摘要：本文從PVC-U管材的質量、設計、貯運、施工以及管道的運行管理等方面，對PVC-U給水管道事故的原因進行了分析。
關鍵詞：PVC-U給水管道；事故原因；分析
前言：幾年前看到一份資料，南方某大城市自來水公司，一年內處理了380多次管道事故，這組數字令人吃驚，一年僅365天，出380多次事故，可以說天天都在處理事故中度過。文章中并沒有介紹管材的材質及規格，它可能包括鋼管、鑄鐵管、塑料管、玻璃鋼管等其他管材，也沒有提到導致管道事故的原因，它可能包括多方面的因素，比如：管材的質量不合格、管道的設計不合理、鋼管的年久銹腐、管道的結瘤、管道運行管理者的不當操作、施工不規范以及城市基建施工時人為的挖斷損壞等，所以說，給水管道的安全運行是由多方面因素構成的，給水管道工程是一個系統工程，它的安全運行并不單純取決于管材的質量，還應該包括科學的設計、規范的施工、管道的合理操作運行等，哪一個環節出現故障，都將給管道的安全運行埋下隱患。本文僅對PVC-U給水管道工程常見的事故，從管材的質量、管道的設計、管道的施工以及管道的運行管理這四個方面加以論述。
一、選用優質的管材是保證給水管道工程安全運行的前提條件
當前，塑料管材市場的無序競爭，導致塑料管材的質量良莠不齊，不排除個別廠家受利益驅動，以次充好；選用優質的管材施工是保證給水管道工程質量的前提條件，否則工程的試壓、驗收、管道的安全運行就無法保證，而生產優質的管材必須有一流設備、先進的工藝和科學的管理作保障；目前寶碩管材公司擁有當前世界上最先進的德國克勞斯瑪菲公司的18條PVC-U生產線，在國內同行業中率先通過ISO9001：2000質量管理體系認證。管材配方采用有機錫穩定劑、衛生級樹脂；生產工藝從原料的混拌、管材的擠出、真空定徑、噴碼標識、噴淋冷卻、牽引切割、超聲波壁厚檢測等全部采用自動化控制；檢測部門從原料進廠、車間自檢、質檢測試層層把關，產品完全符合ISO4422-2：1996及GB/T10002.1-1996相關標準。
為了使優質的管材完整無損的運送到施工現場，交付客戶手中，寶碩管材公司不惜投入大量資金購置棉毯，鋪墊在運輸汽車馬槽的底部和管材的隔層之間，防止管材在長途運輸中顛簸磨損；寶碩管材公司還為用戶提供了管材如何裝卸、碼放、存貯的卡片及安裝說明書，提示用戶在卸車、碼放、保管期間的注意事項，遺憾的是,有時優質的管材在安裝前就不一定優質了,用戶在卸車或二次搬運過程中隨意拋摔的現象時有發生,造成有的管材、管件形成暗傷或破損；有的管材、管件存貯保管不當,接觸了化學有機溶劑而降低了承壓能力;有的管材、管件堆放過高,雜亂無章導致嚴重變形;有的民工冬天用柴草烤火取暖,野火四漫燒壞管材;有的使用炸藥開山炸槽,碎石飛濺砸傷管材等等,各種原因不一而論。個別的運輸司機急于卸車交貨,唆使民工快卸甚至說塑料管不怕拋摔,幾年前在湖北施工時,一個民工站在貨車的司機樓上將兩個φ450mm×45°焊接彎頭,高高的拋下……在河北某地一次卸φ110mm的管材時,一個農民竟站在4米多高的貨車頂上,雙手舉起一根6米長的管材,反而向上方拋去,然后重重地落地，口中還振振有詞地說:“看看寶碩的管材合不合格”.盡管我費盡口舌地對這些人強調塑料管材卸車時嚴禁拋摔,反復解釋用拋摔的方法檢測管材是不科學的，根本無濟于事,他們聽不進去外觀檢測、化學檢測、物理檢測、液壓實驗……
所以我在前面說過，有時優質的管材在安裝前就不一定優質了。如果個別損壞的管材、管件在安裝前能夠及時發現，那僅僅是管材、管件數量的損失，金錢的損失，否則在試壓驗收時或在管道運行中發現，就可能被用戶誤認為是產品質量問題，那是管材公司名譽的損害，是金錢所不能代替的。
二、科學的設計是給水管道工程的必備保障
優質的給水管道工程必須有科學的設計作保障，設計部門應根據業主的用水需求，通過現場的實際勘測，依據水力學的原理，科學合理地為用戶提供管材的口徑、公稱壓力等相關數據，并為用戶提供設計圖紙的理論依據，來證明圖紙的合理性，確保給水管道的安全運行；設計部門除應考慮管道的流量、工作壓力、管道的外力荷載外，特別要考慮管道產生水錘時的瞬間爆破壓力，并為管道的安全運行提供必要的保護措施，減少水錘，消除隱患，如計算三通、彎頭、異徑管等處止推墩的尺寸，管道高點形成氣囊處的自動排氣，管道維修清洗時低點的泄水，防止管道產生水錘的安全閥、水錘消除器的設置等。
可個別的給水工程的圖紙，并不是出自水力設計部門，而是出自業主方或施工人員自己之手，他們并不具備設計資質，缺少水力學的相關知識，不能提供圖紙設計的理論依據，他們所依據的是施工過若干個管道工程，憑借自己多年的安裝經驗畫張草圖，然后邊測量、邊修改、邊施工，甚至個別的小規模給水管道工程連草圖都不具備，管線的走向就在某些工程負責人的大腦里，施工時隨意性較大，這樣的做法既為及時提供管材、管件的數量帶來一定的難度，又為以后的管道安全運行留下隱患。
有一份資料介紹，某化工廠采用鋼管輸水，在某一區段曾連續四次發生爆管事故，后來在此增設了自動排氣閥，再也沒有出現爆管事故，可見，原先設計的管道在這一區段，是欠妥當的，有失科學；科學的設計能預防管道事故的發生，為管道的安全運行提供保障。
三、不規范的施工是給水管道工程存在的隱患
有了優質的管材和科學的設計，還必須有規范的施工作保障，否則再科學合理的設計也是一張廢紙，再優質的管材也難保證不出事故。針對PVC-U給水管道事故，北美曾有人做過專門的統計，結果80%以上的事故都是由不規范施工造成的。目前，我國PVC-U給水管道工程的施工，以《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》為標準，為了規范施工，為用戶提供正確的安裝方法，寶碩管材公司依據《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》，專門編制了《給水管道工程施工技術手冊》，指導用戶安裝施工，寶碩管材公司還設有專門的售后服務部門，售后服務部門獨立于業務部門之外，無償地為用戶提供售前、售中、售后服務，為用戶培訓技術安裝隊伍，確保給水管道工程的安裝合理，施工規范。
可實際情況是，很少有業主方聘請施工監理，對給水管道工程進行質量監督，個別的施工隊根本不具備施工資質，不按規范施工甚至在利益驅動下偷工減料，導致管道在運行中出現事故，常見的情況有以下幾種：
1、溝槽與回填土不符合規定
溝槽不合格的情況在山區經常看到，主要是個別地段的石頭較多，溝槽的開挖由人工鑿成或炸藥炸出，槽底嚴重不平并且有鋒利的石頭凸出，遇到這種情況，按有關規定，溝槽底部的石塊應該清除并鋪墊15公分以上的沙土，然后才能鋪設管道，可施工人員不負責任或偷工減料，不鋪墊沙土或者象征性鋪墊點沙土,就直接把管道鋪設在石塊上面,當回填完畢通水運行后，由于管道本身的重量、豎向土壓力、管線上面的車輛荷載,重力疊加,由管道底部一個或幾個鋒利凸起的石塊支撐著,過分的應力集中,管道極有可能會在這個點處硌傷破損并沿著這個點直線開裂,這就是人們常說的“刻痕效應”。
常見的回填不合格,一是用較大的磚瓦石塊當回填土直接拋砸在管道上;二是回填后不按《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》的規定，做夯實處理；一次數九寒冬的季節在東北某省施工，管道安裝完畢后，由監獄里服刑的犯人進行回填，回填土都是幾十斤重的大凍土塊，甭說回填的密度無法保證，僅這幾十斤重的大凍土塊直接拋砸在管道上，就已經留下不安全因素了，因為PVC-U管道的抗沖擊性能與溫度有關，溫度越高，管材的抗沖擊性能越強，溫度越低，管材的抗沖擊性能越差，所以，《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》中規定：溫度低于-5℃時禁止施工，這樣的違章施工，無疑為以后的管道安全運行埋下隱患。
2、三通、彎頭、異徑管等節點的水泥止推墩制作不符合要求
按照《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》規定：φ≥110mm以上管道的三通、彎頭、異徑管等節點，應設置水泥止推墩，防止管道推移，“止推墩混凝土不宜低于C15級，并現場澆筑在開挖的原狀土地基和槽坡上”。有些施工方對止推墩所發揮的作用，引不起足夠的重視，他們在管道旁釘個木樁或楔個鐵橛充當止推墩，有時水泥墩的體積太小或未澆筑在原狀土上，有的止推墩的強度不夠，結果管道運行中，止推墩無法發揮作用形同虛設，造成三通、彎頭等管件推移錯位后而損壞。
舉例說明：假設一條φ500×16.8mm的管線上有一個90°的彎頭，當管道工作壓力0.4MPa時，那么90°彎頭處的推力就是：
T=1.57×dn2×Fwd×Sin(a/2)
=1.57×46.642×4×Sin(90/2)
=9658Kg
式中dn :管道內徑cm
Fwd:內水壓力Kg
a:彎頭轉角
由此可見，當φ500mm的管線運行壓力0.4Mpa時，那么90°彎頭處就產生9.6T的推力，如果此處水泥止推墩的強度不夠，抗不住9.6T的推力而破碎，此處的彎頭在失去止推墩保護的前提下，也會跟著破損；在給水管道事故中，因止推墩不符合要求而導致管件破損的現象相對較多，對此,施工方應給予高度的重視。
3、未安裝自動排氣閥或安裝的位置不合理
根據水力學的原理，起伏較大的山區或丘陵，在管道的高點，應設計安裝自動排氣閥，即使是地形起伏不大的平原地區，也要在挖槽時，人為的將管線設計出起伏，呈循環上升或下降，坡度不小于1/500，在每公里的最高處設計1-2個排氣閥。
因為管道在輸水過程中，管道中氣體會逸出在管道高起部位積累起來，甚至形成氣阻，管道中水的流速發生波動時，隆起部位形成的氣囊將不斷被壓縮、擴張，氣體被壓縮后所產生的壓強要比水被壓縮后產生的壓強大幾十倍甚至上百倍，此時，這段存在隱患的管道，可能會導致下列情況的發生：
⑴管道上游通水后下游滴水不見，這是因為管道內的氣囊阻斷水流，形成水柱分離。
⑵管道內被壓縮的氣體，壓縮到最大極限，急速膨脹，導致管道破裂。
⑶當高處水源的水，利用重力流按一定的速度向下游輸送時，急速關閉上游的閥門后，由于落差及流速的慣力，管道內上游的水柱并沒有立即停止，它仍按一定的速度向下游流動，此時管道內因無法及時補氣形成真空，造成管道被負壓吸癟而破損。
造成以上三種情況，都是未按設計的要求安裝自動排氣閥、真空破壞閥所致；可能有的用戶安裝了自動排氣閥，但因口徑太小被異物堵塞喪失自動排氣的功能，可能有的用戶安裝了自動排氣閥，但選擇的位置不當，安裝時應用水準儀測量后安裝在管道的最高處；真空破壞閥具有能及時向管道內補氣、破壞真空、防止負壓的功能，自動排氣閥具有自動排氣、自動補氣、消除斷流、彌合水錘的功效，它們是管道安全運行的保護傘。
四、管道管理人員的合理操作
管道管理人員和泵房操作人員，應具備一定的專業知識，經過專門的培訓，實行持證上崗，合理操作。例如：離心泵應輕載啟動，先關閉泵的出口閥門，在啟動水泵機組后再逐漸打開出口閥門，盡量減少開啟泵的次數，避免水的流速在管道內突然升高或降低發生急劇變化，防止水錘的發生，如條件允許，最好采用變頻儀控制管道壓力；利用大泵小泵交替供水時，應先開泵后停泵，而不應該先停泵后開泵；對泵站的閥門、止回閥，盡可能采用微阻緩閉式，適當延長開啟關閉的時間并經常對其維修保養，使它開啟自如，關閉緩慢，達到減少水錘以至消除水錘的目的。
管道管理部門在給水管道工程竣工驗收后，應及時繪制竣工圖，用施工圖代替竣工圖是嚴令禁止的；如需使用金屬探測儀探測PVC-U管道的位置，可在管道回填時，在管道旁埋設一條φ4mm2的塑料皮銅線，以方便檢測；管線鋪設在田間郊外及路邊，竣工后應根據管道的走向及時設立永久性標志或警告牌加以提示，避免其它施工單位施工時損壞管道；據《江蘇供水》2003年第3期——談城市供水設施的保護這篇文章中介紹，2002年南京市供水設施被破壞就達144次，直接損失約18萬元。
五、結束語
給水管道工程是一個系統工程，它的安全運行是由多方面因素構成的，在這個系統工程中，不論采用金屬管道還是非金屬管道，違背科學都有出現事故的可能性。這就要求我們對事故要公正客觀的分析原因，要求我們必須要選擇優質的管材，以科學的設計、規范的施工、合理的操作運行作保障，使管道工程真正根除隱患、安全運行。
參考文獻：
1.CECS 17：2000 《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》
2.《江蘇供水》2003年第3期
