導(dǎo) 讀

從市政排水管道事故發(fā)生的角度出發(fā)，全面調(diào)研和分析了南方某城市4個區(qū)2017年至2020年4個年度的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)管道事故的事故類別、管材類型、管徑大小、埋深大小、單位管道長度事故發(fā)生頻次等信息，深入剖析了事故發(fā)生的可能原因，并從技術(shù)和管理的角度提出了預(yù)防管道事故的有效措施。

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引言

現(xiàn)代城市的飛速發(fā)展帶來了城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這對市政排水系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營提出了更高要求，排水管道事故的頻發(fā)會給城市的市容市貌、地面交通、財政支出等帶來沉重負(fù)擔(dān)，從而給城市的發(fā)展帶來不良影響，盡量降低排水管道事故發(fā)生的頻率，使之不做城市建設(shè)的“短板”，成為水務(wù)工作者迫切需要解決的問題。在此大背景下，本文從排水管道事故的角度入手進(jìn)行相關(guān)調(diào)研，包括管道事故類別、管材類型、單位管道不同管材發(fā)生事故率、管道管徑、管道埋深等方面，在深入分析了發(fā)生事故的原因的基礎(chǔ)上，提出了包括技術(shù)和管理在內(nèi)的多項(xiàng)預(yù)防手段，以期能為其他城市的市政排水管道建設(shè)運(yùn)營維護(hù)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

本文主要采用現(xiàn)場調(diào)查、資料收集和數(shù)理統(tǒng)計的方法開展對南方某城市A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和D區(qū)四區(qū)（以下簡稱“調(diào)查區(qū)”）2017年、2018年、2019年和2020年排水管道運(yùn)行情況的研究。

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區(qū)域管道事故分布統(tǒng)計及管道事故發(fā)生類型占比情況

近4年調(diào)查區(qū)排水管道事故大體上可分為滲漏、堵塞和塌陷三類。全市2017年、2018年、2019年和2020年檢修的總次數(shù)分別為103次、93次、119次和112次，對比三類事故發(fā)生的次數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)管道塌陷較滲漏和堵塞發(fā)生的次數(shù)更多。其中，四區(qū)的管道事故分布統(tǒng)計見表1，從表1中數(shù)據(jù)可以看出D區(qū)的管道事故發(fā)生次數(shù)明顯低于其他區(qū)域，可能是因?yàn)镈區(qū)的發(fā)展較其他區(qū)晚，管道建設(shè)和運(yùn)營管理較其他區(qū)完善，且管道年限較短等原因。

表1 南方某城市市政排水管道事故近4年發(fā)生區(qū)域分布統(tǒng)計

（單位：次）

將排水管道事故類別細(xì)分為15項(xiàng)，分別為管道腐蝕、井體損壞、穿孔、管道變形、管道破損、接頭錯位、接頭漏水、井壁裂縫、井底損壞、裂縫、墻體損壞、管道縱向爆裂（簡稱縱向爆管）、縱向裂縫、管道橫向爆裂（簡稱橫向爆管）以及其他，統(tǒng)計近4年調(diào)查區(qū)排水管道事故類型占比情況見圖1。從圖1中可以看出，事故類別占比最高的事故類別有管道腐蝕、接口漏水、裂縫和管道破壞等。2017年、2019年和2020年事故率較高的均為管道腐蝕（分別約為56%、37%和36%）；2018年事故率較高的為裂縫（約28%）、接口漏水（約28%）和管道破損（約23%）。根據(jù)實(shí)地調(diào)查走訪分析事故原因可知，管道腐蝕和裂縫主要原因是排水管道在使用過程中的沖刷和污水腐蝕所致；排水管道一般敷設(shè)在道路下面，承受一定的土壤和地面荷載，容易由于荷載不均勻而導(dǎo)致管道產(chǎn)生不均勻受力情況，從而導(dǎo)致管道破裂漏水；管道破壞則主要是在城市建設(shè)過程中施工不當(dāng)而人為引發(fā)的。

圖1 近4年調(diào)查區(qū)排水管道事故類型占比統(tǒng)計

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不同管材類型管道事故占比情況

近4年調(diào)查區(qū)不同管材類型市政污水排水管道事故分布情況如圖2所示，其中，發(fā)生事故數(shù)量最多的為鋼筋混凝土管，4年事故占比率分別約為74%、55%、56%和37%。其余管材占比較高的是鋼管、波紋管和箱涵等。

現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，很多發(fā)生事故的鋼筋混凝土管不是因?yàn)楣艿纼?nèi)微生物群落堆積管道堵塞，而是由于管道內(nèi)壁的混凝土層在管道內(nèi)氣體腐蝕的情況下逐漸松散脫造成管壁變薄，形成該現(xiàn)象可能的原因包括管道內(nèi)壁腐蝕、管材質(zhì)量差等，管壁變薄致使鋼筋裸露銹蝕，從而管道無法承擔(dān)正常的土壤和地面荷載，導(dǎo)致滲漏嚴(yán)重甚至坍塌。箱涵同樣是由于頂板受到腐蝕氣體的影響而脫落嚴(yán)重，慢慢箱涵頂板發(fā)生嚴(yán)重變形甚至坍塌。我國污水排水系統(tǒng)采用重力流，在管道和箱涵的上部由于管道內(nèi)部微生物所產(chǎn)生的大量的氣體，如甲烷、二氧化硫、硫化氫等，這些酸性氣體對管道、箱涵的內(nèi)壁產(chǎn)生長期腐蝕作用，破壞混凝土致密結(jié)構(gòu)，逐步失去其應(yīng)有的受壓強(qiáng)度功能。此外，由于混凝土脫落，管道中植入的鋼筋會裸露，鋼筋在空氣氧化和電化學(xué)雙重腐蝕作用下，容易加速鋼筋銹蝕直至消失，管道或箱涵失去其原有的抗拉抗壓強(qiáng)度，導(dǎo)致管道在使用過程塌陷或是箱涵頂板變形。

圖2 近4年調(diào)查區(qū)不同管材類型的管道事故率

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不同管材單位長度事故發(fā)生頻次情況

考慮到在實(shí)際工程中，每種管材的實(shí)際敷設(shè)長度差別很大，如果僅僅以發(fā)生事故的次數(shù)來對管材的性能進(jìn)行評估比較，具有很大的偏差和不合理性。為了管網(wǎng)運(yùn)行管理中評價的合理性，本文首次提出一個新的衡量事故頻次的指標(biāo)：單位管道長度事故發(fā)生頻次，即某種管材的管道發(fā)生事故的次數(shù)與該管材的管道敷設(shè)長度的比值，單位為次/km。這種比較的方法對分析校驗(yàn)具有一定的理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)意義。統(tǒng)計了近4年主要管材事故發(fā)生次數(shù)的總和與相對應(yīng)的管道長度，計算出了近4年平均的單位管道長度事故發(fā)生頻次，結(jié)果如表2所示。從表中可以看出，鋼管的單位管道長度事故發(fā)生頻次高達(dá)到73.19 次/km，鋼管發(fā)生事故的類別主要是裂縫、管道腐蝕、穿孔等，而產(chǎn)生事故的原因主要是自然老化及腐蝕，同時施工質(zhì)量也占一定比例，鋼管市政排水管道會給后期運(yùn)維帶來較大的負(fù)擔(dān)。通過分析，主要原因是幾乎所有的市政污水排水管道都埋設(shè)在地下，管道受到土壤、地下水、空氣等的侵蝕，再加上施工質(zhì)量或者管道防腐工作做得不好，很容易產(chǎn)生鋼管銹蝕。

表2 不同管材單位管道長度發(fā)生事故的頻次

在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，近4年鋼筋混凝土管發(fā)生事故數(shù)總計多達(dá)244次，但經(jīng)計算其單位長度發(fā)生事故頻次僅為0.17 次/km，由于該管材是目前該市市政排水管道的主要用材，所以單位長度發(fā)生事故的頻率并不算高。

調(diào)查還測算了塑料管作為市政排水管材的單位長度事故發(fā)生頻次，其數(shù)值為0.05 次/km，事故頻次遠(yuǎn)低于鋼筋混凝土管，但不能就此簡單判定塑料管作為市政排水管材更具優(yōu)勢。主要原因如下：首先，塑料管雖然在管道的柔性、粗糙度、排水性能和施工方便等方面比鋼筋混凝土管有較大優(yōu)勢，但所調(diào)查到的大部分管道都是在2008年后敷設(shè)的，使用時間較短，產(chǎn)生事故率不高，是否真實(shí)是一種優(yōu)質(zhì)的市政排水管材，尚需通過時間的檢驗(yàn)；其次，塑膠排水管一般都用在市政小管徑，管道埋深淺，管道所受壓力??；最后，該城市實(shí)際敷設(shè)的塑膠排水管道不多，并不具有較強(qiáng)的代表性。

調(diào)查中其他類的管材主要包括箱涵、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管等，其中引發(fā)事故較多的主要為箱涵，這四年中總共發(fā)生了33 次事故，約占其他管材發(fā)生總事故的一半。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，除箱涵外，其他類型的管材發(fā)生事故的概率小。通常研究中都將箱涵類事故歸類于鋼筋混凝土管事故類，但考慮到箱涵實(shí)際尺寸比鋼筋混凝土管大，并且施工工藝也有部分不同，所以本調(diào)查研究中把箱涵歸類為其他管材類型。

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不同管徑的管道事故占比情況

近4年調(diào)查區(qū)中不同管徑的市政排水管道事故發(fā)生分布情況見圖3。從圖3中可以看出，管徑DN800以下管徑的管道發(fā)生事故頻率更高，最高的為管徑DN400左右的管道，近4年的事故率占比分別約為32%、23%、41%和22%左右，原因是這種管徑大小為市政排水管道主要使用的管徑。此外，調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，管徑超過DN1 200的管道主要以鋼筋混凝土箱涵為主，除2020年外其他3年事故率占比為5%左右，導(dǎo)致管道和箱涵失去其原有的抗壓能力的原因有多方面，比如污水中由于微生物的分解作用，產(chǎn)生了甲烷、二氧化硫、硫化氫等酸性氣體而引起的腐蝕作用，由于管內(nèi)流速過大產(chǎn)生的嚴(yán)重沖刷作用，或由于周邊的施工活動或者地表不均勻沉降帶來的變形作用等。

圖3 近4年調(diào)查區(qū)發(fā)生排水管道事故的管徑占比統(tǒng)計

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不同埋深管道事故占比情況

不同埋深市政排水管道事故（指滲漏、堵塞和塌陷三類事故）發(fā)生情況如圖4所示，從圖4中可以看出，市政排水管道事故發(fā)生率與埋深有一定關(guān)系，在管道埋深大于2 m以上時，管道出現(xiàn)的事故率隨埋深而逐步增大，而埋深超過5 m之后事故率有下降趨勢，事故發(fā)生率較高的埋深在2~5 m，最高事故發(fā)生率在3~5 m，最高事故率發(fā)生在2020年，約50%左右，其他3年也高達(dá)30%左右。分析原因主要是管道埋深增加之后，管道承受的土壓負(fù)荷會有所增加。此外，南方某城市為濱海城市，城市地下水位較高，管道埋深大于3 m后，管道基本上都處于地下水包圍之中，并且可能有海水的長期侵蝕，容易加快管道腐蝕或性能產(chǎn)生變化而產(chǎn)生事故。

圖4 近4年調(diào)查區(qū)發(fā)生排水管道事故的管道埋深占比統(tǒng)計

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排水管道事故原因分析

近4年排水管網(wǎng)事故原因關(guān)系分布情況如圖5所示，從圖5中可以看出，管道事故主要原因是管道的自然老化、施工質(zhì)量、地基變化等。以2018年為例，自然老化占比約為73%，施工質(zhì)量占比約為10%，地基變化占比約為15%。管道自然老化占比最高，是產(chǎn)生事故的主要原因，占整個管道事故比例的60%~80%，這與之前學(xué)者的研究結(jié)果基本一致。此外，第三者原因（如其他工程施工對市政管道產(chǎn)生的破壞）引起的事故也不容忽視。因此，在選擇合適市政管材時，需重點(diǎn)關(guān)注管材的耐老化問題和強(qiáng)度問題。

圖5 近四年調(diào)查區(qū)發(fā)生排水管道事故原因占比統(tǒng)計

調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，部分廠商鋼筋混凝土管質(zhì)量問題，采用海沙來制作市政排水管材的，降低了鋼筋混凝土抗腐蝕和抗老化能力；同時施工質(zhì)量也是產(chǎn)生運(yùn)營事故的主要原因之一。因此，需要不斷規(guī)范化管道施工規(guī)程和質(zhì)量的控制，保證地底下市政管道能滿足規(guī)定設(shè)計年限和施工質(zhì)量要求。市政排水管道敷設(shè)在地下，由于南方某市的填海區(qū)較多和地鐵施工的影響，地基土壤局部產(chǎn)生不均勻沉降的可能性大，建議排水管材采用柔性接口或者柔性管材。

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預(yù)防措施研究

市政排水管道是隱蔽工程，發(fā)生事故維修難、造成的危害性很大，為減少排水管道運(yùn)營過程中的管道事故，建議預(yù)防措施從技術(shù)和管理兩方面雙管齊下進(jìn)行。管道施工應(yīng)保證每個環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照施工規(guī)范執(zhí)行，根據(jù)本文對排水管道事故類型的調(diào)查和事故原因分析可知，控制施工質(zhì)量以減少管道腐化、接口漏水和裂縫是技術(shù)措施研究的重中之重。具體可采取以下主要措施：

（1）加強(qiáng)管道的防腐作法。鋼筋混凝土管防腐的作用是提高其耐腐蝕能力，主要措施包括在管道內(nèi)外表面刷涂防腐涂料層、在鋼筋表面采用環(huán)氧樹脂涂料和鍍鋅層、通過使用高效混凝土減水劑或往混凝土中加入混合材料來減少混凝土的孔隙率從而提高混凝土的密實(shí)度等。鋼管防腐的措施主要有加防腐層隔絕電解質(zhì)和通過借助外加電流使被保護(hù)的金屬管材進(jìn)行陰極化等，其中防腐層材料可采用石油瀝青、環(huán)氧煤礦瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧粉末、聚乙烯或其他復(fù)合材料等。應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)合理的防腐作法并嚴(yán)格按照設(shè)計和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工，從而有效控制和減緩管道的腐蝕程度。

（2）抓好接口的施工環(huán)節(jié)。根據(jù)不同的接口選擇不同施工工藝來保證接口的密封性和安全性，混凝泥土鋼絲網(wǎng)抹帶接口要求用水泥砂漿做內(nèi)縫，施工內(nèi)縫前要鑿除多余的混凝土，將管頭打毛以便砂漿和管頭連接更貼合；外套環(huán)頂管連接的內(nèi)縫水泥砂漿要搗實(shí)，油麻絲要做好防腐；承插口混凝土管采用水泥砂漿接口并搗實(shí)。另外，必須重視管道與檢查井的搭接，確保其連接牢靠并防滲。

（3）嚴(yán)控管道的功能性試驗(yàn)。排水管道最重要的功能性試驗(yàn)是閉水試驗(yàn)，合格后方可回填。規(guī)范有要求以及有條件的管道都應(yīng)做好閉水試驗(yàn)，試驗(yàn)流程嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，如養(yǎng)護(hù)時間和浸泡時間一定要達(dá)到規(guī)定數(shù)值，數(shù)據(jù)務(wù)必保證真實(shí)，正確計算滲水量等。試驗(yàn)過程中應(yīng)仔細(xì)檢查試驗(yàn)管段是否出現(xiàn)裂縫和滲水，細(xì)小裂縫建議用細(xì)砂漿填實(shí)，輕微滲水建議用水泥漿修補(bǔ)，嚴(yán)重者必須返工。

技術(shù)手段落實(shí)到位后，更應(yīng)該重視管理這個抓手，以下具體從三個角度進(jìn)行預(yù)防：

（1）完善管理制度。管道事故的預(yù)防應(yīng)建立在完善的管理制度基礎(chǔ)之上，管理單位制定合理制度后，各部門按制度互相配合執(zhí)行，有序開展運(yùn)維流程，確保排水管道的定期維護(hù)管理，提升運(yùn)維效率，提早發(fā)現(xiàn)問題，降低管理成本。可利用大數(shù)據(jù)信息化、可視化等管理工具，為運(yùn)維管理提供提前預(yù)判，把管道事故的發(fā)生扼殺在萌芽階段。

（2）監(jiān)管施工質(zhì)量。加強(qiáng)對管網(wǎng)工程施工質(zhì)量的有效監(jiān)管，確保各個施工細(xì)節(jié)都符合施工標(biāo)準(zhǔn)，消除安全隱患，為城市排水管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。具體措施包括加強(qiáng)對管材選擇的管理，埋管前進(jìn)行質(zhì)量抽查；對預(yù)埋管材的選擇提出明確要求，從源頭上把關(guān)，堅決不使用不合格的管材等。重點(diǎn)抓好溝槽回填、閉水試驗(yàn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的工程質(zhì)量。竣工驗(yàn)收階段，新建管道可全面推行內(nèi)窺檢測，取得合格報告后方可申請竣工驗(yàn)收。

（3）統(tǒng)籌全局規(guī)劃。排水管道設(shè)計階段要做好實(shí)地勘查和充分研判，地下管線分布情況復(fù)雜，提前摸清地下管線的情況后進(jìn)再行科學(xué)設(shè)計，避免出現(xiàn)設(shè)計不合理給施工帶來阻礙。施工過程中要做好與交通、電力、燃?xì)獾炔块T的溝通協(xié)調(diào)工作，減少人為因素造成的反復(fù)施工，從而降低工程質(zhì)量。同時，自然老化作為管道事故發(fā)生的主要原因之一，管理上需統(tǒng)籌規(guī)劃，逐步排除事故隱患管道，并加快推進(jìn)對城市老舊排水管網(wǎng)的改造。

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結(jié)語

本文通過對南方某城市市政排水管道近4年的事故相關(guān)情況進(jìn)行調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，管道事故發(fā)生最多的是管道腐化、接口漏水和裂縫等，其中鋼筋混凝土管是發(fā)生事故最多的管材；鋼管是發(fā)生事故頻次最高的管材；管徑為DN400和管道埋深在3~5 m時管道發(fā)生事故頻率最高。對資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析后發(fā)現(xiàn)，管道的自然老化、施工質(zhì)量和地基變化是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因。針對調(diào)研情況，從技術(shù)和管理兩個角度提出了相關(guān)預(yù)防措施，技術(shù)上需要增強(qiáng)管道的防腐，嚴(yán)控接口的施工環(huán)節(jié)和重視管道的閉水試驗(yàn)，管理上則需要更完善的制度，更嚴(yán)格的施工監(jiān)管和更長遠(yuǎn)的全局規(guī)劃。