天然氣管道水平定向鉆穿越施工中3 PE 防腐層防護(hù)措施的探討

張俊卿

（唐山市中宇科技發(fā)展有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

隨著當(dāng)今城市的高速發(fā)展，地下管線施工越來(lái)越多地應(yīng)用了施工周期較短、并對(duì)交通、民生等環(huán)境擾動(dòng)影響都相對(duì)較小的水平定向鉆穿越施工法。該方法適用于鐵路、公路、河流等區(qū)域埋地管道的敷設(shè)，是一種高效的非開(kāi)挖埋地管道鋪設(shè)技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于管道非開(kāi)挖穿越管道工程。當(dāng)非開(kāi)挖頂管（一般頂進(jìn)水泥套管）結(jié)束后或水平定向鉆進(jìn)工序中，需要將目標(biāo)管線回拖進(jìn)已完成頂管施工的水泥套管中或回拖至成孔地層中。由于非開(kāi)挖管道敷設(shè)施工的特點(diǎn)及地下容易發(fā)生變化的情況，在此過(guò)程中極易發(fā)生目標(biāo)管線的機(jī)械損傷。因此，需要施工方結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件、施工的具體質(zhì)量要求、成本預(yù)算等因素，選擇適合該項(xiàng)目的 3 PE 鋼管的防腐措施。

1 3 PE 防腐層的特性

當(dāng)今，城市天然氣的運(yùn)輸管道主要采用三層式結(jié)構(gòu)的 3 PE 防腐鋼管作為埋地管道。3 PE 防腐鋼管依靠獨(dú)特的 3 PE 防腐層技術(shù)，可在埋地情況下將管道壽命延長(zhǎng)至 40 年以上。3 PE 防腐管采用三層聚乙烯層的防腐技術(shù)，其具有理想的綜合特性，如粘結(jié)性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)性能穩(wěn)定、絕緣性好、抗腐蝕能力強(qiáng)等。在天然氣、燃?xì)獾茸鳂I(yè)管道中最常用的 3 PE 防腐鋼管的防腐層的從內(nèi)到外依次是是環(huán)氧粉末涂層、膠粘劑層和聚乙烯層。工作鋼管直接和最內(nèi)層的環(huán)氧底漆接觸，并在接觸面粘結(jié)并形成連續(xù)的薄膜，它具有很強(qiáng)的的抗腐蝕性和理想的抗陰極剝離能力。中間層的一般采用的是共聚物膠粘層，其主要成分是聚烯烴，中間層與底層會(huì)產(chǎn)成化學(xué)粘結(jié)，這使得即使在周圍溫度比較高的情況下，防腐層依然具有達(dá)到要求的粘結(jié)性。中間層共聚物膠粘劑的部分極性官能團(tuán)能夠與內(nèi)層的環(huán)氧底漆中所具有的環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，從而在接觸部分形成氫鍵或化學(xué)鍵等有效連接，進(jìn)而會(huì)使兩層具備良好的粘結(jié)性。中間層的非極性的乙烯部分會(huì)與外層的聚乙烯層產(chǎn)生理想的的親合作用，會(huì)使得兩層產(chǎn)生穩(wěn)定的粘結(jié)性。表面的聚乙烯層因此具備了與傳統(tǒng)的雙層式聚乙烯防腐結(jié)構(gòu)相同的主要起保護(hù)和防腐作用。3 PE 防腐層將環(huán)氧粉末和聚乙烯兩種防腐層的不同特性結(jié)合起來(lái)，很好地發(fā)揮了環(huán)氧粉末涂層的粘結(jié)性、耐化學(xué)特性與擠出聚乙烯的機(jī)械保護(hù)特性的特點(diǎn)，進(jìn)而顯著改善了水平定向鉆施工目標(biāo)管線的整體防腐蝕性能。

2 現(xiàn)場(chǎng)施工中造成管線損壞的原因

現(xiàn)今，我國(guó)的非開(kāi)挖水平定向鉆穿越施工采用 3 PE 防腐層管線時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口通常采用定向鉆專用熱收縮帶，并在外層設(shè)置犧牲帶。盡管表面層的聚乙烯層在物理防護(hù)方面具有良好的抗沖擊性能，但其耐劃傷性能較差。水平定向鉆在完成擴(kuò)孔施工后，需要對(duì)目標(biāo)工作管線進(jìn)行回拖施工，在這個(gè)過(guò)程中，由于地下地質(zhì)條件的不確定性，補(bǔ)口處的問(wèn)題會(huì)更加凸顯，包覆焊口的熱收縮帶被刮翻事件經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致補(bǔ)口防腐失效。非開(kāi)挖頂管（水泥套管）施工后，目標(biāo)管線的穿插更容易因管道內(nèi)部存在銳棱尖角或缺乏潤(rùn)滑而造成 3 PE 鋼管最外層防腐層及補(bǔ)扣層的失效。

2.1 運(yùn)輸與施工過(guò)程中的損壞

質(zhì)量合格的 3 PE 防腐鋼管從生產(chǎn)廠商到施工現(xiàn)場(chǎng)的周期中，需要經(jīng)過(guò)多次運(yùn)輸、吊裝、堆放等過(guò)程，在這些過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生物理硬性磕碰、撞擊、摩擦等，這些不確定因素會(huì)在一定程度上造成了防腐層的破壞。在回拖施工進(jìn)行前，往往已經(jīng)有部分管線的防腐層受到不同程度的物理破壞，外表面具有肉眼可見(jiàn)的外傷，嚴(yán)重的甚至發(fā)生漏鐵現(xiàn)象?；赝线^(guò)程中，由于部分大型機(jī)械操作工對(duì)具體的施工標(biāo)準(zhǔn)和要求不清楚，常常出現(xiàn)造成操作不規(guī)范的情況下，如當(dāng)目標(biāo)管線直徑過(guò)大必須采用吊車時(shí)，對(duì)于吊裝的管線采用不合理的防護(hù)措施甚至不采用防護(hù)措施，造成了管線的二次甚至三次非必須性損壞。

2.2 補(bǔ)口補(bǔ)傷施工不規(guī)范

目標(biāo)管線的補(bǔ)口、補(bǔ)傷對(duì)其外在的保護(hù)有著重要意義，它直接決定了管道實(shí)際的防腐效果是否達(dá)到要求。補(bǔ)口和補(bǔ)傷工藝主要存在的問(wèn)題包括噴砂除銹不達(dá)標(biāo)、環(huán)氧底漆涂層厚度不夠、操作人員責(zé)任心不強(qiáng)等。3 PE防腐管最內(nèi)層的底漆通常采用的是濕膜安裝工藝，這會(huì)極大程度上影響底漆的厚度和均勻性。鋼管表面附著力下降會(huì)使熱收縮帶的剝離強(qiáng)度降低，所以一定要在補(bǔ)口、補(bǔ)傷過(guò)程中注意保證徹底除銹，保持鋼管表面的清潔，避免底漆過(guò)薄等。

3 3 PE 防腐鋼管在施工中的防護(hù)手段

在水平定向鉆的回拖施工工序中，需要根據(jù)實(shí)際的工況條件選擇合適的防護(hù)措施保護(hù)目標(biāo)管線的 3 PE 防腐層不受破壞，這樣才能最大程度上發(fā)揮 3 PE 防腐管的優(yōu)勢(shì)。

3.1 專用滾動(dòng)拖管器防護(hù)

專用滾動(dòng)托管器（見(jiàn)圖 1）適用于管徑 DN 500 及以下的 3 PE 防腐管。在具體施工時(shí)，視管徑不同按間距 3～4 m 布放專用滾動(dòng)托管器，將拖管器沿管道布放硬質(zhì)地面（含亂石及硬化地面磚等有可能劃傷管道防腐）將 3 PE 防腐管與可能劃傷管道防腐的硬質(zhì)地面分離?；赝鲜┕r(shí) 3 PE 防腐管在專用滾動(dòng)托管器上產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，進(jìn)而有效保護(hù) 3 PE 防腐管的防腐層及補(bǔ)口防腐層。

圖1 專用滾動(dòng)托管器

3.2 沙槽及素土防護(hù)

在非開(kāi)挖水平定向鉆施工的回拖布管過(guò)程中，可在出鉆側(cè)沿出鉆角度開(kāi)挖適當(dāng)長(zhǎng)度拉管引溝。可用于各種管徑的 3 PE 防腐管的防腐層及補(bǔ)口防腐層及熱力管道的保溫防護(hù)層。

3.3 水漂防護(hù)

一般用于水源條件好的施工場(chǎng)地，多用于較大管徑的熱力管道。水漂防護(hù)不僅可以極大程度上避免高壓天然氣管道 3 PE 防腐管的防腐層及補(bǔ)口防腐層的劃傷脫落現(xiàn)象發(fā)生，還大大減小了施工拉管時(shí)的摩擦阻力，確保施工質(zhì)量及施工效率。

3.4 草把防護(hù)

沿 3 PE 防腐管方向每隔 3～4 m 簡(jiǎn)單的鋪墊適當(dāng)直徑的草把，使管道與硬質(zhì)銳棱地面隔開(kāi)，不失為保護(hù)3 PE 防腐管的防腐層及補(bǔ)口防腐層經(jīng)濟(jì)有效的防護(hù)辦法。

3.5 雙層熱縮套防腐防護(hù)

其中外層熱縮套超前半個(gè)防腐套寬度作為犧牲環(huán)套，并在超前犧牲環(huán)套前端 50 mm 處用φ3 鋼絲綁扎，確保犧牲環(huán)套完整，保護(hù)防腐熱縮套的防腐效能。筆者公司穿越施工中多年堅(jiān)持使用本防護(hù)措施，并與其他 3 PE 防腐管的防腐層及補(bǔ)口防腐層防護(hù)措施雙重并用。

3.6 工程塑料關(guān)節(jié)防護(hù)鏈防護(hù)

對(duì)于鋼套管穿插 3 PE 防腐工作管時(shí)，可采用工程塑料關(guān)節(jié)防護(hù)鏈隔離鋼套管內(nèi)壁與 3 PE 防腐工作管間的摩擦劃傷。

3.7 工作管拖船組件防護(hù)

水泥套管穿插 3 PE 防腐工作管時(shí)，可采用工作管拖船組件（安裝間距 3～4 m）在水泥管下玄混凝土墊層及角鋼滑軌上摩擦滑動(dòng)，有效保護(hù) 3 PE 防腐管的防腐層及補(bǔ)口防腐層（穿插方案及預(yù)制工作管拖船組件見(jiàn)圖2 和圖 3）。

圖2 拖船組件正視示意圖

圖3 拖船組件俯視示意圖（單位：mm）

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)今的“智慧城市”建設(shè)中，越來(lái)越多的地下管道施工需要采取對(duì)既有交通和居民生活或影響較小的水平定向鉆施工。該方法對(duì)施工工藝水平技術(shù)含量要求較高，施工難度相對(duì)較大，隱蔽性大，施工管道一般采用 3 PE 防腐鋼管。由于地下管道的獨(dú)特性，需要 3 PE 防腐鋼管，能夠在地下保證長(zhǎng)時(shí)間的正常工作這在很大程度上取決于鋼管的防腐層的完成程度。但是，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和施工等過(guò)程中都存在可能將鋼管防腐層損壞的因素。因此，建設(shè)方和施工方在地下管道施工的不同階段都應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)有效的方法保護(hù)目標(biāo)管線的防腐層，以達(dá)到保證施工質(zhì)量和管道長(zhǎng)久安全使用的目的。