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【摘 要】从人民大桥DN400钢管爆管，分析产生钢管爆管的原因，提出了预防措施和管理方法，为今后工程设计、施工、运行管理提供借鉴。
【关键词】钢管；应力；爆管
2009年11月17日和12月20日，人民大桥下北侧和南侧DN400钢管相继发生爆管，对堤塘和供水管网安全运行构成潜在威胁。从近几年的统计数据看，钢管爆管在突发性爆管中占有一定的比例，因此有必要对爆管原因进行分析，采取一些预防爆管事故的措施和管理方法，为今后管道工程的设计、施工和运行管理提供借鉴和依据。
1、爆管特点
爆管现象表明：爆管时间：在冬季凌晨气温较低时，（冷空气来袭，温差大）爆管位置：第一次发生在架空裸露管直管段，第二次发生在埋地管上弯弯头前，管道破坏产生在焊接缝且上端面环向开裂，裂缝宽度为1-2.5CM，长度约钢管周长的1/3。由于钢管对温度变化非常敏感，温差会使钢管产生膨胀或收缩，当管道是刚性接口时会生产很大的拉应力。从爆管现象分析，钢管爆管发生在冬季低温时焊缝开裂，说明管道存在很大的轴向拉应力将薄弱断面拉开，从而发生爆管。
2、产生钢管爆管的原因分析
2.1应力作用
埋设在地下的钢管，在土压力、水压及温度变化等作用下，产生以下几种应力：环向拉应力，环向弯曲应力，温差纵向拉应力，纵向弯曲应力或承口开裂应力，其中纵向应力的破坏较大。
金属管道对温度变化非常敏感，埋在地下的给水管既受坏境温度变化的影响，又受管中流动着的水体温度变化的影响.温度变化将使管线产生膨胀或收缩。当管线是刚性接口时，会产生很大的拉应力，应力大小由管内外温差，受约束程度决定。
2.2腐蚀作用
钢管腐蚀主要是电化学腐蚀，与地下水水质、土壤成分有密切关系。一旦防腐层过薄或受到破坏，钢管外露就会在管道的局部形成电化学腐蚀集中点，导致钢管的强烈腐蚀。特别是未作防腐处理的焊缝往往是电化学腐蚀集中的地方。腐蚀会使管壁减薄，强度降低，是促使爆管的原因之一。
2.3气囊与水击
如果管道设计、施工时没有足够的排气阀或安装位置不合适都会使管道内存在水气状态，形成气囊。特别是长距离、大口径的输水管道会使管道中局部存在空气。目前消除水流中气阻问题采用的工程措施是安装排气阀，而排气阀不足或性能不合格是爆管的原因之一。
2.4施工安装
目前管道施工一般采用机械化挖土，回填。由于下管前没有对沟底填土进行平整夯实，回填没有分层压实，有可能引起管道不均匀沉降，也容易使管道产生横向位移，致使管道产生侧向弯矩和剪力，造成脆弱管道轴向断裂。如果管道通过软土层，不进行基础处理，往往也会使管道产生不均匀常沉降而发生断裂。
还有城市建设过程中管道地基附近被不同施工单位多次开挖，管道的基础极易遭到破坏，导致管道发生不均匀沉降，出现裂缝。
钢管焊接质量差也是诱发钢管爆管的重要原因之一。
3、爆管防治对策
从上述分析可知，引发钢管爆管的原因是多方面的，人民大桥下DN400管的爆管发生在低温严寒期，这说明低温季节钢管收缩产生轴向拉应力是爆管的重要原因。现主要从设计、施工、运行管理等方面来提出以下预防措施：
3.1管道设计方面
3.1.1合理设置管道伸缩器
伸缩器具有补偿管道因热胀冷缩而引起的位移、挠曲、错位等功能，选择伸缩器的时候应根据管道的热膨胀系数，沉降、振动等因素，在不同的场所选择不同型号、类型的伸缩器。在长距离的输水钢管和裸露的桥管时要考虑温差引起的轴向应力，应选择合适的限位伸缩器，依桥架设的钢管要考虑因引桥路基沉降而产生的弯曲应力，应选择橡胶节头或球形伸缩节头。
3.1.2合理设置和选择排气阀
管道中的空气不能及时排出，会发生水击现象，从而增加轴向应力，诱发爆管事故。所以在管道设计时要注意排气阀的安装位置和排气阀的总额定排气量是否满足管道的空气排放，避免空气在管道中的积存而产生爆管现象。
3.1.3充分考虑外界的腐蚀作用
钢管的腐蚀主要是电化学腐蚀，与其接触的土壤和水质有关，特别是未做防腐处理的焊缝是腐蚀集中的地方，腐蚀会使管壁变薄，从而降低管道强度。在设计过程中要对埋设管道区域内的土壤、水质进行分析，采取不同的防腐等级处理，对不同施工工艺要求的管道采用不同的防腐工艺。
3.2施工安装方面
3.2.1焊接人员须持证上岗，焊工必须按《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》的规定进行考试后，持有焊工合格证书方可上岗施焊。
3.2.2施工单位（部门）内部加强钢管焊接检验，工程监督部门要提高抽查次数、突出对焊接重点部位的检查，同时对重点部位、地段须委托第三方进行检测。
3.2.3要注意季节性施工，特别是在恶劣气候条件下的焊接作业，焊接等相关工序完成后，要做到及时回填，避免因温度变化使管道产生较大的应力。伸缩器安装时，要根据安装时的温度状况，确保由温差引起的伸缩量。
3.2.4重视管道固定口和闭合焊接的质量，应选在气温相对较低，无阳光直照的条件下施焊。
3.2.5对穿越河道、池塘，低洼地等土质较差地段时，应对地基进行加固处理或进行换土处理，对开凿后的岩石地基应进行沙垫层保护，避免管道产生不均匀沉降而断裂。
3.3管网运行管理
3.3.1加强管线巡查，及早发现安全隐患，消除管道上的外加荷载和因施工引起的地基扰动。
经常性的进行管线巡查，首先可以减少因施工等外力因素引起的爆管（从近几年的统计数据看，外力引起的爆管是爆管的主要原因），其次可以及早发现被临时用房、围墙等建筑附属物占压的管道，采取措施，避免因管道不均匀沉降发生的爆管。
3.3.2加强检漏工作，突出重点部位、地段的检测。
为减少管网爆管的发生，还应加强主动检漏工作，加强对重点地段的检漏工作。比如架设在南环大桥内的两根DN600钢管，大三角水厂的DN1400出厂管在穿越104国道、铁路、人民西路，工业一号路等重要节点段的管道以及铺设在江东路旁的DN1000-1200上源闸水厂出厂管，这些管道所处位置都比较特殊，管径也较大，一旦发生爆管，后果相当严重，所以必须把爆管事故扼杀在萌芽状態。
3.3.3规范阀门操作规程，健全相关制度。
由阀门操作不当引起的爆管，虽然比例不高，但偶尔也发生，所以需进一步健全阀门操作的规范制度，责任到人，避免因操作不当而引起爆管。
3.3.4建立和完善维修台帐。
抓好基础管理工作，健全、完善维修台账，进行经常性的分析总结，作为继续深入探讨爆管原因的依据。
4、结论
安全供水，优质服务，是供水企业服务于社会的宗旨。供水管道的爆管已经影响到供水服务形象，需要我们认真解决。钢管的爆管原因有多种，要减少爆管事故的发生，我们要从设计，施工，运行管理多方面齐抓共管。从工程立项、扩初、设计、选材，施工安装，附属设备（伸缩节、排气阀等）等环节精心研究，周密考虑，确保新装给水管道工程质量。同时健全管网调度制度，规范水泵、阀门日常操作，建立管网维护数据。那样我们才能确保城市供水动脉的畅通，提高城市供水管网的施工和管理技术水平。
【关键词】钢管；应力；爆管
2009年11月17日和12月20日，人民大桥下北侧和南侧DN400钢管相继发生爆管，对堤塘和供水管网安全运行构成潜在威胁。从近几年的统计数据看，钢管爆管在突发性爆管中占有一定的比例，因此有必要对爆管原因进行分析，采取一些预防爆管事故的措施和管理方法，为今后管道工程的设计、施工和运行管理提供借鉴和依据。
1、爆管特点
爆管现象表明：爆管时间：在冬季凌晨气温较低时，（冷空气来袭，温差大）爆管位置：第一次发生在架空裸露管直管段，第二次发生在埋地管上弯弯头前，管道破坏产生在焊接缝且上端面环向开裂，裂缝宽度为1-2.5CM，长度约钢管周长的1/3。由于钢管对温度变化非常敏感，温差会使钢管产生膨胀或收缩，当管道是刚性接口时会生产很大的拉应力。从爆管现象分析，钢管爆管发生在冬季低温时焊缝开裂，说明管道存在很大的轴向拉应力将薄弱断面拉开，从而发生爆管。
2、产生钢管爆管的原因分析
2.1应力作用
埋设在地下的钢管，在土压力、水压及温度变化等作用下，产生以下几种应力：环向拉应力，环向弯曲应力，温差纵向拉应力，纵向弯曲应力或承口开裂应力，其中纵向应力的破坏较大。
金属管道对温度变化非常敏感，埋在地下的给水管既受坏境温度变化的影响，又受管中流动着的水体温度变化的影响.温度变化将使管线产生膨胀或收缩。当管线是刚性接口时，会产生很大的拉应力，应力大小由管内外温差，受约束程度决定。
2.2腐蚀作用
钢管腐蚀主要是电化学腐蚀，与地下水水质、土壤成分有密切关系。一旦防腐层过薄或受到破坏，钢管外露就会在管道的局部形成电化学腐蚀集中点，导致钢管的强烈腐蚀。特别是未作防腐处理的焊缝往往是电化学腐蚀集中的地方。腐蚀会使管壁减薄，强度降低，是促使爆管的原因之一。
2.3气囊与水击
如果管道设计、施工时没有足够的排气阀或安装位置不合适都会使管道内存在水气状态，形成气囊。特别是长距离、大口径的输水管道会使管道中局部存在空气。目前消除水流中气阻问题采用的工程措施是安装排气阀，而排气阀不足或性能不合格是爆管的原因之一。
2.4施工安装
目前管道施工一般采用机械化挖土，回填。由于下管前没有对沟底填土进行平整夯实，回填没有分层压实，有可能引起管道不均匀沉降，也容易使管道产生横向位移，致使管道产生侧向弯矩和剪力，造成脆弱管道轴向断裂。如果管道通过软土层，不进行基础处理，往往也会使管道产生不均匀常沉降而发生断裂。
还有城市建设过程中管道地基附近被不同施工单位多次开挖，管道的基础极易遭到破坏，导致管道发生不均匀沉降，出现裂缝。
钢管焊接质量差也是诱发钢管爆管的重要原因之一。
3、爆管防治对策
从上述分析可知，引发钢管爆管的原因是多方面的，人民大桥下DN400管的爆管发生在低温严寒期，这说明低温季节钢管收缩产生轴向拉应力是爆管的重要原因。现主要从设计、施工、运行管理等方面来提出以下预防措施：
3.1管道设计方面
3.1.1合理设置管道伸缩器
伸缩器具有补偿管道因热胀冷缩而引起的位移、挠曲、错位等功能，选择伸缩器的时候应根据管道的热膨胀系数，沉降、振动等因素，在不同的场所选择不同型号、类型的伸缩器。在长距离的输水钢管和裸露的桥管时要考虑温差引起的轴向应力，应选择合适的限位伸缩器，依桥架设的钢管要考虑因引桥路基沉降而产生的弯曲应力，应选择橡胶节头或球形伸缩节头。
3.1.2合理设置和选择排气阀
管道中的空气不能及时排出，会发生水击现象，从而增加轴向应力，诱发爆管事故。所以在管道设计时要注意排气阀的安装位置和排气阀的总额定排气量是否满足管道的空气排放，避免空气在管道中的积存而产生爆管现象。
3.1.3充分考虑外界的腐蚀作用
钢管的腐蚀主要是电化学腐蚀，与其接触的土壤和水质有关，特别是未做防腐处理的焊缝是腐蚀集中的地方，腐蚀会使管壁变薄，从而降低管道强度。在设计过程中要对埋设管道区域内的土壤、水质进行分析，采取不同的防腐等级处理，对不同施工工艺要求的管道采用不同的防腐工艺。
3.2施工安装方面
3.2.1焊接人员须持证上岗，焊工必须按《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》的规定进行考试后，持有焊工合格证书方可上岗施焊。
3.2.2施工单位（部门）内部加强钢管焊接检验，工程监督部门要提高抽查次数、突出对焊接重点部位的检查，同时对重点部位、地段须委托第三方进行检测。
3.2.3要注意季节性施工，特别是在恶劣气候条件下的焊接作业，焊接等相关工序完成后，要做到及时回填，避免因温度变化使管道产生较大的应力。伸缩器安装时，要根据安装时的温度状况，确保由温差引起的伸缩量。
3.2.4重视管道固定口和闭合焊接的质量，应选在气温相对较低，无阳光直照的条件下施焊。
3.2.5对穿越河道、池塘，低洼地等土质较差地段时，应对地基进行加固处理或进行换土处理，对开凿后的岩石地基应进行沙垫层保护，避免管道产生不均匀沉降而断裂。
3.3管网运行管理
3.3.1加强管线巡查，及早发现安全隐患，消除管道上的外加荷载和因施工引起的地基扰动。
经常性的进行管线巡查，首先可以减少因施工等外力因素引起的爆管（从近几年的统计数据看，外力引起的爆管是爆管的主要原因），其次可以及早发现被临时用房、围墙等建筑附属物占压的管道，采取措施，避免因管道不均匀沉降发生的爆管。
3.3.2加强检漏工作，突出重点部位、地段的检测。
为减少管网爆管的发生，还应加强主动检漏工作，加强对重点地段的检漏工作。比如架设在南环大桥内的两根DN600钢管，大三角水厂的DN1400出厂管在穿越104国道、铁路、人民西路，工业一号路等重要节点段的管道以及铺设在江东路旁的DN1000-1200上源闸水厂出厂管，这些管道所处位置都比较特殊，管径也较大，一旦发生爆管，后果相当严重，所以必须把爆管事故扼杀在萌芽状態。
3.3.3规范阀门操作规程，健全相关制度。
由阀门操作不当引起的爆管，虽然比例不高，但偶尔也发生，所以需进一步健全阀门操作的规范制度，责任到人，避免因操作不当而引起爆管。
3.3.4建立和完善维修台帐。
抓好基础管理工作，健全、完善维修台账，进行经常性的分析总结，作为继续深入探讨爆管原因的依据。
4、结论
安全供水，优质服务，是供水企业服务于社会的宗旨。供水管道的爆管已经影响到供水服务形象，需要我们认真解决。钢管的爆管原因有多种，要减少爆管事故的发生，我们要从设计，施工，运行管理多方面齐抓共管。从工程立项、扩初、设计、选材，施工安装，附属设备（伸缩节、排气阀等）等环节精心研究，周密考虑，确保新装给水管道工程质量。同时健全管网调度制度，规范水泵、阀门日常操作，建立管网维护数据。那样我们才能确保城市供水动脉的畅通，提高城市供水管网的施工和管理技术水平。