供水分区增加小流量立式加压泵，共增加120米扬程、80米扬程、45米扬程、小时流量60吨供水泵各一台。
采取上述措施后，经详细统计2012年全年共发生47处管道漏水现象，2013年全年共发生48处漏水现象，比较两年爆管次数，未见明显变化。为了从根本上解决该问题，园区领导再一次邀请行业内专家对此现象进行专家论证分析。结合爆管的时间和空间分布，以及破损的特征提出了如下看法和建议：
（一）可排除因素
园区供水管线运行时间短，园区环境条件相对稳定，可以排除管龄、永冻层、地震等因素；由于园区给水管道大多均在人行道下，且现有车辆行人较少，可以排除重荷载和埋管过深过浅的因素。
（二）弱相关因素
1、管材实际破坏形式应变特征不明显，且事故发生无季节性聚集，按已发生情况看，气温变化影响不强；2、专家都对用户少，用水量小的条件下气囊的破坏作用予以重视。同时注意到：管网的排气阀设密度已基本合理，多数爆点发生在纵坡的中下方，与排气阀距离较远，未发现气囊破坏的明显特征，而在基本更换为以色列排气阀后，爆管情况并未明显改善；3、管道爆管无纵向坡度聚集现象，关系随机，可视坡度为弱相关因素；4、水锤问题应予以充分重视，但已掌握的破坏程度和管道破裂位置与水锤破坏的情况尚无紧密相关特性。
（三）需要重视应力开裂的可能性
PE管密度提高后，其相对硬度、软化温度、抗拉强度都会增强，但其脆性增强，柔韧性和抗开裂性能会下降。对PE管材料的这一特性应予重视。
从已发现破裂的PE管看，裂口基本上是管底轴向纵裂，有开裂的缓慢扩散征兆，因此，对于应力开裂的破坏性应加强研究。
造成应力开裂的可能原因：管材的脆性；管底处于硬质接触或发生局部集中应力；管段所在土壤地质条件不利；管底与垫层及回填土形成的整体性差。
2014年，园区供水管网运行十分注重2012年和2013年专家所提出的建议。做出以下改进措施：
一、管网初期运行时，先拿小流量水泵进行管网注水，待管网的测试压力点达到设计时，采用大泵变频运行；
二、对于所运行的管段排气阀门每2个月进行维护检修，减少锈蚀浮球的更换工作；
三、对于因停电等原因造成停泵的现象时，先用小泵进行注水，待压力正常后，启用大泵变频运行；
四、进行了局部官网的改造工作，将地势较高的高区供水系统，利用高位水池加氯直接注水；将易发的小管径爆管段落进行球墨铸铁管的更换。
通过以上措施的改进工作，认真总结和分析2014年与2013年和2012年的同期爆管数量，有了十分明显的减少。为园区的企事业单位供水提供了保障，也减少了供水公司因维修所造成的经济损失和人员的工作量相比大幅减少。
【关键词】 PE管；施工；排气；爆管；水锤
本工程为新建物流园区，辖区面积共计32平方公里，其中给水工程规模为：①给水管网：干管管径DN150-DN500，110Km；②配水泵站：规模5.1万m3/d。
该园区地势复杂，高低不平，沟壑纵横。总体地势东高西低、南高北低，最高点为1407m，最低点1327m，高差80米，场地平均坡度1.5%，坡度最大处5%。标高在1327-1331m之间和1400m以上的用地面积约30ha，占总用地面积1.2%，标高在1331-1375m之间的用地面积约83.8%，其余约15%用地标高在1376-1400m之间。
根据本区域的用地性质分布，南部地势高台区域为居住及配套设施用地，最高点位于西南角，标高1407m，东侧中间有一条始自中央生态大道、从西向东的沟壑，最低处1362m；高台北侧为一始自中央生态大道、从东向西的沟壑，主要为生态绿地；北侧主要为工业和物流用地，标高为1327-1375m，占总用地的84%，最低点分布在本区段西南角，最高点在区段东侧，自东向西地势呈梯状分布。
在市政配水管网系统中，一般来说，管网运行压力控制在05Mpa以内时较经济：根据规定，居民区市政管网水压为0.28Mpa，加上管網沿程水头损失，故系统划分时，按照地势高差20m左右进行分区，工业用地要求的水压较低，为0.2MPa，其分区地势高差可适当放大。本设计将给水配水系统划分为三个区，1327-1355m为配水系统低区，1355-1378m为配水系统中区，1378-1407为配水系统高区。
该工程开工于2010年4月，2010年10月所有管道安装完毕。由于当时园区基本上没有用户，运行初期机场每日用水量不足百吨。结合设计将各分区的出厂压力做出如下调整：高区水泵定压0.8MPa，中区水泵定压0.45MPa，低区水泵定压0.28MPa，均实行变频运行。
在上述情况下从2012年7月下旬开始供水试运行至11月给水管网系统先后共发生50余处管道爆管和漏水现象。管道爆裂的唯一共同性特征是均发生在管道底部纵向断裂。
经当地建委和建设工程质量监督站随机截取已安装PE管进行压力和破坏性检测，结果为合格。
对于频发的爆管现象园区2012年秋季先后4次组织设计、施工、监理并邀请室内和区内专家进行分析。通过对爆管现象和供水设备运行状况的认真分析，专家初步认定管网产生爆管原因如下：1、园区给水管网系统按配水厂供水能力设计，在运行模式、管网布置和阀门的设置、排气阀的选用等未考虑运行初期用水量过小的实际。园区管道全长约110公里，基本采用环状闭合设计，地块支管阀门设在端部形成盲管，虽然按规范要求园区给水系统共设置浮球式双向排气阀96个，但浮球式排气阀的缺点是在管网充满水时无法继续排气。不断进行运行补水，管内气体不断受压形成气锤，最终导致管道爆裂，部分盲管处发生爆管也属上述原因。2、在高、中区两趟输水管之间未设置调节阀，其中一趟有问题或停用时，管网中水回流，反向水压力使管道阀门伸缩器受压造成法兰短管胶圈脱落跑水（阀门伸缩器安装在来水一侧）。3、由于供水量过小，供水泵虽为变频恒压运行，但水泵流量大，补水升压快，形成水泵频繁启动，除造成对管网残余气体不断压缩影响管网安全运行外，同时对水泵寿命也不利。
针对上述原因园区和设计院共同研究采取了如下解决办法：
1、在运行模式上针对园区目前用户少的实际，改环状供水为支状供水；
2、将原设计采用的浮球式双向排气阀更换为以色列进口智能排气阀，在运行管网范围内支管端部安装自动排气阀，关闭盲管阀门。从2102年12月至2013年8月共更换智能排气阀93个，安装支管及盲管端部自动排气阀120多个；
3、增加高、中区两趟输水管之间调节阀门，共增加DN400蝶阀2个，DN500蝶阀4个；
4、加压泵房在各供水分区增加小流量立式加压泵，共增加120米扬程、80米扬程、45米扬程、小时流量60吨供水泵各一台。
采取上述措施后，经详细统计2012年全年共发生47处管道漏水现象，2013年全年共发生48处漏水现象，比较两年爆管次数，未见明显变化。为了从根本上解决该问题，园区领导再一次邀请行业内专家对此现象进行专家论证分析。结合爆管的时间和空间分布，以及破损的特征提出了如下看法和建议：
（一）可排除因素
园区供水管线运行时间短，园区环境条件相对稳定，可以排除管龄、永冻层、地震等因素；由于园区给水管道大多均在人行道下，且现有车辆行人较少，可以排除重荷载和埋管过深过浅的因素。
（二）弱相关因素
1、管材实际破坏形式应变特征不明显，且事故发生无季节性聚集，按已发生情况看，气温变化影响不强；2、专家都对用户少，用水量小的条件下气囊的破坏作用予以重视。同时注意到：管网的排气阀设密度已基本合理，多数爆点发生在纵坡的中下方，与排气阀距离较远，未发现气囊破坏的明显特征，而在基本更换为以色列排气阀后，爆管情况并未明显改善；3、管道爆管无纵向坡度聚集现象，关系随机，可视坡度为弱相关因素；4、水锤问题应予以充分重视，但已掌握的破坏程度和管道破裂位置与水锤破坏的情况尚无紧密相关特性。
（三）需要重视应力开裂的可能性
PE管密度提高后，其相对硬度、软化温度、抗拉强度都会增强，但其脆性增强，柔韧性和抗开裂性能会下降。对PE管材料的这一特性应予重视。
从已发现破裂的PE管看，裂口基本上是管底轴向纵裂，有开裂的缓慢扩散征兆，因此，对于应力开裂的破坏性应加强研究。
造成应力开裂的可能原因：管材的脆性；管底处于硬质接触或发生局部集中应力；管段所在土壤地质条件不利；管底与垫层及回填土形成的整体性差。
2014年，园区供水管网运行十分注重2012年和2013年专家所提出的建议。做出以下改进措施：
一、管网初期运行时，先拿小流量水泵进行管网注水，待管网的测试压力点达到设计时，采用大泵变频运行；
二、对于所运行的管段排气阀门每2个月进行维护检修，减少锈蚀浮球的更换工作；
三、对于因停电等原因造成停泵的现象时，先用小泵进行注水，待压力正常后，启用大泵变频运行；
四、进行了局部官网的改造工作，将地势较高的高区供水系统，利用高位水池加氯直接注水；将易发的小管径爆管段落进行球墨铸铁管的更换。
通过以上措施的改进工作，认真总结和分析2014年与2013年和2012年的同期爆管数量，有了十分明显的减少。为园区的企事业单位供水提供了保障，也减少了供水公司因维修所造成的经济损失和人员的工作量相比大幅减少。