摘要：本文从PVC-U管材的质量、设计、贮运、施工以及管道的运行管理等方面，对PVC-U给水管道事故的原因进行了分析。
关键词：PVC-U给水管道；事故原因；分析
前言：几年前看到一份资料，南方某大城市自来水公司，一年内处理了380多次管道事故，这组数字令人吃惊，一年仅365天，出380多次事故，可以说天天都在处理事故中度过。文章中并没有介绍管材的材质及规格，它可能包括钢管、铸铁管、塑料管、玻璃钢管等其他管材，也没有提到导致管道事故的原因，它可能包括多方面的因素，比如：管材的质量不合格、管道的设计不合理、钢管的年久锈腐、管道的结瘤、管道运行管理者的不当操作、施工不规范以及城市基建施工时人为的挖断损坏等，所以说，给水管道的安全运行是由多方面因素构成的，给水管道工程是一个系统工程，它的安全运行并不单纯取决于管材的质量，还应该包括科学的设计、规范的施工、管道的合理操作运行等，哪一个环节出现故障，都将给管道的安全运行埋下隐患。本文仅对PVC-U给水管道工程常见的事故，从管材的质量、管道的设计、管道的施工以及管道的运行管理这四个方面加以论述。
一、选用优质的管材是保证给水管道工程安全运行的前提条件
当前，塑料管材市场的无序竞争，导致塑料管材的质量良莠不齐，不排除个别厂家受利益驱动，以次充好；选用优质的管材施工是保证给水管道工程质量的前提条件，否则工程的试压、验收、管道的安全运行就无法保证，而生产优质的管材必须有一流设备、先进的工艺和科学的管理作保障；目前宝硕管材公司拥有当前世界上最先进的德国克劳斯玛菲公司的18条PVC-U生产线，在国内同行业中率先通过ISO9001：2000质量管理体系认证。管材配方采用有机锡稳定剂、卫生级树脂；生产工艺从原料的混拌、管材的挤出、真空定径、喷码标识、喷淋冷却、牵引切割、超声波壁厚检测等全部采用自动化控制；检测部门从原料进厂、车间自检、质检测试层层把关，产品完全符合ISO4422-2：1996及GB/T10002.1-1996相关标准。
为了使优质的管材完整无损的运送到施工现场，交付客户手中，宝硕管材公司不惜投入大量资金购置棉毯，铺垫在运输汽车马槽的底部和管材的隔层之间，防止管材在长途运输中颠簸磨损；宝硕管材公司还为用户提供了管材如何装卸、码放、存贮的卡片及安装说明书，提示用户在卸车、码放、保管期间的注意事项，遗憾的是,有时优质的管材在安装前就不一定优质了,用户在卸车或二次搬运过程中随意抛摔的现象时有发生,造成有的管材、管件形成暗伤或破损；有的管材、管件存贮保管不当,接触了化学有机溶剂而降低了承压能力;有的管材、管件堆放过高,杂乱无章导致严重变形;有的民工冬天用柴草烤火取暖,野火四漫烧坏管材;有的使用炸药开山炸槽,碎石飞溅砸伤管材等等,各种原因不一而论。个别的运输司机急于卸车交货,唆使民工快卸甚至说塑料管不怕抛摔,几年前在湖北施工时,一个民工站在货车的司机楼上将两个φ450mm×45°焊接弯头,高高的抛下……在河北某地一次卸φ110mm的管材时,一个农民竟站在4米多高的货车顶上,双手举起一根6米长的管材,反而向上方抛去,然后重重地落地，口中还振振有词地说:“看看宝硕的管材合不合格”.尽管我费尽口舌地对这些人强调塑料管材卸车时严禁抛摔,反复解释用抛摔的方法检测管材是不科学的，根本无济于事,他们听不进去外观检测、化学检测、物理检测、液压实验……
所以我在前面说过，有时优质的管材在安装前就不一定优质了。如果个别损坏的管材、管件在安装前能够及时发现，那仅仅是管材、管件数量的损失，金钱的损失，否则在试压验收时或在管道运行中发现，就可能被用户误认为是产品质量问题，那是管材公司名誉的损害，是金钱所不能代替的。
二、科学的设计是给水管道工程的必备保障
优质的给水管道工程必须有科学的设计作保障，设计部门应根据业主的用水需求，通过现场的实际勘测，依据水力学的原理，科学合理地为用户提供管材的口径、公称压力等相关数据，并为用户提供设计图纸的理论依据，来证明图纸的合理性，确保给水管道的安全运行；设计部门除应考虑管道的流量、工作压力、管道的外力荷载外，特别要考虑管道产生水锤时的瞬间爆破压力，并为管道的安全运行提供必要的保护措施，减少水锤，消除隐患，如计算三通、弯头、异径管等处止推墩的尺寸，管道高点形成气囊处的自动排气，管道维修清洗时低点的泄水，防止管道产生水锤的安全阀、水锤消除器的设置等。
可个别的给水工程的图纸，并不是出自水力设计部门，而是出自业主方或施工人员自己之手，他们并不具备设计资质，缺少水力学的相关知识，不能提供图纸设计的理论依据，他们所依据的是施工过若干个管道工程，凭借自己多年的安装经验画张草图，然后边测量、边修改、边施工，甚至个别的小规模给水管道工程连草图都不具备，管线的走向就在某些工程负责人的大脑里，施工时随意性较大，这样的做法既为及时提供管材、管件的数量带来一定的难度，又为以后的管道安全运行留下隐患。
有一份资料介绍，某化工厂采用钢管输水，在某一区段曾连续四次发生爆管事故，后来在此增设了自动排气阀，再也没有出现爆管事故，可见，原先设计的管道在这一区段，是欠妥当的，有失科学；科学的设计能预防管道事故的发生，为管道的安全运行提供保障。
三、不规范的施工是给水管道工程存在的隐患
有了优质的管材和科学的设计，还必须有规范的施工作保障，否则再科学合理的设计也是一张废纸，再优质的管材也难保证不出事故。针对PVC-U给水管道事故，北美曾有人做过专门的统计，结果80%以上的事故都是由不规范施工造成的。目前，我国PVC-U给水管道工程的施工，以《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》为标准，为了规范施工，为用户提供正确的安装方法，宝硕管材公司依据《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》，专门编制了《给水管道工程施工技术手册》，指导用户安装施工，宝硕管材公司还设有专门的售后服务部门，售后服务部门独立于业务部门之外，无偿地为用户提供售前、售中、售后服务，为用户培训技术安装队伍，确保给水管道工程的安装合理，施工规范。
可实际情况是，很少有业主方聘请施工监理，对给水管道工程进行质量监督，个别的施工队根本不具备施工资质，不按规范施工甚至在利益驱动下偷工减料，导致管道在运行中出现事故，常见的情况有以下几种：
1、沟槽与回填土不符合规定
沟槽不合格的情况在山区经常看到，主要是个别地段的石头较多，沟槽的开挖由人工凿成或炸药炸出，槽底严重不平并且有锋利的石头凸出，遇到这种情况，按有关规定，沟槽底部的石块应该清除并铺垫15公分以上的沙土，然后才能铺设管道，可施工人员不负责任或偷工减料，不铺垫沙土或者象征性铺垫点沙土,就直接把管道铺设在石块上面,当回填完毕通水运行后，由于管道本身的重量、竖向土压力、管线上面的车辆荷载,重力叠加,由管道底部一个或几个锋利凸起的石块支撑着,过分的应力集中,管道极有可能会在这个点处硌伤破损并沿着这个点直线开裂,这就是人们常说的“刻痕效应”。
常见的回填不合格,一是用较大的砖瓦石块当回填土直接抛砸在管道上;二是回填后不按《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》的规定，做夯实处理；一次数九寒冬的季节在东北某省施工，管道安装完毕后，由监狱里服刑的犯人进行回填，回填土都是几十斤重的大冻土块，甭说回填的密度无法保证，仅这几十斤重的大冻土块直接抛砸在管道上，就已经留下不安全因素了，因为PVC-U管道的抗冲击性能与温度有关，温度越高，管材的抗冲击性能越强，温度越低，管材的抗冲击性能越差，所以，《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》中规定：温度低于-5℃时禁止施工，这样的违章施工，无疑为以后的管道安全运行埋下隐患。
2、三通、弯头、异径管等节点的水泥止推墩制作不符合要求
按照《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》规定：φ≥110mm以上管道的三通、弯头、异径管等节点，应设置水泥止推墩，防止管道推移，“止推墩混凝土不宜低于C15级，并现场浇筑在开挖的原状土地基和槽坡上”。有些施工方对止推墩所发挥的作用，引不起足够的重视，他们在管道旁钉个木桩或楔个铁橛充当止推墩，有时水泥墩的体积太小或未浇筑在原状土上，有的止推墩的强度不够，结果管道运行中，止推墩无法发挥作用形同虚设，造成三通、弯头等管件推移错位后而损坏。
举例说明：假设一条φ500×16.8mm的管线上有一个90°的弯头，当管道工作压力0.4MPa时，那么90°弯头处的推力就是：
T=1.57×dn2×Fwd×Sin(a/2)
=1.57×46.642×4×Sin(90/2)
=9658Kg
式中dn :管道内径cm
Fwd:内水压力Kg
a:弯头转角
由此可见，当φ500mm的管线运行压力0.4Mpa时，那么90°弯头处就产生9.6T的推力，如果此处水泥止推墩的强度不够，抗不住9.6T的推力而破碎，此处的弯头在失去止推墩保护的前提下，也会跟着破损；在给水管道事故中，因止推墩不符合要求而导致管件破损的现象相对较多，对此,施工方应给予高度的重视。
3、未安装自动排气阀或安装的位置不合理
根据水力学的原理，起伏较大的山区或丘陵，在管道的高点，应设计安装自动排气阀，即使是地形起伏不大的平原地区，也要在挖槽时，人为的将管线设计出起伏，呈循环上升或下降，坡度不小于1/500，在每公里的最高处设计1-2个排气阀。
因为管道在输水过程中，管道中气体会逸出在管道高起部位积累起来，甚至形成气阻，管道中水的流速发生波动时，隆起部位形成的气囊将不断被压缩、扩张，气体被压缩后所产生的压强要比水被压缩后产生的压强大几十倍甚至上百倍，此时，这段存在隐患的管道，可能会导致下列情况的发生：
⑴管道上游通水后下游滴水不见，这是因为管道内的气囊阻断水流，形成水柱分离。
⑵管道内被压缩的气体，压缩到最大极限，急速膨胀，导致管道破裂。
⑶当高处水源的水，利用重力流按一定的速度向下游输送时，急速关闭上游的阀门后，由于落差及流速的惯力，管道内上游的水柱并没有立即停止，它仍按一定的速度向下游流动，此时管道内因无法及时补气形成真空，造成管道被负压吸瘪而破损。
造成以上三种情况，都是未按设计的要求安装自动排气阀、真空破坏阀所致；可能有的用户安装了自动排气阀，但因口径太小被异物堵塞丧失自动排气的功能，可能有的用户安装了自动排气阀，但选择的位置不当，安装时应用水准仪测量后安装在管道的最高处；真空破坏阀具有能及时向管道内补气、破坏真空、防止负压的功能，自动排气阀具有自动排气、自动补气、消除断流、弥合水锤的功效，它们是管道安全运行的保护伞。
四、管道管理人员的合理操作
管道管理人员和泵房操作人员，应具备一定的专业知识，经过专门的培训，实行持证上岗，合理操作。例如：离心泵应轻载启动，先关闭泵的出口阀门，在启动水泵机组后再逐渐打开出口阀门，尽量减少开启泵的次数，避免水的流速在管道内突然升高或降低发生急剧变化，防止水锤的发生，如条件允许，最好采用变频仪控制管道压力；利用大泵小泵交替供水时，应先开泵后停泵，而不应该先停泵后开泵；对泵站的阀门、止回阀，尽可能采用微阻缓闭式，适当延长开启关闭的时间并经常对其维修保养，使它开启自如，关闭缓慢，达到减少水锤以至消除水锤的目的。
管道管理部门在给水管道工程竣工验收后，应及时绘制竣工图，用施工图代替竣工图是严令禁止的；如需使用金属探测仪探测PVC-U管道的位置，可在管道回填时，在管道旁埋设一条φ4mm2的塑料皮铜线，以方便检测；管线铺设在田间郊外及路边，竣工后应根据管道的走向及时设立永久性标志或警告牌加以提示，避免其它施工单位施工时损坏管道；据《江苏供水》2003年第3期——谈城市供水设施的保护这篇文章中介绍，2002年南京市供水设施被破坏就达144次，直接损失约18万元。
五、结束语
给水管道工程是一个系统工程，它的安全运行是由多方面因素构成的，在这个系统工程中，不论采用金属管道还是非金属管道，违背科学都有出现事故的可能性。这就要求我们对事故要公正客观的分析原因，要求我们必须要选择优质的管材，以科学的设计、规范的施工、合理的操作运行作保障，使管道工程真正根除隐患、安全运行。
参考文献：
1.CECS 17：2000 《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》
2.《江苏供水》2003年第3期
