[发明专利]地下管道系统用阴极保护装置施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下管道防护技术领域科学，特别提供了一种地下管道系统用阴极保护装置施工方法。

背景技术

现有技术中，采用大口径钢质输水管线具有安全、可靠及建设周期短的优点，是目前输水工程中比较常用方法。该工艺主要是通过工作竖井间操作进行管道顶进埋设，除工作竖井外其它管线途径地面不进行地面挖掘，采用传统的腐蚀防护工艺已很难彻底解决顶管管道耐久性问题，给管道的耐久性设计和施工工艺带来新的难题。从目前已建的顶管管线情况来看，这主要存在防腐涂层性能与该施工工艺匹配问题，焊接部位补口匹配问题，中继间涂层保护问题，及阴极保护设计与施工工艺问题等。关于大口径钢质顶管管道耐久性的应用已经成为以更值得亟待解决的技术难题。

由于大中城市扩建或新建输水管线工程中，通常埋设管线的土壤中或地面上已建有城市基础设施或建筑物，采用开放式挖掘埋设大口径管线会破坏这些已建城市基础设施，如：路面、绿化带、构筑物等，这给埋设管线施工带来困难，也使施工成本大幅度的提高，并对城市居民的正常生活带来影响。近年来非开挖埋设管线技术的进步和完善使人看到了解决问题的希望，目前非开放式埋设管线的方法主要有盾构法、定向钻法、顶管施工法，其中顶管施工工艺适合大口径钢质管线施工，综合成本低，施工效率高,对城市设施和居民生活影响最小。

如果陆域输水管线埋地较深，以直径3.6米顶管管线为例，埋设深度均在10米以上，上海岩土工程勘察设计研究院的调查报告中指出，当土壤深度大于10米时，土壤电阻率大多小于10Ω·m。如果地下水位较高（例如：沿途多处有河渠），预计此类土壤环境对钢质管线有较强的的腐蚀破坏。另外，对某些特殊地段管线的腐蚀也应格外关注，例如：有磁悬浮列车通过之处，设置有交流变电站之处。这些地点也都可能会对管线带来较大的杂散电流引起的电化学腐蚀。

顶管施工过程中管段间连接焊缝以及采用中继间技术推进管道的焊接部位的腐蚀防护也需格外关注。

总之，地下施工钢顶管的腐蚀问题不容忽视，为保障该工程耐久性，必须对钢顶管采取相应的腐蚀防护措施。而且，如果钢顶管埋设深，必然造成维修困难，更不可能中途更换管道，因此这类钢顶管的腐蚀防护措施务必可靠，即耐久性要求极高。但是，由于该管线距离长、埋设深且要求非开挖施工，其腐蚀防护面临诸多亟待解决的问题。

1、现有技术中，埋地钢顶管腐蚀防护方法简介如下：

钢顶管在土壤中的腐蚀是由于钢材的某一部分在其与土壤环境所形成的电池中处于阳极地位，电位较低，因电子流失造成腐蚀，见图18。

为了抑制腐蚀，人们采用以下几种防护方法：

1）预留腐蚀余量：采用厚壁的大口径钢管，依靠钢材自身的腐蚀余量达到设计寿命要求，这种方法需要花费很多钢铁资源，而且制造和安装费用较高，施工周期长，需要专业性强的制管装备，这对于大口径的钢顶管来讲还存在力学方面的诸多问题。另外，仅留有腐蚀余量的钢顶管在土壤腐蚀环境可能会由于局部腐蚀和应力腐蚀而产生不可预见性的破坏。同时，目前我国也很少具备大批量生产大口径超厚壁钢管能力。

2）耐腐蚀合金钢：近50年来材料学家研制了多种耐腐蚀的低碳合金钢和不锈钢，包括10CrMoAl、304、316L和00Cr26Ni7Mo2Ti等，虽然其腐蚀速率较普通碳钢低2倍多，但焊接工艺复杂，易在焊接部位和热影响区产生严重的点蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀等，从而降低了使用的结构整体的安全性，而且造价也较高。

3）保护涂层或有机保护衬套防腐：自从18世纪中叶欧洲采用煤焦油、亚麻油作为金属的防腐蚀方法以来，防护涂层得到蓬勃发展，已成为金属材料最广泛的防腐措施，防腐蚀覆盖层已经形成了有机涂料、水泥砂浆、磁漆和金属覆盖层4大体系。涂层防腐蚀方法总体来说，施工简单，适用于所有的腐蚀环境，但它作为独立的保护手段，需要具备在整个服役过程中对环境无害、完整无缺的特点。这需要在预制、安装、搬运以及后续的运行中不出现明显破损，否则会加剧局部区域的腐蚀。衬套防腐主要将橡胶、玻璃钢、聚乙烯等材料作为衬套，在局部进行特别加强保护的方法。