维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第３期 ２００７年６月 天 然 气 与 石 油 Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ａｎｄ Ｏｉｌ Ｖ０１．２５．Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２ｏｏ７ 水下隧道穿越管道保护效果测试评价 张 平，屠海波，龚树呜，牟 华 （中国石油工程设计有限公司西南分公司，四川成都６１００１７） 摘要：通过对四川气田北干线涪江隧道穿越管道阴极保护电参数的现场测试，取得了实 际可信的基础数据。验证了处于水下隧道洞内的穿越段管道，能得到陆上强制电流阴极保护系 统的有效保护，保护电流所必经的岩石层和锚喷钢筋混凝土层对保护电流没有构成屏蔽的结 论。对管道工程设计和运行管理具有参考作用。 关键词：隧道穿越；电流屏蔽；通电电位；断电电位；钢筋混凝土层 文章编号：１００６—５０９３（２０ｏ７）０３－００３３－０３ 文献标识码：Ａ 水下隧道穿越段是管线的重要部位，管道处于长 置在两岸的电流测试桩内，两电流测试桩间管道长 期浸泡于水中状态，腐蚀环境较为恶劣，采用性能优 异的外防腐，并实施可靠、有效的阴极保护方式来保 证其长期安全运行的方案是理所当然的。但由于隧 度为１ ６６８ ｍ，东、西岸陆上连接管道长度分别为 ４．２ ｋｍ和２．４ ｋｍ。阴极保护设施情况见图１。 道结构的特殊性，陆上强制电流阴极保护系统的保护 电流必经的岩石层和锚喷钢筋混凝土层对保护电流 ２场地水文地质条件 输气管道横穿于涪江河床之下，各主要地层基 本特征及其分布情况： 上部主要为粉土、砂质粘土、砂，厚度变化大， ・一是否屏蔽；在采用诸如三层ＰＥ这类防腐层电阻率高， 阴极保护电流密度需要量小的防腐层时能否得到可 靠有效的保护；是否有必要再用牺牲阳极方式进行补 充保护等问题，在业内存在较大争论。对国内外相关 般厚度５．５０～１２．５０ ｍ； ・资料的检索也未收集到具体的例证与参数，因此，选 择在隧道结构和场地水文地质条件方面具有代表性 的工程上进行现场测试，取得实际的、准确的基础数 据，对指导工程设计和运行管理均具有重要意义。 河漫滩及河床地带厚６．６０～１８．５０ ｍ，为砂 砾卵石夹砂层透镜体；砂卵石层存在孔隙潜水，漫 滩、阶地的砂卵石层地下水与涪江河水有极强的水 力联系； ・基岩层岩性为紫红色泥岩（砂质泥岩）与青 １ 基础资料及概况 北干线涪江隧道穿越复线管道为Ｉ３６０、ｑ￣７２０ Ｘ １４．１／８螺旋埋弧焊钢管，全部采用三层结构挤塑 灰色、棕紫色砂岩不等厚互层，区内多以砂岩为主， 占７０％多，穿越隧道洞顶以上基岩厚度一般２１．７０ ～３４．５３ ｍ，岩性多为中风化砂岩、泥岩及砂质泥岩， 裂隙中等发育，仅在砂、泥岩接触部位略有裂隙，透 （含）水性较强。局部因上覆中风化泥岩相对隔水 而使下伏砂岩裂隙水微具承压性，深部基岩裂隙水 同江水无直接水力联系。基岩裂隙水和孔隙潜水的 聚乙烯加强级外防腐层，热煨弯头外防腐及补口采 用带环氧底漆的辐射交联聚乙烯热收缩套。隧道穿 越采用：斜巷（西岸）一平巷一斜巷一竖井（东岸）形 式，隧道洞内总长１ ５８８ １３１，在隧道平巷内预先安装 有６支长效硫酸铜参比电极，参比电极电缆引入设 水质类型ＨＣＯ 一Ｃａ型水，江水的水质类型ＨＣＯ，一 Ｃａ・Ｍｇ型水，ｐＨ值７．４０～７．８０，属中偏碱性水。 收稿１５１期：２００７－０３—２９ 作者简介：张平（１９６５一），男，重庆江津人，高级工程师，学士，主要从事油气田外防腐层及阴极保护设计、研究工 作。电话：（０２８）８６０１４３０５。 维普资讯 http://www.cqvip.com 天 然 气 与 石 油 ２００７正 电位 桩 图１参比电极测试桩设置图 注：①～⑥为对应编号的硫酸铜参比电极。 线腐蚀控制》也指出：如果屏蔽层具有足够的多孔 ３ 隧道结构 该隧道为深埋隧道，支护结构上包括隧道围岩 层和二次衬砌层。围岩中平巷初期支护采取全断面 锚喷混凝土，厚度为８０～１００ ｍｍ，在拱项和侧墙围 岩破碎处做锚喷支护或挂网锚喷支护，个别围岩破 性吸收水分并成导体，那么就会有足够的电流通过 它来部分或完全保护涂层缺陷处的管线 Ｊ。三层 ＰＥ防腐管完整性好，按标准，所需阴极保护电流密 度＜３ ｔｘＡ／ｍ ，根据１９８７年Ｊ・Ｌ・Ｂａｎａｃｈ先生对横 贯加拿大管线（ＴＣＰＬ）１２ ０００ ｋｍ以上管段调查后所 著《ＰＩＰＥＬＩＮＥ ＣＯＡＴＩＮＧＳ—ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ，ＰＥＰＡＩＲ， ＡＮＤ ＩＭＰＡＣＴ ＯＮ ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ ＰＲＯＴＥＣＴ１０Ｎ ＤＥ— 碎处，加设格栅钢架。二次衬砌采用全断面钢筋混 凝土现浇，视围岩情况，厚度在２５０～３００ ｍｍ，底板 现浇２００ ｍｍ厚Ｃ２０混凝土或钢筋混凝土。斜巷段 采用钢筋砼支护措施。 ＳＩＧＮ ＡＮＤ ＣＯＳＴ））认为：对阴极保护电流密度＜ １０ ／１３ 的管道，即使土壤电阻＞５００ ｎ・ｍ，管道 也不需考虑屏蔽影响，能得到远程阴极保护站的充 分保护 川。 ４相关技术资料 从上述的管径、穿越长度、外防腐层类型、隧道 结构和场地水文地质条件等方面看，该工程具有代 ５ 现场测试 现场测试利用隧道洞内自然进水已淹没管顶的 参比电极，且复线管道尚未与北干线连通的有利时 表性。采用强制电流方式时，最为关心的是保护电 流要到达管体，回路中电流必须经过的：ａ．基岩层； ｂ．洞壁支护所采用的围岩层（锚喷混凝土和钢筋网 混凝土）和二次衬砌层（现浇钢筋混凝土）。 机，通过在西岸电位测试桩对该段管道单独进行馈 电实验，进行了管道各处瞬间通／断电位、管内电流 等相关参数的测试。因为此时测试，无须在射洪和 蓬溪阴极保护站安装ＧＰＳ卫星同步断电器，可保证 测试参数的真实可信性。根据测试结果绘制的管道 电位分布曲线见图２。 位于深埋隧道中间位置的５＃参比电极处管道， 随馈人电流的增加和极化时间的充分，其极化情况 见表１。 这些特殊结构是否会阻隔管道获取足够的保护 电流？汇总相关的国外技术观点如下： 在洞中进水后管道处于水饱和环境，锚杆及钢 筋网金属件本身导电，潮湿状况下的混凝土电阻率 约５０ Ｑ・ｍ，构不成屏蔽影响，如同水下配重层下的 海底管线或混凝土连续覆盖层下的穿越管道可获得 良好的阴极保护一样；岩石层可通过孔隙潜水、细小 裂缝渗透水构成导体，对保护电流构不成完全的屏 蔽层，类似于高土壤电阻率环境对电流的阻碍，典型 例子如穿过岩石层并用水泥固井的油井套管仍可实 施外加强制电流保护。ＮＡＣＥ推荐的经典著作《管 ６测试结果分析 上述的管地电位分布曲线图（图２）和极化情况 表（表１）清楚地说明，随着馈人电流量的逐步增加， 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第３期 张平，等：水下隧道穿越管道保护效果测试评价 ３５ 测试位置，ｍ 图２管地电位分布曲线图 表１管道（５＃参比电极处）极化情况表 测试时间１２：１５ １４：３１ １５：１１ １５：４１ １６：５０ １７：００ ａ流馈＊ｃ．道，均可获得充分的极化，并达到阴极保护准则要求 的保护电位。 测试过程中管道极化时间略显短些，但不影响结 １３２ ２３５ ３４０ ３９２ ４４５ ４３０ ．／ｍＡ 论。反映出随着极化时间的延长，ＩＲ降会有所减少。 通电电位－／Ｖ１．２３９＿１＿６４８－２．１１３＿２．３ｏ４＿２．４８２－２．４２５ ７ 穿越段防腐层电阻率 ０．７２２—０．８３３—０．８７５—０．９１２—０．９４６—０．９８ 断 位一根据现场在两岸电流测试桩处测得的相关阴极 保护电参数，按ＮＡＣＥ ＴＭ１０２（（埋地管线保护涂层电 洞内和陆上管道的极化电位均同步地向负方向偏移， 管道能获得充分的保护电流；无论是洞外陆地段管 道，还是处于深埋隧道洞内特殊支护结构中的水下管 导测试方法标准》进行数据处理，隧道穿越测量段 防腐层电阻率见表２。 表２隧道穿越测量段平均防腐层电阻率数据表 Ｃ．外防腐层的方案是合理的，洞内管道进水前 ８结论及建议 ａ．处于水下隧道洞内的穿越段管道，能得到陆 上强制电流阴极保护系统的有效保护，隧道的结构 对阴极保护电流构不成屏蔽。 ｂ．土壤ＩＲ降大，阴极保护电源设备的控制电 位应具有在一０．５００～一３．０００ Ｖ范围连续可调的 为架空敷设状况，避免了陆地管道施工回填中对外 防腐层的损伤，能直观检测防腐层质量，实测结果表 明防腐层质量好。 参考文献： ［１］皮博迪Ａ ｗ．管线腐蚀控制［Ｍ］．吴建华，许立坤，王 廷勇，译．北京：化学工业出版社，２００４，３２—３４． ［２］ Ｂａｎｃｈ Ｊ Ｌ．ＰＩＰＥＬＩＮＥ ＣＯＡＴＩＧＡ—ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ，ＡＮＤ ＩＭＰＡＣＴ ＯＮ ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ ＤＥＳＩＧＮ ＡＮＤ 功能。今后运行管理中应以消除了有害误差ＩＲ降 的瞬间断电法为基准，来合理调试阴极保护站的控 制电位，用断电电位来评价保护效果是重要的。 ＣＯＳＴ『Ｍ］．Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ：Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，１９８７，５－７．