某超高層項目水錘問題案例分析

姚嵐

一、問題概述

收到某超高層項目在建工地反饋：避難層重力消防系統減壓閥后管道在夜間未使用情況下突然爆管；另外地下二層生活水箱補水管調試時水錘嚴重，造成管道支吊架被拉裂情況。

二、分析概述

收到反饋后，建設單位、顧問團隊、施工方、減壓閥廠家及設計單位組織了專項會議，并進行了現場踏勘、試驗調試和技術分析，設計方針對踏勘及運行調試結果進行了專項分析論證，并出具了分析論證報告，報告結論：

問題一：消防管道爆管問題是由于管網積氣嚴重，產生的水錘造成管道接口松動爆管。主要原因：（1）現場未按圖紙在減壓閥前后豎管上安裝排氣閥、地下室管道頻繁翻越，且未按設計要求設置排氣閥造成系統長期積氣產生水錘；（2）減壓閥后未設置安全閥，在系統超壓后無法及時泄壓造成爆管；

問題二：生活水箱補水管處水錘是由于市政自來水水壓大，水箱補水管出水水壓過大，水箱進水管采用了浮球閥，浮球閥受液面波動造成進水管進水口啟閉波動，造成管路壓力波動明顯，并產生水錘。

三、分析論證

1.避難層消防管路爆管問題

（1）系統概況

本項目1～4號樓±0.00以上的建筑主體采用重力消防系統，高位重力消防水池288m3設置在2號樓屋面，儲存全量室內消防用水；1～57層由此屋頂重力消防水池重力供水+減壓閥供水；重力水壓不足的樓層58～68層為臨時系統，由43層避難層轉輸消防泵房加壓供水。消防系統如圖1所示。

圖1 消防系統分區示意圖

圖2 接管示意圖（A點至水箱進水口管段水錘）

圖3 整改措施圖示

（2）爆管原因分析

爆管點：出現在2號樓15層減壓閥后重力管節點①處（調試過程中有水錘震動），29層減壓閥后重力管節點②處（夜間爆管），43層減壓閥后重力管節點③處（調試過程中有水錘震動）。

論證分析：①上述的2號樓15F、29F、43F分別為消防重力管減壓閥后的X1區、X2區、X3區最高點；與上述樓層同樣分區，同樣高度的1、3號樓的①②③處以及4號樓的①②處卻并未發生震動和水錘。

②本項目正常情況下，管路壓力最大可能出現的點在圖示地下室的X1、X2、X3分區的④⑤⑥節點，但此處并未出現管道漏損問題。針對上述的各個點位，進行了壓力對比分析，如表1所示。

表1 壓力測算對比分析表

③通過表1發現：各個點位管道公稱壓力P3＞P2，P3＞P1；即是：平時工況以及減壓閥失效情況下，管道公稱壓力均滿足要求，即便減壓閥失效也都不會出現爆款情況；另發生爆管的位置2號樓的①②③處是各個消防分區最高點，是壓力最小的點位，反而易出現爆管問題，而同樣高度的1、3號樓的①②③處以及4號樓的①②處卻并未發生震動和水錘。

初步結論：通過上述1-3條的壓力計算分析，可初步得2號樓的①②③處不是因為減壓閥失效造成的，這幾處剛好位于減壓閥后的管段，之前就存在過水錘震動情況；水錘的原因：a.管線內空氣未能排出易產生水錘；b.開關閥門過快引起的水錘。而此次爆管發生在夜間系統未動作時，則大概率是此區域積氣造成水錘引起爆管。

（3）現場測試

為了佐證上述分析，設計方、建設方、施工方、設備廠家一起的現場調試，發現問題：

①開啟2號樓X3區最高點自噴末端放水，開啟試水裝置后系統少量出水（持續時間1～3秒），停頓2秒后，大量氣體從管網沖出，歷時約10秒后才開始正常出水；根據此判斷：消防管網中混有大量氣體。

②現場巡查了2號樓15F、29F、43F的減壓閥的①②③處，發現減壓閥前后的豎管均未按照設計圖紙安裝排氣閥，在減壓閥組后也未安裝安全閥。（安全閥在系統中起安全保護作用。當系統壓力超過設計值時，安全閥打開，將系統中的一部分氣體/流體排出管道外，使系統壓力不超過允許值，從而保證系統不因壓力過高而發生事故。如現場安裝有安全閥，安全閥可泄壓保護后部管網，可避免發生爆管事故。）

③地下室長距離的管道以及管道交叉翻越時候，立管最高處均未按照要求裝設排氣閥；

④與2號樓爆管同樣高度的1、3號樓的①②③處以及4號樓的①②處的高點均設置了排氣閥，故無震動問題。

⑤支吊架問題：根據現場工程人員對幾次爆管情況描述，爆管均發生在15F、29F、43F的避難層橫向管網轉彎管件處，設計通過現場巡查發現現場在管道轉彎處（爆管處）缺失防晃吊架。

⑥現場調試問題：減壓閥調試流程不規范，未按驗收規范進行排氣、滿水等嚴密性試驗及管道、閥件的試壓。根據現場技術人員描述：減壓閥調試后幾天至半月內，減壓閥逐漸失效，管道內常有水擊現象；由于1號樓、2號樓、3號樓、4號樓以及地下室為兩家消防施工單位，調試減壓閥時存在未同步放氣充水試壓等協調問題。造成減壓閥調試時與2號樓本身及聯通的1、3、4消防管網未放空管網空氣，調試完成后整個管網未達到滿水狀態，存有大量被壓縮氣體，加之2號樓高點均漏設排氣閥，形成的水錘壓力傳遞至減壓閥處造成減壓閥失效，同時引起管道接口松動爆管。

（4）最終結論

此次2號樓消防管道爆管問題是由于管網積氣嚴重，產生的水錘造成管道接口松動爆管。主要原因：①現場未按圖紙在減壓閥前后豎管上安裝排氣閥、地下室管道頻繁翻越，且未按設計要求設置排氣閥造成系統長期積氣產生水錘；②減壓閥后未按要求設置安全閥，在系統超壓后無法及時泄壓造成爆管。

（5）整改辦法

①責令施工方按照設計圖紙及國家規范要求安裝安全閥、排氣閥、減壓閥組的試水放空管；

②現場根據設計要求增加防晃支架及抗震支吊架；

③組織現場排查，檢查管路是否有錯接情況；

④請設備廠家協助檢查減壓閥密閉性和產品質量是否達標；

⑤檢查消防管材、閥門、管件壓力等級是否按照設計要求執行，不合規的應予以整改；

⑥不同標段消防單位應組織專業調試小組，聘請專業調試顧問公司予以現場指導；對消防系統進行整體排空、充水、排氣，重新做嚴密性試驗及管道試壓試驗；

⑦對管路頻繁出現問題的管段可采取水錘防止器等加強措施。

（6）整改后情況

現場根據分析報告及整改通知，對現場上述問題進行了修正及整改，在后續的運行調試中，已無上述水錘震動及積氣問題出現。

2.地下生活水箱進水管水錘問題

（1）系統概況

生活水箱位于地下二層，水箱補水管由市政直供，從負一層的市政直供區管段上接管，引至負二層生活水箱間。

（2）水錘原因分析

水錘點：水箱低水位補水時正常，無水錘現象，當水位升至最高水位時，進水管開始發生震動；當抵達最高水位時，發生水錘；水錘出現在水箱補水管從負一層的低區接出管的橫管至負二層水箱間的進水管處。

初步分析：水箱補水管出水水壓大，水箱浮球閥受液面波動造成進水管進水口啟閉波動，造成管路壓力波動明顯，并產生水錘。

（3）現場測試

為佐證上述分析，進行了現場調試，分別在負一層直供管網水錘處安排工作人員，同時在負二層水箱間安排一組人員，進行補水觀測發現：①水箱低水位和常水位補水時無水錘現象，負一層及負二層均未發生水錘現象；②進水管距離浮球閥距離過近，無消能筒措施，進水口進水造成水面波動厲害，進而引起浮球閥晃動；③當水位升至最高水位時，浮球閥隨著水位的波動劇烈上下晃動，造成進水口不停地啟閉，維持15秒后，負一層現場人員對講機反饋負一層水錘產生，要求負二層立即關閉進水管閥門；④水錘出現在水箱補水管從負一層的低區接出管的橫管至負二層水箱間的進水管處；⑤市政水壓測試：在一層門衛室測試水壓：0.42MPa（水壓較大）。

（4）最終結論

引起水錘原因：①負一層直供管路長距離未設置排氣閥，水箱補水管豎管在高點也未裝設排氣閥，管網積氣嚴重；②由于市政自來水水壓較大，水箱進水管處的浮球閥受液面波動影響造成進水管進水口不停的啟閉，從而產生水錘。

（5）整改方案

①積氣問題：施工方在負一層直供區環網上按照設計說明要求在管網末端、給水豎管高點、管道翻越的高點補充DN25的自動排氣閥，避免管網積氣；

②水量過大問題：生活水箱補水管由原DN150減少一級至DN100，兩座水箱的進水管由原DN100改為DN65，避免水流過大；

③水壓過大問題：由于市政水壓0.42MPa，水箱進水管處水壓高達：0.50MPa左右，故在負一層水箱補水管接出管處增加減壓閥組，閥后動壓控制在0.10MPa；

④水錘消除：在負二層補水管水表后的橫管上加裝活塞式水錘消除器，在負一層橫管上加裝活塞式水錘消除器；

⑤水面波動問題：在水箱進水管口加裝消能筒（國標圖集01SS105），并將普通浮球閥改為杠桿式液壓水位控制閥，以保障供水穩定性；

⑥其他措施：給水管網上按照要求加裝防晃支架、彈性支吊架等，在進水管閥件處補充柔性接頭等。

（6）整改后情況

施工現場根據分析報告及整改通知，對現場上述問題進行了整改，在后續的運行調試中，已無上述水錘問題出現。

四、結語

本文針對超高層建筑水系統出現的嚴重水錘案例，綜合運用科學理論和技術手段解決問題，具有一定的實踐工程指導意義，望能為初學者在咨詢和設計工作中提供幫助，踐行“精細化、節約化”的設計理念，為客戶和社會創造價值。