钢板管及钢砼接口供水管道漏损原因分析及对策

摘要：供水管网中，材质为钢板管及砼管大多属于大口径主供水管，管道接口处是较易发生损坏的部位，发生爆管影响范围大，牵涉面广，因此应成为预防的重点。对其漏损的原因进行合理分析并提出有针对性的预防措施，有利于降低漏损率，提高管网运行效率。

关键词：钢砼接口；柔性接口；刚性接口；应力集中

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一、背景介绍

近年来，随着合肥市城市建设步伐的加快，供水服务区域不断扩大，供水管网也在不断延伸，截至2011年底，合肥市现有DN100mm以上供水管道总长已达3200多公里，在短短5年时间里增长了近一倍。因此，如何确保管网安全平稳运行，降低漏损率，提高管网运行效率，既是供水企业管理工作的重点，也是保障城市正常生产、生活供水的内在要求。根据统计，近年来，合肥市供水管网漏损率一直控制在12.2%以内，在全国供水行业处于先进水平。通过对比分析近两年来的抢修资料，相比于球墨铸铁管，材质为钢板管、砼管、PE管发生漏损或爆管的事故率更高。由于钢板管以及具有钢砼接口形式的管道大多属于大口径主供水管，发生爆管影响范围大，牵涉面广，抢修施工难度高，时间长，因此应成为预防的重点。

二、钢板管及钢砼接口管道漏损原因分析

1、温度的变化。相比砼管和球管等材质的管道，钢管对温度变化更为敏感，特别是在秋冬及春夏交替的季节，温差剧烈，钢管因热胀冷缩会引起刚性连接或焊接的管道接口处产生应力集中，当接口局部应力超过其强度极限时便会损坏接口材料，从而发生爆管漏水。根据钢管受温度变化的伸缩量计算公式：△L＝L•α(0.65△ts＋0.1△tg)，设定管道内流体介质的最大变化温差△ts＝38℃ ，管道外环境温度的最大变化温差△tg＝40℃ ，钢管的线膨胀系数α＝0.012mm/m•℃，则100米钢管的伸缩长度△L＝L•α(0.65△ts＋0.1△tg)＝100×0.012×(0.65×38 + 0.1×40)＝34.44mm。这里考虑的是埋地管情况，如果钢管暴露在外（如过桥管），温差更大，钢管的伸缩量也会更大。可见由温差引起的伸缩量不可忽视，这也是钢砼接口特别是钢板管爆管的重要原因。

2、刚性连接的钢砼接口结构缺陷。据统计，目前全市并网运行的DN400以上供水管网中具有钢砼接口形式的有200多处。在分析抢修资料时，我们发现一个惯有的现象，同样是钢砼接口，发生爆管的几乎都是承口为砼管，插口为钢管的钢砼接口（这里的承插口也就是我们常说的大小头），而承口为钢管的钢砼接口则很少发生爆管。我们认为，承口为砼管的钢砼刚性接口较易损坏的一个重要原因可能是自身的结构缺陷导致。由于砼管承口进深尺寸较短，直径由外向内渐缩（喇叭口），而钢管为同心圆直管，从而使得接口填料与管道表面的有效接触面积较小，所能承受的外力也就相对较弱，再加上钢管热胀冷缩，砼管相比钢管自重大会发生不均匀沉降，在车辆重压动载荷等因素的共同作用下最终使接口填

料受力位移，由于砼管承口内壁是喇叭口形状，当很小的水平位移发生时即会形成裂缝漏水。这也是漏水部位多发生在砼管内侧的原因之一。当然，由于不掌握承口为钢管的钢砼接口准确数据，因此上述原因分析仍有待商榷，而我们也只是根据现有的抢修资料尝试着进行分析解释。

3、施工方法。由于钢管对温差反应敏感，因此在施工中应充分考虑这一因素并采取相应的工艺措施，提高钢管竣工通水后的安全运行系数。但目前可能由于缺乏明确的施工规范及强制性要求，使得施工单位中标后只是根据常规的方法安装钢管，导致交付使用后时有发生钢管焊缝处拉裂爆管。前些年长江西路DN700钢板管每年在夏冬季节都会发生爆管就是一个典型的例子，现已全部更换为球管，今年初宿州路桥过桥钢管发生爆管也是由于桥墩处钢管断裂所致。

三、降低钢管及钢砼接口管道事故率的措施

1、从源头抓起，进一步规范钢管安装施工方法。避免钢管因温差断裂的有效方法是在管道上安装补偿器（伸缩节），对长距离钢板管和过桥管必须通过计算在管道的适当位置加装伸缩节。但目前由于设计图纸不够明确，施工单位按图施工，虽然施工中可能也意识到有问题，但考虑成本等因素，加上现行的《给水排水管道工程施工及验收规范》对此也未作强制性要求，因此也就没有作相应处理。在设计阶段予以明确，可以确保施工单位、监理单位按图纸及规范施工、监督。

2、改进钢砼接口形式。钢砼接口连接可分为刚性连接和柔性连接两种方式。

2.1优先采用柔性接口连接。采用精加工的承插口钢制件通过胶圈与砼管插口或承口柔性连接可有效避免刚性接口因钢管伸缩而改变接口处受力状态、形成应力集中、破坏接口结构的现象发生。

2.2采用承口为钢管的钢砼刚性接口形式。这种形式的钢砼结构相比前面提到的承口为砼管钢砼接口，由于加长了承口尺寸，避免了喇叭口形状缺陷，同时在钢制承口内壁加工两道防止填料位移的凹槽，使得接口结构更加稳定，所能承受钢管拉伸力更大，而加长的钢制承口增加了管道不均匀沉降的屈服挠度，不致发生断裂漏水。目前我们对遇到的钢砼爆管抢修就是采用这种方法，利用加工的钢制大头包箍将损坏处的砼管承口包裹在内，包箍一端与钢管焊接，另一端加长与砼管直管段通过快速堵漏剂刚性连接，这对防止再次漏水，缩短抢修时间都起到了较好的作用。对在实际管网改造施工中，因不具备柔性连接条件的也可采用这种方法，将砼管大头切割，用钢制承口与砼管插口刚性连接，但应避免砼管大头连接。

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四、结束语

由于统计数据和方法的不完善，加上资料和水平有限，以上分析及对策还有不当之处。我们尝试着对目前实际抢修及施工中行之有效的做法进行分析总结，目的是为了引起同行业对此问题重视，进而作进一步深入研究，共同探讨应对措施，不断优化城市供水管网结构，确保管网安全高效运行。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。