某道路工程污水管道塌陷事故原因

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摘要：玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管俗稱(chēng)玻璃鋼夾砂管，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性和耐溫性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于地上或埋地用給排水、水利、農(nóng)田灌溉等管道工程。以某道路玻璃鋼夾砂污水管道工程的塌陷事故為例，分析出管道塌陷的直接原因是管道長(zhǎng)期超負(fù)荷工作，間接原因是施工回填的質(zhì)量、管道質(zhì)量以及管道管養(yǎng)等方面。

關(guān)鍵詞：玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管；污水管道；塌陷事故；原因分析

1引言

玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管俗稱(chēng)玻璃鋼夾砂管，簡(jiǎn)稱(chēng)FRPM管，是以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以不飽和聚酯樹(shù)脂等為基體材料，以石英砂及碳酸鈣等無(wú)機(jī)非金屬材料為填料，采用定長(zhǎng)纏繞工藝、離心澆筑工藝、連續(xù)纏繞工藝等方法制成的管道[1]。具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性好、耐溫性好、水力性優(yōu)異以及輸送流量大等特點(diǎn)，在給排水、水利工程和農(nóng)田灌溉中廣泛使用，也是化工行業(yè)、管線工程的最好選擇。FRPM管屬柔性管道，在埋地工程中管道和周?chē)耐寥溃椿靥钔粒┊a(chǎn)生“管土共同作用”，管土共同受力，故施工回填的質(zhì)量一定要得到保證才能滿足設(shè)計(jì)及使用要求，若施工回填的某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致管道施工的質(zhì)量得不到保證，有可能會(huì)使管道出現(xiàn)變形、滲漏、開(kāi)裂、脫層等現(xiàn)象，情形嚴(yán)重的則會(huì)造成管道塌陷事故[2]。

2事故簡(jiǎn)述

某道路污水管道工程于2015年10月4日開(kāi)工，2016年1月3日完工，采用FRPM管，管道坡度0.08%，最大設(shè)計(jì)充滿度0.75（即管道內(nèi)水深為1.35m），管內(nèi)底標(biāo)高為-0.976m~-0.942m之間，環(huán)剛度≥15kN/m2，最大豎向變形大于3%，接口采用橡膠圈接口。管基為砂石墊層，檢查井為鋼筋混凝土井。于2016年3月開(kāi)始通水，2018年以來(lái)污水收集量急劇增加，已接近某污水處理廠的設(shè)計(jì)處理能力，加上該廠自身生產(chǎn)運(yùn)行的原因，造成該工程某段DN1600—DN1800污水主干管運(yùn)行水位經(jīng)常保持在標(biāo)高2.5m~4.6m之間，運(yùn)行水位較高。2019年8月15日12時(shí)34分，污水處理廠中控系統(tǒng)PLC系統(tǒng)突發(fā)故障，導(dǎo)致膜池部分廊道停產(chǎn)，造成管道水位升高，使得該工程某段的污水井產(chǎn)生抬蓋及污水溢流的現(xiàn)象。當(dāng)日下午3點(diǎn)半左右發(fā)現(xiàn)道路樁號(hào)YK0+130~YK0+140圍墻下（污水井編號(hào)34~35之間）土方塌陷，2019年8月19日原塌陷部位東側(cè)出現(xiàn)二次塌陷。該段井段長(zhǎng)42m，共分4節(jié)管，從上游至下游管長(zhǎng)度分別為6m、12m、12m、12m，編號(hào)分別為1#、2#、3#、4#，見(jiàn)圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)開(kāi)挖，各管節(jié)的損壞情況為，1#管節(jié)外壁完好，但內(nèi)壁頂部、底部側(cè)邊出現(xiàn)多條裂紋，頂部有折皺，底部有鼓包，且內(nèi)壁基本也開(kāi)始脫落；2#管節(jié)變形較小，但也整根開(kāi)裂，管節(jié)頂部纖維纏繞層脫落嚴(yán)重；3#管節(jié)完全塌陷，管道回填砂全部流失；4#管節(jié)頂部有變形、開(kāi)裂，有污水從頂部滲出，管節(jié)內(nèi)側(cè)頂部發(fā)現(xiàn)纖維纏繞層脫落下陷。管道回填情況為管槽頂部主要回填雜填土，管頂回填有1m~1.2m深的中粗砂，損壞管段砂層存在一定的流失，管道兩側(cè)及管底均有中粗砂回填，但管基底部碎石回填不均勻，管底持力層基本進(jìn)入細(xì)砂層。管材斷面情況為，存在樹(shù)脂砂漿層分開(kāi)為兩層，每層厚約17mm，中間隔一層纖維纏繞層。

3事故原因分析

3.1直接原因，管道長(zhǎng)期超負(fù)荷工作

2018年以來(lái)污水收集量急劇增加，加上污水處理廠自身生產(chǎn)運(yùn)行的原因，造成該工程某段DN1600—DN1800污水主干管運(yùn)行水位經(jīng)常保持在標(biāo)高2.5m~4.6m之間，運(yùn)行水位較高，管內(nèi)底標(biāo)高為-0.976m~-0.942m之間，管道最大設(shè)計(jì)充滿度為0.75（即管道內(nèi)水深為1.35m，標(biāo)高為0.374m~0.408m之間），故2018年以來(lái)該管道長(zhǎng)期處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)，受到的內(nèi)壓（水壓，即內(nèi)水壓力）較大，對(duì)管道管壁和接頭造成了影響。最終因2019年8月15日12時(shí)34分污水處理廠突發(fā)故障，管道水位升高水壓增大，壓力超過(guò)了管道所能承受的極限，于當(dāng)日下午3點(diǎn)半左右在樁號(hào)YK0+130~YK0+140圍墻下（污水井編號(hào)34~35之間）發(fā)生管道塌陷事故，并引發(fā)了二次塌陷?？赏茰y(cè)，2018年污水收集量急劇增加以來(lái)，管道處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)，所受內(nèi)水壓力較大，造成了管道管壁開(kāi)裂和接頭滲水的現(xiàn)象，且這一現(xiàn)象估計(jì)是2018年污水收集量急劇增加以來(lái)長(zhǎng)期存在的，這一點(diǎn)，可以從1#、2#、3#、4#管節(jié)的損壞情況可以證明，其中3#管節(jié)完全塌陷，塌陷前其管壁肯定也是開(kāi)裂的，故1#~4#管節(jié)都有管壁開(kāi)裂的情況，說(shuō)明了管道在滿管且較高的水位（水壓力）作用下造成了管壁開(kāi)裂，管道最大設(shè)計(jì)充滿度為0.75（即管道內(nèi)水深為1.35m），水位的設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)≤0.408m，而該污水主干管運(yùn)行水位經(jīng)常保持在標(biāo)高2.5m~4.6m之間，運(yùn)行水位超出設(shè)計(jì)水位的5~10倍。同時(shí)，也可以推測(cè)在3#、4#管節(jié)及其接頭滲水較其他管節(jié)及其接頭滲水嚴(yán)重，隨著滲水加劇（污水處理廠突發(fā)故障，管道水位升高水壓增大，致使?jié)B水加劇），造成回填砂的流失，管土共同作用失效，破壞了之前的平衡，回填砂流失嚴(yán)重處管道不堪重負(fù)最終完全塌陷。

3.2間接原因，施工回填質(zhì)量、管道質(zhì)量以及管道的管養(yǎng)等

3.2.1施工回填質(zhì)量該工程使用的管道為FRPM管，屬于柔性管道，在外壓負(fù)載下管材和周?chē)耐寥溃ɑ靥畈牧希┊a(chǎn)生‘管土共同作用’，換句話說(shuō)，是管材和周?chē)寥溃ɑ靥畈牧希┕餐瑏?lái)承受外壓負(fù)載。決定塑料埋地排水管鋪設(shè)后能否正常工作的‘負(fù)載’、‘管材’和‘土壤（回填）’三個(gè)參數(shù)都很重要，而且相互影響。所以環(huán)剛度的選擇不僅取決于外壓負(fù)載的情況還取決于鋪設(shè)后管道周?chē)寥溃ɑ靥畈牧希┑那闆r[3]。根據(jù)世界各國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，塑料埋地排水管在外壓負(fù)載下是否能夠安全使用的因素中，鋪設(shè)情況是最主要的[4]。但是，要保證鋪設(shè)情況良好并不容易做到，同時(shí)成本也較高。道路鋪設(shè)質(zhì)量主要取決于施工回填的質(zhì)量，故施工回填質(zhì)量是關(guān)鍵。該工程存在管基底部碎石回填不均勻，管底持力層基本進(jìn)入細(xì)砂層的現(xiàn)象，管槽回填施工不規(guī)范。另外，如果在管道頂部回填砂厚度和兩側(cè)回填砂壓實(shí)度不滿足要求時(shí)，就過(guò)早的采用機(jī)械上去碾壓，機(jī)械的振動(dòng)力和沖擊力的作用下對(duì)管道的影響較大，也可能造成管道變形開(kāi)裂甚至塌陷。一般，施工回填不規(guī)范造成管道變形開(kāi)裂而破壞的在運(yùn)行早期就會(huì)發(fā)生，但也有個(gè)別在回填完成后變形較小，隨著時(shí)間推移，管道變形逐漸加大直至開(kāi)裂、塌陷等。

3.2.2管道質(zhì)量管材質(zhì)量是整個(gè)市政給排水管道工程中最為重要的一個(gè)部分，一旦管材的質(zhì)量不合格，不論技術(shù)人員設(shè)計(jì)的市政給排水管道多科學(xué)多合理，在建設(shè)完成后，在極其短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生管道的泄露、變形、開(kāi)裂等諸多問(wèn)題，由于管道鋪設(shè)在地下，進(jìn)行維修困難度高，維修成本高，所以在進(jìn)行給排水管道鋪設(shè)前必須要對(duì)管材進(jìn)行檢查，必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，杜絕使用不合格的管材，降低工程成本[5]。管道質(zhì)量問(wèn)題，一般也是在運(yùn)行早期就容易發(fā)現(xiàn)。該工程的FRPM管執(zhí)行GB/T21238-2016國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)管道損壞嚴(yán)重，存在變形、開(kāi)裂、纖維纏繞層分層和脫落等現(xiàn)象，不能排除是因管道質(zhì)量問(wèn)題造成的。一般，管道質(zhì)量把控，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其剛度、柔性以及韌性等技術(shù)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)于在軸向上存在拉伸載荷的管道，還應(yīng)關(guān)注其拉伸性能指標(biāo)是否滿足要求，均符合要求后方可使用。故只進(jìn)行環(huán)剛度檢驗(yàn)是不夠的，單單只有環(huán)剛度滿足要求的管道是不保險(xiǎn)不安全不可靠的。

3.2.3管道管養(yǎng)管道日常管養(yǎng)不及時(shí)或缺乏管養(yǎng)，管道的淤積未能及時(shí)清理造成排水不暢，或存在滲水點(diǎn)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，這樣長(zhǎng)時(shí)間影響管道，會(huì)有引發(fā)管道變形、開(kāi)裂、破壞甚至塌陷的可能，故管道的管養(yǎng)很重要，不能忽視。

4結(jié)束語(yǔ)

FRPM管比普通PVC、PE等塑料管道有更好剛性，剛度較高，同時(shí)也具有一定的柔性和韌性，且耐腐蝕性和耐溫性好、水力性優(yōu)異、輸送流量大等，廣泛在排水管道工程中使用，為避免質(zhì)量事故，應(yīng)使用質(zhì)量合格的管道。文中以某道路玻璃鋼夾砂污水管道工程的塌陷事故為例，分析出管道塌陷的直接原因是其長(zhǎng)期超負(fù)荷工作造成的，間接原因可能是由于施工回填質(zhì)量不規(guī)范、管道質(zhì)量不合格以及管道管養(yǎng)不及時(shí)或缺乏管養(yǎng)等方面引發(fā)的。所以，類(lèi)似工程應(yīng)規(guī)范施工保證施工質(zhì)量，嚴(yán)格把控管道質(zhì)量，嚴(yán)禁以次充好；同時(shí)，管道正常工作期間，應(yīng)嚴(yán)禁超負(fù)荷工作，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行管養(yǎng)，及時(shí)清淤、補(bǔ)漏、修復(fù)等，避免事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T21238—2016.玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管[S].

[2]張新金.某污水管道工程質(zhì)量事故原因分析[J].建筑監(jiān)督檢測(cè)與造價(jià),2015(1):54~57.

[3]張玉川.塑料埋地排水管的關(guān)鍵性能--環(huán)剛度[M].北京塑料工業(yè)協(xié)會(huì)資料,2004.

[4]趙愛(ài)民.市政排水管網(wǎng)中的管道設(shè)計(jì)選用[J].中國(guó)建設(shè)信息,2007(5):57~58.

[5]岑利霞.市政工程中地下管道的質(zhì)量控制及質(zhì)量管理分析[J].科技資訊,2015(23):104.

作者：鄧宗梁 單位：福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司