葛艾天

中石油北京天然气管道有限公司

长输管道施工建设阶段，当遇到高山大河时，出于满足输送工艺条件、减少工程量以及有利于运行期间维护检修等需要，管道经常采用隧道穿越形式。水域隧道是管道工程中较大的“隐蔽工程”,穿越河流多数是大型河流（如长江、黄河）。考虑到河流和管道的安全，同时又受到河床地质条件的限制，水域隧道一般位于河床下深处，隧道长、容积大，一旦建成后注水，直接检查的难度极大。就评估隧道内管道结构完整情况的技术手段来说,比较直观准确的办法就是对隧道抽水后进行人工检查，但工程量庞大，应开展技术经济分析。

1 管道概况

陕京二线管道于2005年建成投产，在陕西神木和山西兴县之间以水域隧道方式穿越黄河。隧道总长近1000 m，隧道内每隔12 m设置一个管墩，管道通过不锈钢管卡固定，管卡用锚栓直接锚固在管墩上。在靠近隧道两侧洞口处、两侧斜巷、平巷中部还设置了5个固定墩，采取钢筋混凝土浇筑的方式固定管道。管道投产后，隧道内注水，注水高程与黄河水平面高程保持一致。两侧洞口设有永久性钢大门，运行后为了安保需要，人工砌筑砖墙封堵。

2006年该段管道进行了漏磁检测，管道状况良好。2013年9月对该隧道抽水后进行了管道状况的直接检查，检查重点集中于以下4个方面：一是隧道内管卡锚固系统腐蚀情况；二是隧道内管道的补口质量；三是隧道内管道三层PE外涂层质量；四是隧道内管道的阴极保护情况。本次隧道打开检查工程共抽水37 050 m3，历时57天，抽水后隧道情况见图1。

图1  隧道抽水后情况（采取通风照明措施）

2 隧道内管卡锚固系统检查及修复情况

根据设计文件要求，隧道内管道固定系统采用的管卡材质为不锈钢，没有明确锚固螺栓的材质要求。根据之前类似隧道穿越工程抽水检查的结果，推断施工单位自行采购的锚固螺栓都是常见的碳钢材质。一旦二者共同暴露在隧道的水环境下，将会形成腐蚀电池，锚固螺栓作为阳极而腐蚀。如果锚固螺栓发生断裂将造成管道局部固定失效，大范围的断裂有可能造成隧道内管道的失稳，严重时将导致输送中断。根据设计要求，管卡系统中锚固螺栓在混凝土支墩施工过程中已经预制在支墩中，管卡是通过螺帽固定在螺栓上，用黄油对螺栓外露部分和螺帽封闭后，整个螺栓螺帽固定部位最终用水泥密封，以达到与外界环境隔绝的目的。

经检查发现，常年位于水面下的水泥密封块大部分完好，而隧道内未被水浸没的管段的密封块除有裂隙缺陷外，还存在整体开裂的情况，具体情况见图 2。由于该管段和固定墩长期暴露在大气中，外部环境温度受季节影响变化较大，管道在周期性的热胀冷缩过程中产生一定位移，造成固定墩和密封块应力集中而开裂。将密封块逐一敲碎检查，锚固螺栓的螺帽和螺杆表面基本完好。未被河水浸没而发生密封块开裂的支墩上，螺栓螺母为均匀腐蚀，也未发现明显的电偶腐蚀情况，除缺少连续电解质环境这一主要因素外，推测原有的黄油起到了一定的隔离作用。相关情况见图 3。

图2  管卡锚固处的密封形式

图3  除去水泥密封块的锚固螺栓和管卡接触部位

在修复时，由于部分螺栓锚固在岩石内部,为了不改变原有螺栓的受力状态，没有更换原有螺栓。而是将原保护块拆除后，对支墩表面进行了凿毛处理，对螺栓进行手工除锈，用粘弹体防腐膏将螺栓根部的表面填充、包覆平整，然后剪裁与管卡固定位置面积相当的粘弹体防腐胶带进行管卡根部表面防腐，用手压实，使之与表面完全贴合。再用粘弹体膏将螺栓剩余的裸露部位密封，并剪裁大小合适的粘弹体防腐胶带进行包覆，整体用手压实。每个支墩一侧插入4个12×120的不锈钢膨胀螺栓，螺栓上再绑扎铁丝网, 以加强混凝土密封块的抗裂强度，然后浇筑C25细混凝土加以保护。

3 管道补口检查情况

隧道内管道补口全部使用进口热收缩带，只有一条国内生产的热收缩带用于补口缺陷的修补。检查发现，部分热收缩带与管道3PE结合部有翘边现象，对其中一条翘边热收缩带进行粘接力测试，热收缩带与钢管PE防腐层粘接力为150 N/cm，与钢管表面粘接力小于10 N/cm，存在未胶粘或发生界面破坏的现象。

对所有水下部分的补口防腐层进行拆除并采用粘弹体防腐材料进行了修复。拆除过程中测试发现，热收缩带与管道表面只有少部分为内聚破坏。由于热收缩带完整，且与管道3PE层粘接牢固，补口处钢管均未发现腐蚀迹象。

对管道补口质量的担心，是促成本次黄河隧道穿越管道抽水检查的主要原因。之前类似的隧道穿越检查曾发现补口100%失效，90%以上补口涂层下管道表面出现腐蚀的严重情况。本次检查中虽然没有发现补口处管道的腐蚀情况，但是管道的补口质量仍然不尽人意。补口为现场操作，质量受到多方因素的影响，热收缩带安装是靠烘烤使得热收缩带内层的热熔胶熔融与管道表面底漆粘接，外层辐射交联的PE受热收缩硬化而实现粘接密封达到防腐目的。如果安装时对底层和搭接部位预热不充分或不均匀，热熔胶熔融情况不能满足热收缩带安装要求，势必降低粘接力进而不能满足规范的要求。另外，热熔胶配方中各组分的性能稳定程度、与环氧底漆固化反应的过程参数等也影响其适用性。因此必须从材料和施工两方面同时加强热收缩带补口的质量控制。

4 三层PE外防腐层检查情况

对隧道内管道外防腐层进行了电火花检漏（检漏电压15 kV），发现管道与支撑墩接触部位均存在不同程度的漏电现象,其中隧道斜向转水平方向马头门部位管道漏电情况较为严重，水泥支撑墩对硫酸铜参比电极电位为-0.60 V，支撑墩上的钢质固定螺栓电位达到-0.90 V（SCE），而该处管道电位为-0.93 V。将马头门处（管道弯头处）支撑墩拆除后发现管道与支撑墩接触部位的防腐层有较大破损，已露出钢管金属表面但是露铁处未见锈蚀。

该处支撑墩与管体接触部位由弧形钢板加橡胶板进行衬垫。由于弧形支撑钢板支撑面较窄，且与之相连的斜向段较长（362 m），该段管道自重的斜向分力也作用在这个支撑墩上，长期外力作用导致管道与支撑钢板间橡胶板破损，管道直接与支撑钢板接触，进而破坏了管道外防腐层。此处防腐层已修复，并根据设计重新计算，在相邻位置重新安装了支撑墩。

5 管道阴极保护情况

利用便携式硫酸铜参比电极对隧道内管道进行了电位测试，电位均处于-1.20—-0.90 V之间。排净水后测试管道内电流，隧道出口端和入口端之间管道上阴极保护电流损失为30%，推测是由管道和支撑墩之间接触造成的电流损失。

目前，隧道内管段虽有漏电现象，但是阴极保护作用明显，管道金属暴露处没有发现锈蚀现象。利用本次施工机会，运行单位在距两侧洞口100 m左右的位置安装了两组锌参比电极和带远穿功能的极化探头，可实时监控隧道内管道电位情况。

6 结语

通过本次检查结果可以看出，阴极保护对隧道内的管道腐蚀防护起到了重要作用，3PE涂层适应在水下隧道环境中的应用。但是聚乙烯热收缩带使用效果不佳，必须从材料和施工两方面同时加强质量控制。粘弹体防腐材料因施工方便，在潮湿环境下用于补口和防腐层修补方面具有明显的优势。在环境条件有利的情况下，电偶腐蚀可能造成金属结构的快速失效，对于水域隧道这类维检修难度很大的穿越，在结构、机械和工艺设计时，应考虑防腐要求。

作者：葛艾天， 1969年生，女，黑龙江大庆人，高级工程师，硕士，主要从事天然气管道管理工作。

《管道保护》2017年第4期（总第35期）