一、聚乙烯管道及其管件爆管事故分析

在此舉兩例分別在《建筑科學(xué)》和《世界華商經(jīng)濟(jì)年鑒·城鄉(xiāng)建設(shè)》期刊上報(bào)道的事故案列。

案列一：在廣東省東莞市某住宅小區(qū)，小區(qū)室外給水管道采用聚乙烯管，管道主要沿道路邊綠化帶鋪設(shè)，管徑80mm以下采用熱熔承插連接，80-150mm采用熱熔對接。自2008年交付使用后，四年內(nèi)共發(fā)生爆管事故132起，平均每個(gè)月發(fā)生兩次以上事故。

    案列二：廣州南沙某住宅區(qū)在在投入使用一年后，5個(gè)月內(nèi)埋地聚乙烯給水管陸續(xù)出現(xiàn)18處漏水、爆管問題。PE管道DN100-250mm,其中15處為直管段對接接口或是管段轉(zhuǎn)彎接口。

這兩個(gè)案列中，爆管事故頻繁發(fā)生，后經(jīng)調(diào)查分析了歸納了以下幾點(diǎn)原因：

1.PE管生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PE管質(zhì)量有問題，并沒有采用HDPE原料進(jìn)行生產(chǎn)，導(dǎo)致管材的檔次較低；有的廠家則沒有按要求生產(chǎn)，為節(jié)省成本，私自添加了回料，而回料中聚乙烯大分子鏈已經(jīng)有一部分?jǐn)嗔?，這會(huì)引起PE管過早的老化；管材在運(yùn)輸或施工過程中有的被刮傷或是被損壞，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)或是更換，而是繼續(xù)用于鋪設(shè)。

2.在施工過程中，管道連接工藝不按規(guī)范要求操作。在管道連接完成后，試壓環(huán)節(jié)弄虛作假，沒有達(dá)到規(guī)定管道試驗(yàn)壓力標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)在管道連接施工方面，HDPE 管道系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）連接可靠：聚乙烯管道系統(tǒng)之間采用電熔、熱熔方式連接，接頭的強(qiáng)度會(huì)高于管道本體強(qiáng)度。（2）抗應(yīng)力開裂性好：HDPE 具有低的缺口敏感性、高的剪切強(qiáng)度和優(yōu)異的抗刮痕能力，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能也非常突出。（3）可撓性強(qiáng)：HDPE 管道的柔性使得它容易彎曲，工程上可通過改變管道走向的方式繞過障礙物，抗地面震動(dòng)能力強(qiáng)。HDPE管具有的這些特性，對于有些工程可能出現(xiàn)輕度的不均勻沉降，設(shè)計(jì)選用了這種接口可靠、抗應(yīng)力開裂性好、可撓性強(qiáng)的HDPE管材，是合理的。但案例中出問題的絕大多數(shù)恰恰是應(yīng)該“強(qiáng)度高于管道本體”的接頭部位。說明接口施工極可能是不合格的。

    3.管道的填砂及回填土壓實(shí)沒有按規(guī)定操作。有的施工方甚至未做管道試壓便一次回填到位，回填土質(zhì)中有建筑垃圾、塊石也未做處理；施工方為節(jié)省成本也為按要求分層夯實(shí)，管道上下也沒有回填砂或是回填砂不夠，這樣就不能起到很好的保護(hù)管道的作用。尤其當(dāng)管道接口施工不合格時(shí)，由于地面不均勻沉降，就很可能造成接口破裂，發(fā)生漏水或爆管事故。

二、PE管與金屬管連接的事故分析及防范措施

2005年末，上海部分地區(qū)突遇寒潮來襲，地面溫度下降至-5℃，十二天內(nèi)突發(fā)的低溫使某公司供水管網(wǎng)連續(xù)出現(xiàn)三次大口徑管道爆管事故，漏水量較大。發(fā)生爆管事故的供水管道都是在2005年中旬竣工的新建工程（輸水管道），PE管口徑500-700mm，同時(shí)爆管部位均發(fā)生在非開挖定向轉(zhuǎn)穿越工藝施工的聚乙烯管道與直路球墨管相接處，為球墨配件脫落引起的，而且全部是PE管道的縱向位移，管道接口脫離距離較大。

有關(guān)單位總結(jié)并且歸納了如下六點(diǎn)共同特點(diǎn)：1.處拉脫部位，為PE管道與球墨管道的接口連接；2.接口配件脫落部位（承插口）均為靠聚乙烯管道一邊，表現(xiàn)PE管道的受冷后縱向回縮現(xiàn)象而產(chǎn)生的位移，偏移距離較大；3.聚乙烯管道使用的是非開挖定向鉆進(jìn)穿越工藝，均采用熱熔對接連接，管道末梢安裝法蘭；3.實(shí)施管道和發(fā)生事故當(dāng)天氣溫溫差達(dá)到30~35℃；4.管道埋設(shè)深度1.1米（管頂?shù)降孛妫?，該接口?jié)點(diǎn)覆土未按《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》要求操作；5.管道接口為郊區(qū)農(nóng)田或小河附近，土體經(jīng)過開挖后土質(zhì)現(xiàn)狀較松，回填土也未按要求壓實(shí)；6.定向鉆進(jìn)的施工企業(yè)和聚乙烯管材的生產(chǎn)廠家，都是通過審核認(rèn)證的定點(diǎn)單位，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)能力是合格的。

此公司在05年還有其他大量的非開挖定向鉆進(jìn)工程竣工，但所有在市政道路上施工的項(xiàng)目（需進(jìn)行路面修復(fù)的）都沒有出現(xiàn)縱向位移現(xiàn)象，或者可以嚴(yán)格的說是沒有表現(xiàn)出漏水現(xiàn)象，而就是這三處在郊縣田埂、河岸邊的管道施工項(xiàng)目，施工單位未對接口處的回填土按要求操作，可能是導(dǎo)致問題產(chǎn)生的根本原因。

排除了鉆進(jìn)施工企業(yè)和PE管材生產(chǎn)廠家的問題后，通過對比分析了發(fā)生事故可能的幾點(diǎn)原因如下：

一、PE管道縱向回縮集中發(fā)生于兩種管材結(jié)合薄弱部：

由于PE管道是熱熔連接的，而與球墨管連接時(shí)靠法蘭接口相接，所以對于PE管道部分來講可以認(rèn)為是一體的，那么PE法蘭以后安裝的球墨管段的部位就成了最薄弱點(diǎn)，而這個(gè)部位的接口連接方式在目前相關(guān)的施工規(guī)范中沒有特別規(guī)定（即對防范PE管道的縱向回縮沒有任何措施），所以金屬管道與聚乙烯管道的接口連接的這個(gè)部位可能就是防止PE回縮造成損害的關(guān)鍵部位了。

二、施工時(shí)的光日照對PE管道影響較大

實(shí)際的位移長度略大于計(jì)算長度，在實(shí)際中表現(xiàn)的最為突出。這可能是6月中旬，已進(jìn)入夏季，日照情況相對比較強(qiáng)列，而PE管道在現(xiàn)場地面進(jìn)行接口熱熔過程中，受到太陽的直接曝曬，因?yàn)榻o水用PE管道為黑色，黑色容易大量的吸收熱量，下管前管體表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際氣溫，熱膨脹程度更嚴(yán)重。這主要是施工過程中缺乏適當(dāng)?shù)拇胧?，來避免日照對管道影響。地區(qū)季節(jié)溫差較大，是管道縱向回縮的主要原因。季節(jié)溫差變化比較大，夏季和冬季的最高和最低溫差變化可能要達(dá)到40℃以上，東部沿海城市，受季風(fēng)影響，土壤冷熱干濕四季分明；而土壤的土體溫度變化是受到濕度（水分循環(huán)）和溫度的影響，所以在上海地區(qū)潮濕的冬季溫度下降應(yīng)該是最大的，而夏、秋兩季比較干燥，日照較多，土體溫度下降不明顯，可能類似于保暖筒，土壤溫度變化不大。所以管道定向鉆進(jìn)拖入土中后由于環(huán)境沒有較大變化，于是管道物理性能保持原狀；而進(jìn)入冬季隨著濕度的提高，土壤熱循環(huán)速度加快，帶來土壤表層溫度的急劇下降。所以上海寒流的突然襲擊，環(huán)境條件的突然變化，使得定向鉆進(jìn)拖入的聚乙烯管道產(chǎn)生冷縮現(xiàn)象，即其物理性能縱向回縮，導(dǎo)致管道接口薄弱處脫出，發(fā)生爆管。

      三、接口部位砂基處理和回填土壓實(shí)處理：

按施工規(guī)范規(guī)定PE管道宜采用弧形人工砂基，其管底以下墊層部分的厚度不宜小于100mm。并且PE管道的回填土應(yīng)壓實(shí)，此次我們列舉的個(gè)實(shí)例，受破壞的處接口均沒有做到以上的工作，這可能也是漏損得主要的原因之一。土壤的結(jié)構(gòu)對管道外壁有一定的摩擦阻力，所以它的密實(shí)度和穩(wěn)定性對管道接口的安全有一定的保障作用。砂基處理目的是保障土體的穩(wěn)定性，回填土壓實(shí)是保障土體的密實(shí)度。個(gè)人認(rèn)為，回填土壓實(shí)的密實(shí)度也會(huì)間接影響土壤土體濕度，進(jìn)而影響土壤熱循環(huán)速度，決定著土壤土體溫度下降程度。

四、定向鉆進(jìn)技術(shù)拖拉PE管道的影響

PE管道的另外一個(gè)特性是斷裂伸長性，簡單的說定向鉆進(jìn)使用的拖拉機(jī)械提供的拉力與聚乙烯管道自身的重力、土體對管道的阻力，這兩組相反的作用力對PE管道在鉆進(jìn)施工過程產(chǎn)生一定的拉伸變形，而PE材質(zhì)又是一種存在一定記憶性的化學(xué)聚合物，在一定的環(huán)境條件下，需要恢復(fù)拉伸的變化量即回縮一定的量，這個(gè)變化可能比較微小也較慢，但這個(gè)物力性能應(yīng)該對PE管道的縱向回縮變化的一種補(bǔ)充解釋，也應(yīng)作為影響因素的一方面。

    綜上所述，做好防止PE管材接口處爆管事故發(fā)生工作，主要有三點(diǎn)：

1. 嚴(yán)格按照《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》中要求的聚乙烯管道的填砂，回填土等施工規(guī)范來控制覆土質(zhì)量，增加土體對管材的阻尼，降低由于覆土問題（土體的密實(shí)度穩(wěn)定性）而導(dǎo)致的接口漏損問題。

2. PE管道在現(xiàn)場施工過程中，特別是熱熔接口，必須做好現(xiàn)場的避陽工作，減少夏季施工時(shí)太陽的直接曝曬，降低受熱程度，做好施工組織設(shè)計(jì)，對現(xiàn)場聚乙烯管材的溫度要有一定量的控制，必要時(shí)可選擇在早晚間敷管，避免陽光直射，在措施上降低一定量的溫差變化。

3.考慮在PE管道接口處設(shè)置補(bǔ)償器，增加一定量的變形余量，根據(jù)目前的管配件情況，考慮在PE管道與金屬管道結(jié)合處加裝管道伸縮接，可以增加一定的變形余量，起到降低漏損風(fēng)險(xiǎn)的作用。

目前PE管道敷設(shè)主要采用熱熔接口和承插接口，熱熔接口因其技術(shù)相當(dāng)成熟，故被廣泛使用，但是如果考慮嘗試在市政道路上應(yīng)用承插連接方式的PE管道，根據(jù)承插PE管接口特點(diǎn)——柔性的帶有一定收縮余量，那么由于季節(jié)變化的縱向回縮量，在每個(gè)承插接口上得到分解，縱使每根PE管長六米，該管變化雖微乎其微，但已將該縱向變化化解于無形中，這個(gè)方法還有待研究。

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