天然气管道水平定向钻穿越施工中3 PE 防腐层防护措施的探讨

张俊卿

（唐山市中宇科技发展有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

随着当今城市的高速发展，地下管线施工越来越多地应用了施工周期较短、并对交通、民生等环境扰动影响都相对较小的水平定向钻穿越施工法。该方法适用于铁路、公路、河流等区域埋地管道的敷设，是一种高效的非开挖埋地管道铺设技术，目前广泛应用于管道非开挖穿越管道工程。当非开挖顶管（一般顶进水泥套管）结束后或水平定向钻进工序中，需要将目标管线回拖进已完成顶管施工的水泥套管中或回拖至成孔地层中。由于非开挖管道敷设施工的特点及地下容易发生变化的情况，在此过程中极易发生目标管线的机械损伤。因此，需要施工方结合现场实际条件、施工的具体质量要求、成本预算等因素，选择适合该项目的 3 PE 钢管的防腐措施。

1 3 PE 防腐层的特性

当今，城市天然气的运输管道主要采用三层式结构的 3 PE 防腐钢管作为埋地管道。3 PE 防腐钢管依靠独特的 3 PE 防腐层技术，可在埋地情况下将管道寿命延长至 40 年以上。3 PE 防腐管采用三层聚乙烯层的防腐技术，其具有理想的综合特性，如粘结性强、机械强度高、化学性能稳定、绝缘性好、抗腐蚀能力强等。在天然气、燃气等作业管道中最常用的 3 PE 防腐钢管的防腐层的从内到外依次是是环氧粉末涂层、胶粘剂层和聚乙烯层。工作钢管直接和最内层的环氧底漆接触，并在接触面粘结并形成连续的薄膜，它具有很强的的抗腐蚀性和理想的抗阴极剥离能力。中间层的一般采用的是共聚物胶粘层，其主要成分是聚烯烃，中间层与底层会产成化学粘结，这使得即使在周围温度比较高的情况下，防腐层依然具有达到要求的粘结性。中间层共聚物胶粘剂的部分极性官能团能够与内层的环氧底漆中所具有的环氧基团发生一系列化学反应，从而在接触部分形成氢键或化学键等有效连接，进而会使两层具备良好的粘结性。中间层的非极性的乙烯部分会与外层的聚乙烯层产生理想的的亲合作用，会使得两层产生稳定的粘结性。表面的聚乙烯层因此具备了与传统的双层式聚乙烯防腐结构相同的主要起保护和防腐作用。3 PE 防腐层将环氧粉末和聚乙烯两种防腐层的不同特性结合起来，很好地发挥了环氧粉末涂层的粘结性、耐化学特性与挤出聚乙烯的机械保护特性的特点，进而显著改善了水平定向钻施工目标管线的整体防腐蚀性能。

2 现场施工中造成管线损坏的原因

现今，我国的非开挖水平定向钻穿越施工采用 3 PE 防腐层管线时，现场补口通常采用定向钻专用热收缩带，并在外层设置牺牲带。尽管表面层的聚乙烯层在物理防护方面具有良好的抗冲击性能，但其耐划伤性能较差。水平定向钻在完成扩孔施工后，需要对目标工作管线进行回拖施工，在这个过程中，由于地下地质条件的不确定性，补口处的问题会更加凸显，包覆焊口的热收缩带被刮翻事件经常发生，导致补口防腐失效。非开挖顶管（水泥套管）施工后，目标管线的穿插更容易因管道内部存在锐棱尖角或缺乏润滑而造成 3 PE 钢管最外层防腐层及补扣层的失效。

2.1 运输与施工过程中的损坏

质量合格的 3 PE 防腐钢管从生产厂商到施工现场的周期中，需要经过多次运输、吊装、堆放等过程，在这些过程中难免会发生物理硬性磕碰、撞击、摩擦等，这些不确定因素会在一定程度上造成了防腐层的破坏。在回拖施工进行前，往往已经有部分管线的防腐层受到不同程度的物理破坏，外表面具有肉眼可见的外伤，严重的甚至发生漏铁现象。回拖过程中，由于部分大型机械操作工对具体的施工标准和要求不清楚，常常出现造成操作不规范的情况下，如当目标管线直径过大必须采用吊车时，对于吊装的管线采用不合理的防护措施甚至不采用防护措施，造成了管线的二次甚至三次非必须性损坏。

2.2 补口补伤施工不规范

目标管线的补口、补伤对其外在的保护有着重要意义，它直接决定了管道实际的防腐效果是否达到要求。补口和补伤工艺主要存在的问题包括喷砂除锈不达标、环氧底漆涂层厚度不够、操作人员责任心不强等。3 PE防腐管最内层的底漆通常采用的是湿膜安装工艺，这会极大程度上影响底漆的厚度和均匀性。钢管表面附着力下降会使热收缩带的剥离强度降低，所以一定要在补口、补伤过程中注意保证彻底除锈，保持钢管表面的清洁，避免底漆过薄等。

3 3 PE 防腐钢管在施工中的防护手段

在水平定向钻的回拖施工工序中，需要根据实际的工况条件选择合适的防护措施保护目标管线的 3 PE 防腐层不受破坏，这样才能最大程度上发挥 3 PE 防腐管的优势。

3.1 专用滚动拖管器防护

专用滚动托管器（见图 1）适用于管径 DN 500 及以下的 3 PE 防腐管。在具体施工时，视管径不同按间距 3～4 m 布放专用滚动托管器，将拖管器沿管道布放硬质地面（含乱石及硬化地面砖等有可能划伤管道防腐）将 3 PE 防腐管与可能划伤管道防腐的硬质地面分离。回拖施工时 3 PE 防腐管在专用滚动托管器上产生滚动摩擦，进而有效保护 3 PE 防腐管的防腐层及补口防腐层。

图1 专用滚动托管器

3.2 沙槽及素土防护

在非开挖水平定向钻施工的回拖布管过程中，可在出钻侧沿出钻角度开挖适当长度拉管引沟。可用于各种管径的 3 PE 防腐管的防腐层及补口防腐层及热力管道的保温防护层。

3.3 水漂防护

一般用于水源条件好的施工场地，多用于较大管径的热力管道。水漂防护不仅可以极大程度上避免高压天然气管道 3 PE 防腐管的防腐层及补口防腐层的划伤脱落现象发生，还大大减小了施工拉管时的摩擦阻力，确保施工质量及施工效率。

3.4 草把防护

沿 3 PE 防腐管方向每隔 3～4 m 简单的铺垫适当直径的草把，使管道与硬质锐棱地面隔开，不失为保护3 PE 防腐管的防腐层及补口防腐层经济有效的防护办法。

3.5 双层热缩套防腐防护

其中外层热缩套超前半个防腐套宽度作为牺牲环套，并在超前牺牲环套前端 50 mm 处用φ3 钢丝绑扎，确保牺牲环套完整，保护防腐热缩套的防腐效能。笔者公司穿越施工中多年坚持使用本防护措施，并与其他 3 PE 防腐管的防腐层及补口防腐层防护措施双重并用。

3.6 工程塑料关节防护链防护

对于钢套管穿插 3 PE 防腐工作管时，可采用工程塑料关节防护链隔离钢套管内壁与 3 PE 防腐工作管间的摩擦划伤。

3.7 工作管拖船组件防护

水泥套管穿插 3 PE 防腐工作管时，可采用工作管拖船组件（安装间距 3～4 m）在水泥管下玄混凝土垫层及角钢滑轨上摩擦滑动，有效保护 3 PE 防腐管的防腐层及补口防腐层（穿插方案及预制工作管拖船组件见图2 和图 3）。

图2 拖船组件正视示意图

图3 拖船组件俯视示意图（单位：mm）

4 结语

现今的“智慧城市”建设中，越来越多的地下管道施工需要采取对既有交通和居民生活或影响较小的水平定向钻施工。该方法对施工工艺水平技术含量要求较高，施工难度相对较大，隐蔽性大，施工管道一般采用 3 PE 防腐钢管。由于地下管道的独特性，需要 3 PE 防腐钢管，能够在地下保证长时间的正常工作这在很大程度上取决于钢管的防腐层的完成程度。但是，在运输、储存和施工等过程中都存在可能将钢管防腐层损坏的因素。因此，建设方和施工方在地下管道施工的不同阶段都应当采用适当有效的方法保护目标管线的防腐层，以达到保证施工质量和管道长久安全使用的目的。