專利名稱：地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下管道防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)，特別提供了一種地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法。
背景技術(shù)：
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現(xiàn)有技術(shù)中，采用大口徑鋼質(zhì)輸水管線具有安全、可靠及建設(shè)周期短的優(yōu)點(diǎn)，是目前輸水工程中比較常用方法。該工藝主要是通過(guò)工作豎井間操作進(jìn)行管道頂進(jìn)埋設(shè)，除工作豎井外其它管線途徑地面不進(jìn)行地面挖掘，采用傳統(tǒng)的腐蝕防護(hù)工藝已很難徹底解決頂管管道耐久性問(wèn)題，給管道的耐久性設(shè)計(jì)和施工工藝帶來(lái)新的難題。從目前已建的頂管管線情況來(lái)看，這主要存在防腐涂層性能與該施工工藝匹配問(wèn)題，焊接部位補(bǔ)口匹配問(wèn)題，中繼間涂層保護(hù)問(wèn)題，及陰極保護(hù)設(shè)計(jì)與施工工藝問(wèn)題等。關(guān)于大口徑鋼質(zhì)頂管管道耐久性的應(yīng)用已經(jīng)成為以更值得亟待解決的技術(shù)難題。由于大中城市擴(kuò)建或新建輸水管線工程中，通常埋設(shè)管線的土壤中或地面上已建有城市基礎(chǔ)設(shè)施或建筑物，采用開(kāi)放式挖掘埋設(shè)大口徑管線會(huì)破壞這些已建城市基礎(chǔ)設(shè)施，如路面、綠化帶、構(gòu)筑物等，這給埋設(shè)管線施工帶來(lái)困難，也使施工成本大幅度的提高，并對(duì)城市居民的正常生活帶來(lái)影響。近年來(lái)非開(kāi)挖埋設(shè)管線技術(shù)的進(jìn)步和完善使人看到了解決問(wèn)題的希望，目前非開(kāi)放式埋設(shè)管線的方法主要有盾構(gòu)法、定向鉆法、頂管施工法，其中頂管施工工藝適合大口徑鋼質(zhì)管線施工，綜合成本低，施工效率高，對(duì)城市設(shè)施和居民生活影響最小。如果陸域輸水管線埋地較深，以直徑3. 6米頂管管線為例，埋設(shè)深度均在10米以上，上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院的調(diào)查報(bào)告中指出，當(dāng)土壤深度大于10米時(shí)，土壤電阻率大多小于10Ω ·Π1。如果地下水位較高(例如沿途多處有河渠)，預(yù)計(jì)此類土壤環(huán)境對(duì)鋼質(zhì)管線有較強(qiáng)的的腐蝕破壞。另外，對(duì)某些特殊地段管線的腐蝕也應(yīng)格外關(guān)注，例如有磁懸浮列車通過(guò)之處，設(shè)置有交流變電站之處。這些地點(diǎn)也都可能會(huì)對(duì)管線帶來(lái)較大的雜散電流引起的電化學(xué)腐蝕。頂管施工過(guò)程中管段間連接焊縫以及采用中繼間技術(shù)推進(jìn)管道的焊接部位的腐蝕防護(hù)也需格外關(guān)注。總之，地下施工鋼頂管的腐蝕問(wèn)題不容忽視，為保障該工程耐久性，必須對(duì)鋼頂管采取相應(yīng)的腐蝕防護(hù)措施。而且，如果鋼頂管埋設(shè)深，必然造成維修困難，更不可能中途更換管道，因此這類鋼頂管的腐蝕防護(hù)措施務(wù)必可靠，即耐久性要求極高。但是，由于該管線距離長(zhǎng)、埋設(shè)深且要求非開(kāi)挖施工，其腐蝕防護(hù)面臨諸多亟待解決的問(wèn)題。1、現(xiàn)有技術(shù)中，埋地鋼頂管腐蝕防護(hù)方法簡(jiǎn)介如下鋼頂管在土壤中的腐蝕是由于鋼材的某一部分在其與土壤環(huán)境所形成的電池中處于陽(yáng)極地位，電位較低，因電子流失造成腐蝕，見(jiàn)

圖18。為了抑制腐蝕，人們采用以下幾種防護(hù)方法I)預(yù)留腐蝕余量采用厚壁的大口徑鋼管，依靠鋼材自身的腐蝕余量達(dá)到設(shè)計(jì)壽命要求，這種方法需要花費(fèi)很多鋼鐵資源，而且制造和安裝費(fèi)用較高，施工周期長(zhǎng)，需要專業(yè)性強(qiáng)的制管裝備，這對(duì)于大口徑的鋼頂管來(lái)講還存在力學(xué)方面的諸多問(wèn)題。另外，僅留有腐蝕余量的鋼頂管在土壤腐蝕環(huán)境可能會(huì)由于局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生不可預(yù)見(jiàn)性的破壞。同時(shí)，目前我國(guó)也很少具備大批量生產(chǎn)大口徑超厚壁鋼管能力。2)耐腐蝕合金鋼近50年來(lái)材料學(xué)家研制了多種耐腐蝕的低碳合金鋼和不銹鋼，包括10CrMoAl、304、316L和00Cr26Ni7Mo2Ti等，雖然其腐蝕速率較普通碳鋼低2倍多，但焊接工藝復(fù)雜，易在焊接部位和熱影響區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕等，從而降低了使用的結(jié)構(gòu)整體的安全性，而且造價(jià)也較高。3)保護(hù)涂層或有機(jī)保護(hù)襯套防腐自從18世紀(jì)中葉歐洲采用煤焦油、亞麻油作為金屬的防腐蝕方法以來(lái)，防護(hù)涂層得到蓬勃發(fā)展，已成為金屬材料最廣泛的防腐措施，防腐蝕覆蓋層已經(jīng)形成了有機(jī)涂料、水泥砂漿、磁漆和金屬覆蓋層4大體系。涂層防腐蝕方法總體來(lái)說(shuō)，施工簡(jiǎn)單，適用于所有的腐蝕環(huán)境，但它作為獨(dú)立的保護(hù)手段，需要具備在整個(gè)服役過(guò)程中對(duì)環(huán)境無(wú)害、完整無(wú)缺的特點(diǎn)。這需要在預(yù)制、安裝、搬運(yùn)以及后續(xù)的運(yùn)行中不出 現(xiàn)明顯破損，否則會(huì)加劇局部區(qū)域的腐蝕。襯套防腐主要將橡膠、玻璃鋼、聚乙烯等材料作為襯套，在局部進(jìn)行特別加強(qiáng)保護(hù)的方法。4)陰極保護(hù)方法自從1836年英國(guó)的戴維首次將鑄鐵連接在船體的黃銅上對(duì)其進(jìn)行陰極保護(hù)以來(lái)，該方法得到廣泛推廣，在埋地管道的防護(hù)中更是不可缺少。陰極保護(hù)的原理是采取人為的手段使鋼材電位降低，從而抑制鋼的腐蝕。這一點(diǎn)從鋼材的電位-PH圖可以看出，在鋼材的電位低于某一值時(shí)，鋼材處于不腐蝕狀態(tài)，見(jiàn)圖23。尤其在鋼的電位低于-O. 85V(相對(duì)于飽和銅/硫酸銅參比電極，簡(jiǎn)稱CSE)后，鋼的腐蝕可以忽略，因此-O. 85V/CSE也成為鋼材陰極保護(hù)的電位準(zhǔn)則，在陰極保護(hù)工程中被廣泛采納。要達(dá)到這樣的目的采取的方法是將電子從外部朝鋼材流動(dòng)，從而降低鋼材的腐蝕速度，如圖24、25所示。根據(jù)降低鋼結(jié)構(gòu)電位的手段不同，陰極保護(hù)手段分為外加電流(圖24)和犧牲陽(yáng)極(圖25)兩種方法,兩者的對(duì)比見(jiàn)下表I。表I兩種陰極保護(hù)方式的優(yōu)缺點(diǎn)
權(quán)利要求
1.地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法依次滿足下述要求①首先從地下管道(I)外部上方的地表(101)向地下管道(I)的方向鉆孔，孔直徑10 1200mm,該孔直達(dá)地下管道(I)的外壁但不應(yīng)破壞地下管道(I);各孔沿地下管道(I)在其正上方布置，各孔之間的間距為100-500m;②然后向上述過(guò)程鉆出的孔內(nèi)安裝中空的外護(hù)管(2)，并使外護(hù)管(2)的前端接觸到地下管道(I)外壁并由外護(hù)管(2)和地下管道(I)外壁共同構(gòu)成相對(duì)封閉的管狀空腔；外護(hù)管(2)具體為鋼管或塑料管；其規(guī)格為內(nèi)腔直徑50-200_;外護(hù)管(2)內(nèi)部可能填充有一些泥沙(102)內(nèi)容物；③下防水套管(5):將防水套管(5)放入外護(hù)管(2)內(nèi)，并使固定布置在防水套管(5)前端的饋電連接頭(402 )與地下管道(I)外壁緊密接觸且不移動(dòng)，然后進(jìn)行焊接操作；所述饋電連接頭(402 )設(shè)置在整個(gè)防水套管(5 )最前段，饋電連接頭(402 )前端設(shè)置有封閉的內(nèi)腔，其前端厚度為O. 2-8mm;饋電連接頭(402)封閉內(nèi)腔的前端面為錐面，錐面的橫截面隨距離饋電連接頭(402)的前端面的減小而減??；饋電連接頭(402)上預(yù)先固定有饋電電纜(401)；④遙控焊接使用焊接裝置將防水套管(5)前端的饋電連接頭(402)與地下管道(I)的金屬部分焊接在一起形成電連接關(guān)系；⑤犧牲陽(yáng)極(7)施工預(yù)先在地下管道(I)附近打孔，埋入犧牲陽(yáng)極(7 )，并通過(guò)饋電裝置(4)將其與地下管道(I)形成電連接，并最終構(gòu)成地下管道陰極保護(hù)系統(tǒng)；犧牲陽(yáng)極(7) 的布置間距為50 - 500米；成對(duì)布置或者單一布置。
2.按照權(quán)利要求1所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于從地下管道(I)外部上方的地表向地下管道(I)的方向鉆孔的過(guò)程滿足下述要求孔深10 50 米，對(duì)應(yīng)的孔直徑為50 250mm，各孔之間的間距為150_300m ；在地下管道(I)正上方鉆孔，孔軸線方向與地下管線橫截面幾何中心盡量靠近甚至與其重合；鉆孔方法首先在非開(kāi)挖施工管道上方，確定進(jìn)行地表鉆孔的點(diǎn)，然后進(jìn)行鉆孔操作； 打孔要求在與地下管道(I)垂直方向上，該點(diǎn)應(yīng)在在豎直方向的正上方。
3.按照權(quán)利要求1所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于向孔內(nèi)輸入并安裝外護(hù)管(2)的過(guò)程滿足下述要求將外護(hù)管(2)送入孔中直至外護(hù)管(2)的前端到達(dá)并接觸到地下管道(I)外壁；外護(hù)管(2)的直徑尺寸從100 150mm ;外護(hù)管(2)為鋼管或塑料管，接觸地下管道(I)的外護(hù)管(2)的管端固定設(shè)置有用于緩沖保護(hù)地下管道(I)外壁的絕緣密封墊；外護(hù)管(2)為分段結(jié)構(gòu)，各段之間為螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)；整體裝配后的外護(hù)管(2)外表面涂覆有防護(hù)涂層。
4.按照權(quán)利要求1所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于遙控焊接的過(guò)程中滿足下述要求使用焊槍(6)和預(yù)先固定在饋電連接頭(402)上的饋電電纜(401)構(gòu)成電連接回路以便進(jìn)行遙控焊接操作，將饋電連接頭(402 )與地下管道(I)焊接在一起構(gòu)成電連接關(guān)系；焊接的過(guò)程滿足下述要求首先將已經(jīng)裝夾焊條的焊槍(6)送入防水套管(5)內(nèi)部并使其前端的焊條端部靠近饋電連接頭(402)的內(nèi)腔前端，然后開(kāi)始焊接，以便將饋電連接頭(402)與地下管道(I)的金屬部分焊接在一起形成電連接關(guān)系；焊接后的饋電電纜(401)的外部一直延伸到地表；饋電電纜(401)延伸到地表的實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)該大于等于110%用于放置外護(hù)管(2)的孔的深度。
5.按照權(quán)利要求1所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于犧牲陽(yáng)極(7)滿足下述要求犧牲陽(yáng)極材料層(701)具體由多種材料選擇鎂陽(yáng)極，鋅陽(yáng)極， 鋁-鋅-銦系合金犧牲陽(yáng)極，鋅一鋁一鎘合金犧牲陽(yáng)極。
6.按照權(quán)利要求1-5其中之一所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于在安裝外護(hù)管(2)之后和放入防水套管(5)之前還依次進(jìn)行下述處理過(guò)程①清井清井時(shí)，從外護(hù)管(2)中心腔中將遙控的清理設(shè)備送入到井底以便清理位于外護(hù)管(2)內(nèi)部靠近地下管道(I)外壁處的雜物；清井要求是將影響焊接效果的泥沙(102)和污水等清除出外護(hù)管(2)，同時(shí)用清水或者空氣填充該處待焊接部位附近的空間；清井具體采用高壓水或高壓空氣作為工作介質(zhì)；具體的清井方法滿足下述要求之一或其組合其一，如果地下管道(I)附近的土壤流動(dòng)性差，采用的清井處理辦法是略微提起外護(hù)管(2)，提高的高度要求為10 100mm，將壓縮空氣或高壓水借助于清井管(103)從外護(hù)管(2)上端輸入并送至井底以便加入壓縮空氣或高壓水，需要壓力在2個(gè)大氣壓以上，最終將泥沙(102)從井底頂出；然后在保持壓力的同時(shí)，放回外護(hù)管(2)使之與地下管道(I) 外壁接觸直至外護(hù)管(2)與地下管道(I)緊密接觸，以便形成相對(duì)封閉的腔室且能保證外護(hù)管(2)內(nèi)的清潔以利于后續(xù)的焊接過(guò)程進(jìn)行；其二，如果由井底清除淤泥不易，則在保證外護(hù)管(2)與地下管道(I)之間盡可能緊密接觸的同時(shí)，將壓縮空氣或高壓水通過(guò)深入到外護(hù)管(2)內(nèi)部的清井管(103)在井底輸出壓縮空氣或高壓水將淤泥從外護(hù)管(2)內(nèi)部向上頂出并最終由井口頂出；壓縮空氣或高壓水需要的壓力要求在2個(gè)大氣壓以上，外護(hù)管(2)與地下管道(I)外壁始終緊密接觸形成上部開(kāi)口的腔室利于清井并在清井后能夠阻擋污物進(jìn)入外護(hù)管(2)內(nèi)；②焊點(diǎn)檢查在清井之后對(duì)饋電裝置(4)與地下管道(I)之間將要進(jìn)行焊接的焊點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先檢查，具體檢查內(nèi)容是包括被保護(hù)的地下管道(I)處的水平情況和饋電點(diǎn)處的泥沙殘余量。
7.按照權(quán)利要求1-5其中之一所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于在遙控焊接之后檢查是否滿足電阻率和焊接強(qiáng)度；具體檢查的合格要求是電阻率要求在O. 1-0. 01歐姆；焊接強(qiáng)度要求使用50-200kg的外力牽拉饋電電纜(401)，要求不會(huì)破壞饋電連接頭(402)與地下管道(I)的焊接質(zhì)量。
8.按照權(quán)利要求1-5其中之一所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于在遙控焊接并合格后，還要求進(jìn)行下述兩種操作①卸出防水套管(5):焊后檢測(cè)合格后，卸出防水套管(5)除了饋電連接頭(402)和饋電電纜(401)之外的其余部分；要求保留最前段已經(jīng)焊接連接在地下管道(I)上的的饋電連接頭(402)及預(yù)先固定在其上的饋電電纜(401)，饋電電纜(401)的上端露出地面以便之后的應(yīng)用；②灌漿(混凝土)卸出防水套管(5)后，使用灌漿裝置(8)在饋電連接頭(402)處加入保護(hù)填料以保護(hù)饋電連接頭(402)。
9.按照權(quán)利要求7所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，其特征在于在灌漿之后，將饋電電纜(401)引入設(shè)置在地表附近的控制箱中；然后進(jìn)行下述兩種操作的一種 其一，將防護(hù)管(2)向上提起一段距離10-50cm，以便周圍的泥沙土壤和饋電連接頭(402) 能直接接觸；其二，直接卸除防護(hù)管(2)。
全文摘要
地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)裝置施工方法，依次滿足下述要求①首先從地下管道(1)外部上方的地表(101)向下鉆孔；②向鉆出的孔內(nèi)安裝中空的外護(hù)管(2)使外護(hù)管(2)前端接觸到地下管道(1)外壁；③下防水套管(5)并使固定布置在防水套管(5)前端的饋電連接頭(402)與地下管道(1)外壁緊密接觸且不移動(dòng)，然后進(jìn)行焊接操作；④將防水套管(5)前端的饋電連接頭(402)與地下管道(1)的金屬部分焊接在一起；⑤犧牲陽(yáng)極(7)施工。本發(fā)明技術(shù)全面，效果顯著，便于施工操作；本發(fā)明是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及的內(nèi)容較多；技術(shù)成熟度較高，具有可預(yù)期的極為巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
文檔編號(hào)C23F13/02GK102995026SQ20121040871
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者魏英華, 李京, 劉陽(yáng), 趙海濤, 馬躍, 陸衛(wèi)中, 史杰智, 李曉東, 高英, 張立新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所