天然氣管道水平定向鉆穿越施工中3 PE 防腐層防護措施的探討

張俊卿

（唐山市中宇科技發展有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

隨著當今城市的高速發展，地下管線施工越來越多地應用了施工周期較短、并對交通、民生等環境擾動影響都相對較小的水平定向鉆穿越施工法。該方法適用于鐵路、公路、河流等區域埋地管道的敷設，是一種高效的非開挖埋地管道鋪設技術，目前廣泛應用于管道非開挖穿越管道工程。當非開挖頂管（一般頂進水泥套管）結束后或水平定向鉆進工序中，需要將目標管線回拖進已完成頂管施工的水泥套管中或回拖至成孔地層中。由于非開挖管道敷設施工的特點及地下容易發生變化的情況，在此過程中極易發生目標管線的機械損傷。因此，需要施工方結合現場實際條件、施工的具體質量要求、成本預算等因素，選擇適合該項目的 3 PE 鋼管的防腐措施。

1 3 PE 防腐層的特性

當今，城市天然氣的運輸管道主要采用三層式結構的 3 PE 防腐鋼管作為埋地管道。3 PE 防腐鋼管依靠獨特的 3 PE 防腐層技術，可在埋地情況下將管道壽命延長至 40 年以上。3 PE 防腐管采用三層聚乙烯層的防腐技術，其具有理想的綜合特性，如粘結性強、機械強度高、化學性能穩定、絕緣性好、抗腐蝕能力強等。在天然氣、燃氣等作業管道中最常用的 3 PE 防腐鋼管的防腐層的從內到外依次是是環氧粉末涂層、膠粘劑層和聚乙烯層。工作鋼管直接和最內層的環氧底漆接觸，并在接觸面粘結并形成連續的薄膜，它具有很強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，中間層與底層會產成化學粘結，這使得即使在周圍溫度比較高的情況下，防腐層依然具有達到要求的粘結性。中間層共聚物膠粘劑的部分極性官能團能夠與內層的環氧底漆中所具有的環氧基團發生一系列化學反應，從而在接觸部分形成氫鍵或化學鍵等有效連接，進而會使兩層具備良好的粘結性。中間層的非極性的乙烯部分會與外層的聚乙烯層產生理想的的親合作用，會使得兩層產生穩定的粘結性。表面的聚乙烯層因此具備了與傳統的雙層式聚乙烯防腐結構相同的主要起保護和防腐作用。3 PE 防腐層將環氧粉末和聚乙烯兩種防腐層的不同特性結合起來，很好地發揮了環氧粉末涂層的粘結性、耐化學特性與擠出聚乙烯的機械保護特性的特點，進而顯著改善了水平定向鉆施工目標管線的整體防腐蝕性能。

2 現場施工中造成管線損壞的原因

現今，我國的非開挖水平定向鉆穿越施工采用 3 PE 防腐層管線時，現場補口通常采用定向鉆專用熱收縮帶，并在外層設置犧牲帶。盡管表面層的聚乙烯層在物理防護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孔施工后，需要對目標工作管線進行回拖施工，在這個過程中，由于地下地質條件的不確定性，補口處的問題會更加凸顯，包覆焊口的熱收縮帶被刮翻事件經常發生，導致補口防腐失效。非開挖頂管（水泥套管）施工后，目標管線的穿插更容易因管道內部存在銳棱尖角或缺乏潤滑而造成 3 PE 鋼管最外層防腐層及補扣層的失效。

2.1 運輸與施工過程中的損壞

質量合格的 3 PE 防腐鋼管從生產廠商到施工現場的周期中，需要經過多次運輸、吊裝、堆放等過程，在這些過程中難免會發生物理硬性磕碰、撞擊、摩擦等，這些不確定因素會在一定程度上造成了防腐層的破壞。在回拖施工進行前，往往已經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的外傷，嚴重的甚至發生漏鐵現象。回拖過程中，由于部分大型機械操作工對具體的施工標準和要求不清楚，常常出現造成操作不規范的情況下，如當目標管線直徑過大必須采用吊車時，對于吊裝的管線采用不合理的防護措施甚至不采用防護措施，造成了管線的二次甚至三次非必須性損壞。

2.2 補口補傷施工不規范

目標管線的補口、補傷對其外在的保護有著重要意義，它直接決定了管道實際的防腐效果是否達到要求。補口和補傷工藝主要存在的問題包括噴砂除銹不達標、環氧底漆涂層厚度不夠、操作人員責任心不強等。3 PE防腐管最內層的底漆通常采用的是濕膜安裝工藝，這會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使熱收縮帶的剝離強度降低，所以一定要在補口、補傷過程中注意保證徹底除銹，保持鋼管表面的清潔，避免底漆過薄等。

3 3 PE 防腐鋼管在施工中的防護手段

在水平定向鉆的回拖施工工序中，需要根據實際的工況條件選擇合適的防護措施保護目標管線的 3 PE 防腐層不受破壞，這樣才能最大程度上發揮 3 PE 防腐管的優勢。

3.1 專用滾動拖管器防護

專用滾動托管器（見圖 1）適用于管徑 DN 500 及以下的 3 PE 防腐管。在具體施工時，視管徑不同按間距 3～4 m 布放專用滾動托管器，將拖管器沿管道布放硬質地面（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地面分離。回拖施工時 3 PE 防腐管在專用滾動托管器上產生滾動摩擦，進而有效保護 3 PE 防腐管的防腐層及補口防腐層。

圖1 專用滾動托管器

3.2 沙槽及素土防護

在非開挖水平定向鉆施工的回拖布管過程中，可在出鉆側沿出鉆角度開挖適當長度拉管引溝。可用于各種管徑的 3 PE 防腐管的防腐層及補口防腐層及熱力管道的保溫防護層。

3.3 水漂防護

一般用于水源條件好的施工場地，多用于較大管徑的熱力管道。水漂防護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口防腐層的劃傷脫落現象發生，還大大減小了施工拉管時的摩擦阻力，確保施工質量及施工效率。

3.4 草把防護

沿 3 PE 防腐管方向每隔 3～4 m 簡單的鋪墊適當直徑的草把，使管道與硬質銳棱地面隔開，不失為保護3 PE 防腐管的防腐層及補口防腐層經濟有效的防護辦法。

3.5 雙層熱縮套防腐防護

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

3.6 工程塑料關節防護鏈防護

對于鋼套管穿插 3 PE 防腐工作管時，可采用工程塑料關節防護鏈隔離鋼套管內壁與 3 PE 防腐工作管間的摩擦劃傷。

3.7 工作管拖船組件防護

水泥套管穿插 3 PE 防腐工作管時，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，有效保護 3 PE 防腐管的防腐層及補口防腐層（穿插方案及預制工作管拖船組件見圖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 結語

現今的“智慧城市”建設中，越來越多的地下管道施工需要采取對既有交通和居民生活或影響較小的水平定向鉆施工。該方法對施工工藝水平技術含量要求較高，施工難度相對較大，隱蔽性大，施工管道一般采用 3 PE 防腐鋼管。由于地下管道的獨特性，需要 3 PE 防腐鋼管，能夠在地下保證長時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，在運輸、儲存和施工等過程中都存在可能將鋼管防腐層損壞的因素。因此，建設方和施工方在地下管道施工的不同階段都應當采用適當有效的方法保護目標管線的防腐層，以達到保證施工質量和管道長久安全使用的目的。