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 微文:髀设·“防爆手册”手记5|为什么会“爆水管”?城市沉降是个原因

文首300字: 关于《防爆水管手册》,这里是第五则采访手记。说的是水管与气温、城市建设等方面的关系。这些中间成果,记录了志愿者收集信息和总结的过程,是一些汇报。最后,这些信息将被整理制作成类似《东京防灾》的手册。髀设·“防爆手册”手记1|爆水管无可避免,但很多人在努力降低它的概率髀设·“防爆手册”手记2|日常社区治理,靠制度还是靠关系髀设·“防爆手册”手记3|小朋友都能看懂的城市给水系统介绍髀设·“防爆手册”手记4|了解小区里的水管2016年初,在极端严寒的冲击下,数......(2016-06-19 02:14:38)

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髀设·“防爆手册”手记5|为什么会“爆水管”?城市沉降是个原因





关于《防爆水管手册》这里是第五则采访手记。说的是水管与气温、城市建设等方面的关系。


这些中间成果,记录了志愿者收集信息和总结的过程,是一些汇报。最后,这些信息将被整理制作成类似《东京防灾》的手册


髀设·“防爆手册”手记1|爆水管无可避免,但很多人在努力降低它的概率

髀设·“防爆手册”手记2|日常社区治理,靠制度还是靠关系

髀设·“防爆手册”手记3|小朋友都能看懂的城市给水系统介绍

髀设·“防爆手册”手记4|了解小区里的水管


2016年初,在极端严寒的冲击下,数以万计的水表和水管爆裂,造成了大规模停水,在温暖的南方地区,这样的灾害让城市变得狼狈不堪。事实上,寒潮引起的“爆水管”,仅仅是延伸到居民家中的配水管网部分。而城市供水系统中,容易出现问题的部分不止在居民区,低温也并不是唯一原因。


如2016年2月20日在广州麓湖路出现的水管爆裂,就是在主城区路段发生的主要供水管道自然暴漏;水管的爆裂还可能引起二次灾害,如2012年6月5日香港大埔晓运路的水管爆裂就造成附近煤气管道进水,导致辖区内14个屋苑近万户居民煤气供应中断。那么,都有哪些原因导致“爆水管”呢?我们城市的供水管网还有哪些隐患?


气温的变化


潘师傅在上海有20多年修理水管的经验。他说:“现在的水管问题要么是老化的问题,要么是天气原因。而天气原因一般都和窗户有关,今年寒潮就是这样的,窗户没关好,天气一冷一热水管‘砰’的一下就坏了。”的确,寒冷季节的管道爆管率明显大于其他季节。在上海,12月和1月发生的爆管可占全年爆管总数的50%以上[ 《供水管网爆管事故分析与对策探讨》]。而说到“爆水管”, 闪现在人们头脑中的大概便是“热胀冷缩”四个字。其实,爆裂的原因不只是“热胀冷缩”。


寒潮到来之时,气温下降,而在质量一定的情况下,水结冰之后,体积增大,这是水表、水管爆裂的主要原因。同时由于热胀冷缩原理,水管收缩,再加上塑料管和钢管在低温下都会变脆,耐压能力急剧下降,所以低温天气很容易将水管冻裂。而回暖后,管内的冰开始融化,冻裂的水管就出现了漏水问题。


但要注意,容易冻裂的位置不是管道本身,因为一般水管管道都会有保温包扎措施,比较容易被冻坏的就是连接处的配件——三通、弯头以及水表。在水管包扎时,连接处的这些配件成为整个管道唯一暴露在外的位置,是水压释放的薄弱点。当然,按理说,这些配件也需要包扎,但若施工不到位,这些地方成为最有可能遗漏之处。


另一个最容易冻坏的地方就是水表。采访中得知,很多老百姓对水表冻裂表示不理解。有的居民会说:“以前我们都用铜表,都不冻坏,现在你们用塑料表,所以就容易冻坏”。实际上,这是一种误解。水从液态到固态,有膨胀系数,这个膨胀系数的力量和硬度非常大,它的硬度一定会在管道最薄弱的地方释放。铜表的表壳强度高,那么爆表时就会爆玻璃。假如换一个非常好的玻璃,防爆玻璃,玻璃也不坏,这时就要坏管道丝口、格令这种连接的地方。


“只要一冻住,肯定要在最薄弱的地方把这个力量释放出来,其实用什么表不是最关键的,关键的问题是要做好防冻措施。”上海某水务供水分公司的工作人员建议。


另外,即使设施设备完全防冻,管道不爆,水表不碎。但若保温没有做好,在零下六七度的天气下,水表表芯里冻成一坨冰块,表芯就会被涨坏。即使解冻后外表上看水表没坏,但是它可能以后停走,说不定走快了,也说不定走慢了,影响计量精度。


因此,保温措施成为了冬季“防爆”最重要问题。


“怪叫”的水锤


除了气温的变化,另一种常见的“爆水管”原因是“水锤”现象。


不知大家是否有这样的发现:关闭水龙头时,从管道内传出“咚咚”的响声?这是管道内水流发生了“水锤”作用。大家可能不知道,这些怪叫的“水锤”声其实是管道的求救声。


“水锤”作用往往在水龙头快速关闭时发生,此时管道中的水流仍惯性向前,就像连续车祸现场,前车急刹,后车却刹不住,碰撞后后车往回弹,而此时又有后来车辆与该车相撞。水流就像被夹在中间的车辆,在前后压力的作用下来回反弹,造成管道内压力急速上升(可能达到正常水压的8倍至10倍以上)


对于民居供水管道来说,“水锤”现象可能只是类似锤敲的声音,但对于市政供水系统的泵站、主要管道、大型企业管道而言,“水锤”引发的压力变化可能使得管道破裂,设备破坏,泵房被淹,工厂停产,造成重大经济损失,其危害不容小觑。


例如,上海复旦医院后勤服务有限公司的高级工程顾问桂云青老先生告诉我们,他们负责的上海华山医院北院的主要“爆水管”原因就是“水锤”现象。医院建设时,使用了不锈钢管道,医院开始使用后,水泵突然开机和关机时,会发出轰隆隆的声音。而解决“水锤效应”的方法是,装水锤缓冲器或者变频式关机。


 “老龄化”的管道


和我们的城市一样,管道也面临着“老龄化”的问题。城市的管网系统往往会使用较长的时间。仅在上海,解放前埋设的老管道就有超过200km,其使用年数已远超现行预期寿命为50年的管道设计标准,最长甚至达到100多年。人老易多病,管道也是如此。根据相关记录显示[ 《上海市安全饮用水保障技术》],老旧管道往往有较高的爆管率。


因为城市地面的长期不均匀沉降,会导致管道断裂;就像海绵受到挤压会产生变形一样,由车辆荷载、地下工程、楼宇建筑、地下水位下降等,也会使得城市局部的沉降不均匀,这一点在东南沿海软土地区(如上海)尤为明显。管道系统密布于城市地下,不均匀的沉降会改变管道的相对位置。



管道断裂示意图,图片制作:竺盛


早期的管道多采用变形能力小的刚性连接灰口铸铁管,管材质量差,在长期使用中又出现老化现象,在沉降作用下就像一根容易折断的筷子,产生“爆水管”的现象。如上海市区四平路于1977年铺设有一根铸铁管,因土体沉降,于1982、1985、1986年连续发生爆裂,直接经济损失近800万元,2002年发生第四次爆管,区域内“汪洋一片”,影响居民正常生活。



管道剖面示意图,图片制作:竺盛


除了“爆水管”的隐患外,老旧的管道也易对水质造成影响。市政干管的主要材料为铸铁管,在与水和氧气的长期接触后易锈蚀,造成管道内漏损和水质的下降。为了减少锈蚀,目前的市政干管内壁通常有防腐涂层,避免管道壁与水体的直接接触。而早期的管道未采用类似措施,因此腐蚀问题会相对严重,不但造成管道渗漏,也是使得自来水成为“红水”、“黄水”的诱因。


城市建设带来的影响


国家统计局网站数据显示,2004年我国城市供水管道长度为35万余公里,而截止2014年,我国城市供水管道长度已经达到了67万余公里,相当于十年间增长了一倍。


在如此快速的城市发展过程中,城市管网建设往往匆忙,有时甚至缺乏明确的规划及后备措施,留下后遗症,引发一些事故也就不足为奇了。例如引起广泛关注的郑州中法原水有限公司供水干管的爆裂,原因之一就是因为城市用水需求增长后,主管网长期高压和超负荷运行,使得管道不堪重负。


尤其是,在城市的新建城区,由于缺少统一的规划,当一部分管网长期超负荷运行时,其他部分管网的供水压力却可能过低。供水压力过低,易造成间歇性的缺水、出水慢等情况,影响用户正常用水。有时,甚至造成管内水流流速过慢,导致水质下降的现象。


另外,城市建设速度太快、工程量大、道路载荷过重也有可能导致水管断裂、漏水。在上海,地铁施工、新小区建设以及各种建设施工都会造成土体的不均匀沉降。不均匀沉降的后果就是这些土体承重的管线出现受力不均匀,可能导致断裂或者是漏水情况。而道路上方大量车辆的行驶,尤其是大型载重车,加大了道路的载荷。这种超出预计的大力挤压也有可能造成道路下方水管的损坏。


在城市建设中,管道类型多且各自有不同的更新周期,因此管道地基附近往往被不同的施工单位多次开挖。多次开挖可能造成地基的破坏,引起管道段不均匀沉降,出现裂缝引起爆管,甚至在施工中直接挖掘到管道发生爆管。郑州2004年发生的1326其自来水爆管事件中,30%因为施工挖破引起[ 《城市大口径给水管道爆管对策措施》]


除此之外,管道内部压力的变化、振动、锈蚀、撞击、不合理的管道规划及不正确的操作都可能使得管道发生爆裂。由于管材和施工工艺的欠佳造成的水管断裂也不少,而这个问题在全世界范围内都不少见。90年代以前,全世界范围内的城市水管建设都大量使用容易发生爆裂的铸铁管。目前,供水改造大量把铸铁管升级为球墨铸铁管,它有一定的韧性和伸缩性,这样发生爆漏的概率就大大减少了。


但是这些旧管改造,牵涉到多方原因,需要平衡多方诉求。要充分考虑到道路施工对居民日常出行的影响,避免道路大范围施工造成不便,引起居民抱怨。另一方面,又不能因为居民不便,而将改造速度一减再减,使水管时刻处在可能爆管的风险之中。这又会影响居民的用水需求,也会引发居民的不满。


所以,当前的重要问题就是在于平衡市政交通的影响以及管线的改造计划。自来水公司也希望居民们理解供水公司,改造计划并非仅与资金有关,即使资金到位也难以说改就改,必须多方位考量评估取得最优方案。


期待更多的“爆水管”信息


我们大致讲了一些城市供水管道爆裂的原因。一般来说,“爆水管”往往是多种因素共同作用的结果,不同的外部因素、内在条件都可能成为管道爆裂的隐患。


所以,我们这里呈现的信息还很有限,只算是对“爆水管”原因的粗略梳理,我们期待能获得更多更细致的“爆水管”原因。如果你了解相关的知识,也欢迎告诉我们。您的分享会让我们的城市水管更安全,也让更多居民受益。何乐而不为呢!


邮箱:fengj@thepaper.cn


参考文献

[1] 何芳,刘遂庆. 供水管网爆管事故分析与对策探讨[J]. 管道技术与设备. 2004(5): 20-23.

[2] 奚琳琰. 上海供水行业管理研究[D]. 大连海事大学, 2015.

[3] 骆升. 城市大口径给水管道爆管对策措施[D]. 浙江工业大学, 2012.






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