葛艾天

中石油北京天然氣管道有限公司

長輸管道施工建設(shè)階段，當(dāng)遇到高山大河時(shí)，出于滿足輸送工藝條件、減少工程量以及有利于運(yùn)行期間維護(hù)檢修等需要，管道經(jīng)常采用隧道穿越形式。水域隧道是管道工程中較大的“隱蔽工程”,穿越河流多數(shù)是大型河流（如長江、黃河）�？紤]到河流和管道的安全，同時(shí)又受到河床地質(zhì)條件的限制，水域隧道一般位于河床下深處，隧道長、容積大，一旦建成后注水，直接檢查的難度極大。就評估隧道內(nèi)管道結(jié)構(gòu)完整情況的技術(shù)手段來說,比較直觀準(zhǔn)確的辦法就是對隧道抽水后進(jìn)行人工檢查，但工程量龐大，應(yīng)開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

1 管道概況

陜京二線管道于2005年建成投產(chǎn)，在陜西神木和山西興縣之間以水域隧道方式穿越黃河。隧道總長近1000 m，隧道內(nèi)每隔12 m設(shè)置一個(gè)管墩，管道通過不銹鋼管卡固定，管卡用錨栓直接錨固在管墩上。在靠近隧道兩側(cè)洞口處、兩側(cè)斜巷、平巷中部還設(shè)置了5個(gè)固定墩，采取鋼筋混凝土澆筑的方式固定管道。管道投產(chǎn)后，隧道內(nèi)注水，注水高程與黃河水平面高程保持一致。兩側(cè)洞口設(shè)有永久性鋼大門，運(yùn)行后為了安保需要，人工砌筑磚墻封堵。

2006年該段管道進(jìn)行了漏磁檢測，管道狀況良好。2013年9月對該隧道抽水后進(jìn)行了管道狀況的直接檢查，檢查重點(diǎn)集中于以下4個(gè)方面：一是隧道內(nèi)管卡錨固系統(tǒng)腐蝕情況；二是隧道內(nèi)管道的補(bǔ)口質(zhì)量；三是隧道內(nèi)管道三層PE外涂層質(zhì)量；四是隧道內(nèi)管道的陰極保護(hù)情況。本次隧道打開檢查工程共抽水37 050 m3，歷時(shí)57天，抽水后隧道情況見圖1。

圖1  隧道抽水后情況（采取通風(fēng)照明措施）

2 隧道內(nèi)管卡錨固系統(tǒng)檢查及修復(fù)情況

根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，隧道內(nèi)管道固定系統(tǒng)采用的管卡材質(zhì)為不銹鋼，沒有明確錨固螺栓的材質(zhì)要求。根據(jù)之前類似隧道穿越工程抽水檢查的結(jié)果，推斷施工單位自行采購的錨固螺栓都是常見的碳鋼材質(zhì)。一旦二者共同暴露在隧道的水環(huán)境下，將會(huì)形成腐蝕電池，錨固螺栓作為陽極而腐蝕。如果錨固螺栓發(fā)生斷裂將造成管道局部固定失效，大范圍的斷裂有可能造成隧道內(nèi)管道的失穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致輸送中斷。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，管卡系統(tǒng)中錨固螺栓在混凝土支墩施工過程中已經(jīng)預(yù)制在支墩中，管卡是通過螺帽固定在螺栓上，用黃油對螺栓外露部分和螺帽封閉后，整個(gè)螺栓螺帽固定部位最終用水泥密封，以達(dá)到與外界環(huán)境隔絕的目的。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，常年位于水面下的水泥密封塊大部分完好，而隧道內(nèi)未被水浸沒的管段的密封塊除有裂隙缺陷外，還存在整體開裂的情況，具體情況見圖 2。由于該管段和固定墩長期暴露在大氣中，外部環(huán)境溫度受季節(jié)影響變化較大，管道在周期性的熱脹冷縮過程中產(chǎn)生一定位移，造成固定墩和密封塊應(yīng)力集中而開裂。將密封塊逐一敲碎檢查，錨固螺栓的螺帽和螺桿表面基本完好。未被河水浸沒而發(fā)生密封塊開裂的支墩上，螺栓螺母為均勻腐蝕，也未發(fā)現(xiàn)明顯的電偶腐蝕情況，除缺少連續(xù)電解質(zhì)環(huán)境這一主要因素外，推測原有的黃油起到了一定的隔離作用。相關(guān)情況見圖 3。

圖2  管卡錨固處的密封形式

圖3  除去水泥密封塊的錨固螺栓和管卡接觸部位

在修復(fù)時(shí)，由于部分螺栓錨固在巖石內(nèi)部,為了不改變原有螺栓的受力狀態(tài)，沒有更換原有螺栓。而是將原保護(hù)塊拆除后，對支墩表面進(jìn)行了鑿毛處理，對螺栓進(jìn)行手工除銹，用粘彈體防腐膏將螺栓根部的表面填充、包覆平整，然后剪裁與管卡固定位置面積相當(dāng)?shù)恼硰楏w防腐膠帶進(jìn)行管卡根部表面防腐，用手壓實(shí)，使之與表面完全貼合。再用粘彈體膏將螺栓剩余的裸露部位密封，并剪裁大小合適的粘彈體防腐膠帶進(jìn)行包覆，整體用手壓實(shí)。每個(gè)支墩一側(cè)插入4個(gè)12×120的不銹鋼膨脹螺栓，螺栓上再綁扎鐵絲網(wǎng), 以加強(qiáng)混凝土密封塊的抗裂強(qiáng)度，然后澆筑C25細(xì)混凝土加以保護(hù)。

3 管道補(bǔ)口檢查情況

隧道內(nèi)管道補(bǔ)口全部使用進(jìn)口熱收縮帶，只有一條國內(nèi)生產(chǎn)的熱收縮帶用于補(bǔ)口缺陷的修補(bǔ)。檢查發(fā)現(xiàn)，部分熱收縮帶與管道3PE結(jié)合部有翹邊現(xiàn)象，對其中一條翹邊熱收縮帶進(jìn)行粘接力測試，熱收縮帶與鋼管PE防腐層粘接力為150 N/cm，與鋼管表面粘接力小于10 N/cm，存在未膠粘或發(fā)生界面破壞的現(xiàn)象。

對所有水下部分的補(bǔ)口防腐層進(jìn)行拆除并采用粘彈體防腐材料進(jìn)行了修復(fù)。拆除過程中測試發(fā)現(xiàn)，熱收縮帶與管道表面只有少部分為內(nèi)聚破壞。由于熱收縮帶完整，且與管道3PE層粘接牢固，補(bǔ)口處鋼管均未發(fā)現(xiàn)腐蝕跡象。

對管道補(bǔ)口質(zhì)量的擔(dān)心，是促成本次黃河隧道穿越管道抽水檢查的主要原因。之前類似的隧道穿越檢查曾發(fā)現(xiàn)補(bǔ)口100%失效，90%以上補(bǔ)口涂層下管道表面出現(xiàn)腐蝕的嚴(yán)重情況。本次檢查中雖然沒有發(fā)現(xiàn)補(bǔ)口處管道的腐蝕情況，但是管道的補(bǔ)口質(zhì)量仍然不盡人意。補(bǔ)口為現(xiàn)場操作，質(zhì)量受到多方因素的影響，熱收縮帶安裝是靠烘烤使得熱收縮帶內(nèi)層的熱熔膠熔融與管道表面底漆粘接，外層輻射交聯(lián)的PE受熱收縮硬化而實(shí)現(xiàn)粘接密封達(dá)到防腐目的。如果安裝時(shí)對底層和搭接部位預(yù)熱不充分或不均勻，熱熔膠熔融情況不能滿足熱收縮帶安裝要求，勢必降低粘接力進(jìn)而不能滿足規(guī)范的要求。另外，熱熔膠配方中各組分的性能穩(wěn)定程度、與環(huán)氧底漆固化反應(yīng)的過程參數(shù)等也影響其適用性。因此必須從材料和施工兩方面同時(shí)加強(qiáng)熱收縮帶補(bǔ)口的質(zhì)量控制。

4 三層PE外防腐層檢查情況

對隧道內(nèi)管道外防腐層進(jìn)行了電火花檢漏（檢漏電壓15 kV），發(fā)現(xiàn)管道與支撐墩接觸部位均存在不同程度的漏電現(xiàn)象,其中隧道斜向轉(zhuǎn)水平方向馬頭門部位管道漏電情況較為嚴(yán)重，水泥支撐墩對硫酸銅參比電極電位為-0.60 V，支撐墩上的鋼質(zhì)固定螺栓電位達(dá)到-0.90 V（SCE），而該處管道電位為-0.93 V。將馬頭門處（管道彎頭處）支撐墩拆除后發(fā)現(xiàn)管道與支撐墩接觸部位的防腐層有較大破損，已露出鋼管金屬表面但是露鐵處未見銹蝕。

該處支撐墩與管體接觸部位由弧形鋼板加橡膠板進(jìn)行襯墊。由于弧形支撐鋼板支撐面較窄，且與之相連的斜向段較長（362 m），該段管道自重的斜向分力也作用在這個(gè)支撐墩上，長期外力作用導(dǎo)致管道與支撐鋼板間橡膠板破損，管道直接與支撐鋼板接觸，進(jìn)而破壞了管道外防腐層。此處防腐層已修復(fù)，并根據(jù)設(shè)計(jì)重新計(jì)算，在相鄰位置重新安裝了支撐墩。

5 管道陰極保護(hù)情況

利用便攜式硫酸銅參比電極對隧道內(nèi)管道進(jìn)行了電位測試，電位均處于-1.20—-0.90 V之間。排凈水后測試管道內(nèi)電流，隧道出口端和入口端之間管道上陰極保護(hù)電流損失為30%，推測是由管道和支撐墩之間接觸造成的電流損失。

目前，隧道內(nèi)管段雖有漏電現(xiàn)象，但是陰極保護(hù)作用明顯，管道金屬暴露處沒有發(fā)現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。利用本次施工機(jī)會(huì)，運(yùn)行單位在距兩側(cè)洞口100 m左右的位置安裝了兩組鋅參比電極和帶遠(yuǎn)穿功能的極化探頭，可實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道內(nèi)管道電位情況。

6 結(jié)語

通過本次檢查結(jié)果可以看出，陰極保護(hù)對隧道內(nèi)的管道腐蝕防護(hù)起到了重要作用，3PE涂層適應(yīng)在水下隧道環(huán)境中的應(yīng)用。但是聚乙烯熱收縮帶使用效果不佳，必須從材料和施工兩方面同時(shí)加強(qiáng)質(zhì)量控制。粘彈體防腐材料因施工方便，在潮濕環(huán)境下用于補(bǔ)口和防腐層修補(bǔ)方面具有明顯的優(yōu)勢。在環(huán)境條件有利的情況下，電偶腐蝕可能造成金屬結(jié)構(gòu)的快速失效，對于水域隧道這類維檢修難度很大的穿越，在結(jié)構(gòu)、機(jī)械和工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮防腐要求。

作者：葛艾天， 1969年生，女，黑龍江大慶人，高級工程師，碩士，主要從事天然氣管道管理工作。

《管道保護(hù)》2017年第4期（總第35期）