嚴橋支線輸水管道爆裂事故的應急處理與原因分析

王 偉

(江蘇東升水務建設工程有限公司， 江蘇 宿遷 223800)

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嚴橋支線輸水管道爆裂事故的應急處理與原因分析

王 偉

(江蘇東升水務建設工程有限公司， 江蘇 宿遷 223800)

嚴橋支線輸水管道于2010年12月正式投入運行，2011年1月1日發生爆管事故。本文詳細描述了事故發生和處理的過程，并根據現場檢查情況對事故原因進行了分析，可為類似事故的應急處理提供參考，也可為管道工程施工和質量控制提供借鑒。

輸水管線； 鋼管； 爆裂； 事故處理； 原因分析

1 工程概況

嚴橋支線輸水工程是青草沙水源地原水工程陸域輸水系統的重要組成部分，承擔著向楊樹浦、居家橋、南市、臨江、長橋和徐涇6座水廠輸送青草沙原水的重任。工程設計規模為440萬m3/d，工程主要內容為兩根DN3600鋼管，線路全長約27.1km，最大一次頂進距離約1960m，全線采用鋼頂管施工工藝，布設頂管井約54座。

工程于2010年12月正式投入運行，2011年1月1日，在J17井至J21井之間的2號管段發生了爆管事故，爆管時在J20井附近2號管的出洞段地面突然出現大量噴水、冒泥漿現象，將地面沖出兩個直徑約10m的大坑(見圖1)。

2 事故處理

2.1 初期應急處理

事故發生當天(1月1日)，根據現場位置和管道壓力的變化，初步判斷事故原因為2號管爆裂。為控制險情，施工單位采取了兩個措施：?立即關閉2號管爆裂位置前后的控制閥門，改為1號管單獨運行；?在冒水坑周邊用砂袋壘筑擋水圍堰，控制路面漫水范圍，待水位下降后迅速拆除圍堰，清除路面泥漿。1月2日黎明恢復路面交通。

圖1 事故位置

2.2 中期真相調查過程及處理措施

2.2.1 排水

為盡快查明事故發生的原因，施工單位于1月2日進行了2號管排水。根據計算，該段管線長約2100km，管內蓄水約6萬m3，為加快排水速度，施工單位在6個工作面(J16、J17、J20、J21、J22、J23)同時進行排水，每個工作面放置3～5臺100m3/h水泵，以及發電機、汽車吊等搶險設備，并安排作業人員值守。

為防止沖刷形成的土坑坍塌，造成次生災害，施工單位于1月3日用黃砂對地面大坑進行了回填。

2.2.2 壓密注漿加固

由于連續抽水，管內壓力下降，管道爆裂處的管外泥漿和水可能會在管外壓力作用下涌入管內，造成鋼管沉降、移位，嚴重時可能會危及正在運行的1號管安全。為防患于未然，施工單位從1月4日起對2號管周圍進行壓密注漿加固，排水和壓密注漿同時進行，至1月5日下午又對方案進行了調整，暫停了排水作業，決定先壓密注漿加固后排水。

加固方式為雙液注漿加固，使用4套壓漿設備、8個班組24h連續施工。加固范圍為爆管外圍“門”字形，長度為24m，寬度為8.0m，深度為9.1m(高程-14.20～-23.30)，最終形成封閉的擋水帷幕，以防止2號管后期繼續抽水時管內出現大量涌水、涌砂現象。

壓密注漿過程中，為更精準施工，潛水員于1月8日及9日兩次進行水下探摸，并用木榫對裂縫進行了水下臨時封堵，探摸情況表明鋼管有裂縫，其位置在離井內檢修孔28m處。施工單位根據潛水員探明的情況對注漿孔布置進行了微調，孔數由原先的168孔增加至192孔。

壓密注漿施工至1月10日晚結束。

2.2.3 沉降監測與跟蹤注漿

壓密注漿完畢后，為防止抽水過快導致危害性沉降，施工單位根據現場情況，在裂縫附近布設了3個深度為30m的深層沉降監測點，以及2個分布于裂縫兩側深度為30m的跟蹤注漿孔，一旦發現管道周圍土體出現較大沉降，立刻采取補壓漿及管內回灌水等措施。

沉降監測的結果表明，在后期抽水過程中，管道周圍區域土體累計沉降量為1～2mm，沒有發生較大沉降。

2.2.4 現場檢查

在基本抽干2號管內的積水后，工作人員進入鋼管內部進行了現場檢查，檢查發現對接環縫處有開裂，開裂處錯位明顯。按時鐘表述，在3～5點鐘位置裂縫最大，約4cm寬，錯位也最大，約3cm錯位；底部5～7點鐘位置裂縫次大，約3cm寬，錯位約2cm；裂縫離焊縫距離最大約30cm，在底部穿越焊縫。除頂部9～10點鐘位置無裂縫外，全長撕裂(見圖2)。

圖2 管內裂紋展開

裂紋基本特征：?具有管道縱向局部彎曲引起的破壞特征；?具有脆性破壞特征；?具有局部破壞向兩側撕裂的特征。

2.3 后期修復處理

后期修復方案由建設單位組織專家進行研究，決定采用加焊內套環的修復方案，即將壁厚34mm、寬500mm的內套環分成4塊，從20號井吊入運至開裂處實施焊接。焊縫高度34mm，分段內套環之間的焊接采取坡口焊，焊后對內套環進行內防腐處理。

3 事故原因分析

3.1 長距離鋼頂管爆管破壞的因素

長距離鋼頂管爆管破壞的因素一般有鋼材本身的缺陷、焊接質量、溫度應力、頂進力、水錘作用、管道中的氣體存在及管道沉降等。

鋼材本身存在缺陷會使鋼材強度大大降低，在較大縱向力作用下，會導致管道拉斷；焊縫出現質量問題會影響焊縫強度，造成管道強度降低，在較大縱向力作用下，造成焊縫開裂；溫度變化將使管道產生膨脹或收縮，特別是在冬季，管道變形主要是收縮，若管道接口是剛性接口時，管道縱向收縮受約束將產生拉應力；頂管頂進過程因灌漿不均勻或在糾偏時會產生彎曲應力，對剛性較大的接口位置，縱向彎曲應力會導致接口拉裂；管線的起伏很容易使管道內集氣，低溫產生的氣體在高溫下體積會迅速膨脹，而管內的水可視為不可壓縮的流體，這樣必然引起管道內局部壓力增大，當遇到其他應力同時作用就會引起破壞性的爆管事故。一般情況下，管道帶壓運行，流速基本恒定，但當需要切換水泵或因停電突然開、關水泵，以及因管網中大水量用戶突然開大或關小閥門，管道內水流速度、壓力都將發生急劇變化，此時管壁受到巨大的沖擊力，導致管道爆裂；管道沉降會造成較大的縱向彎曲應力，對剛性較大的接口，拉裂的概率也較高。

3.2 該次事故的原因

該次事故的主要原因是焊接質量缺陷，而導致焊接質量不合格的因素主要有：?現場對接環縫的坡口過小，導致焊縫高度偏小，降低了焊接強度；?焊工責任心不強，發現坡口過小未及時向監理反映；?監理工作不到位，在管道組對時未嚴格檢查焊縫坡口；?焊接后的焊縫檢查出現漏檢或誤判，最終導致未發現焊縫缺陷。

4 結 語

爆管事故本身表明，對工藝復雜、風險程度高、技術難度大的工程，任何一點工藝上的疏忽，都有可能造成重大質量事故，必須加強施工的過程控制和工序質量驗收。

爆管事故的處理過程表明，應急施工的措施必須及時，要盡量減小事故的社會影響；應急施工的工序安排必須科學、正確，防止因盲目處置導致事故擴大；應急施工的措施必須高效、精準，要充分利用信息化監測手段，及時掌握事故發展的進程，為正確決策提供可靠的數據支撐。

[1] 陳起俊.工程項目風險分析與管理[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2] 侯昶魁.長輸管道建設項目施工階段風險管理研究[D].天津：天津大學，2008.

[3] 葛金科，沈水龍，許燁霜.現代頂管施工技術及工程實例[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[4] 鄧慶陽,閻瑋斌.工程項目風險管理與危機管理的比較研究[J].水利建設與管理,2009(5).

Emergency treatment and cause analysis of burst accidents in Yanqiao branch line water conveyance pipeline

WANG Wei

(JiangsuDongshengWaterConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Suqian223800,China)

Yanqiao branch line water conveyance pipeline was put into operation formally in December 2010. Burst accident occurred on January 1, 2011. In the paper, accident occurrence and treating process are described in detail. The accident reasons are analyzed according to site inspection condition, thereby providing reference for emergency treatment of similar accidents. The reference can be provided for pipeline project construction and quality control.

water-conveyance pipeline; steel pipe; burst; accident treatment; cause analysis

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.01.014

TV672+.2

A

1005-4774(2017)01- 0052- 03