在此基礎(chǔ)上，佛山市利亞洛基管業(yè)有限公司技術(shù)人員結(jié)合國(guó)內(nèi)海底隧道工程的腐蝕案例，分析了排水系統(tǒng)海水腐蝕的主要原因及防護(hù)措施，并比較了幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。常見(jiàn)的排水管。，提出了海底隧道排水系統(tǒng)防腐的要點(diǎn)和建議。

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海底隧道的腐蝕

廈門(mén)翔安隧道

廈門(mén)翔安隧道是我國(guó)大陸第一條自主設(shè)計(jì)建造的海底隧道。隧道全長(zhǎng)8.7km，其中海域4.2km，采用鉆爆法施工。最大開(kāi)挖斷面為170m2，是典型的大開(kāi)挖斷面隧道。

廈門(mén)翔安隧道排水系統(tǒng)采用“單級(jí)集水、單級(jí)提升”方案。在隧道的最低點(diǎn)設(shè)置一個(gè)海底泵房，用于收集整個(gè)隧道的廢水，然后由排水泵一次性提升并排出隧道。

主排水管內(nèi)外采用環(huán)氧涂層螺紋鋼管。目前整體使用良好，沒(méi)有明顯的腐蝕現(xiàn)象。但普通碳鋼管的配件腐蝕嚴(yán)重，直接生銹。海底泵房單根管線采用316L不銹鋼管，整體效果不錯(cuò)，但焊縫處有明顯腐蝕，如圖1所示。

(a) 整體狀況 (b) 碳鋼管道附件

(c) 316L不銹鋼管

圖1 廈門(mén)翔安隧道海底泵房腐蝕狀況

青島膠州灣隧道

青島膠州灣隧道是連接山東省青島市黃島區(qū)和市南區(qū)的跨海通道。2006年12月開(kāi)工建設(shè)，2011年6月通車(chē)，是中國(guó)大陸第二條海底公路隧道。隧道全長(zhǎng)6.17km，其中海域3.95km。

青島膠州灣隧道排水系統(tǒng)采用“分級(jí)收集、多級(jí)推進(jìn)”的方案。全線共有三個(gè)廢水泵房。海底泵房設(shè)置在隧道最低點(diǎn)，污水泵房設(shè)置在隧道兩端，采用“接力”形式。排除隧道廢水。

排水管采用縮合襯塑鋼管，整體狀況良好。但管接頭處和外防腐層涂敷不當(dāng)?shù)牟课淮嬖诟g現(xiàn)象，需要定期檢查和維護(hù)。

(a) 整體狀況 (b) 局部腐蝕狀況

圖2 青島膠州灣隧道排水主管腐蝕情況

2

海水腐蝕的原因

海水鹽度、pH、溫度、溶解氣體速度、微生物和污染等因素的相互作用，使管道的海水腐蝕成為一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，海水腐蝕的原因可分為海洋生物污損和化學(xué)腐蝕兩大類(lèi)。

生物污垢

海洋生物污損是指在海水中生長(zhǎng)的生物（包括動(dòng)物、植物和微生物）通過(guò)附著和聚集給人類(lèi)海洋工程帶來(lái)負(fù)面效益的現(xiàn)象。海洋生物污損不僅會(huì)降低設(shè)備性能，還會(huì)影響設(shè)施和材料的高效運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，與海洋微生物附著有關(guān)的材料腐蝕占涉海材料腐蝕總量的70%～80%。參與金屬腐蝕的微生物主要有細(xì)菌、真菌和藻類(lèi)，其中細(xì)菌腐蝕最大。

海底隧道排水管通常由金屬管材制成，海水中參與金屬腐蝕的微生物主要有硫酸鹽還原菌、鐵菌等。由硫酸鹽還原菌引起的腐蝕約占整個(gè)海洋生物污損的一半和是最重要的腐蝕。微生物，如海洋微生物，會(huì)加速金屬管道的電化學(xué)反應(yīng)，破壞管道的表面保護(hù)層，造成管道系統(tǒng)的腐蝕和泄漏。研究表明，海洋微生物造成的局部腐蝕破壞率高達(dá)1mm/a。

海底泵房位于隧道的最低點(diǎn)，一般靠近隧道中部，遠(yuǎn)離兩端的風(fēng)井，因此隧道排水系統(tǒng)具有長(zhǎng)距離、高壓的特點(diǎn)。為了減少沿排水管道的失水量，通常會(huì)犧牲流速，這樣容易造成泥沙沉積，滋生微生物附著在管道內(nèi)壁，造成管道點(diǎn)蝕。同時(shí)，管道中流動(dòng)的泥沙容易破壞防腐涂層，不易被發(fā)現(xiàn)，增加了管道系統(tǒng)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

化學(xué)腐蝕

海底隧道排水系統(tǒng)主要用于輸送滲水和消防水。海水中的腐蝕離子主要有氯離子、鎂離子、鈣離子、硫酸根離子等，其中對(duì)排水系統(tǒng)腐蝕最嚴(yán)重的是氯離子304奧氏體薄壁不銹鋼管電化學(xué)腐蝕原因分析，腐蝕部位多發(fā)生在焊接接頭處。

對(duì)廈門(mén)海底隧道和青島膠州灣海底隧道周邊圍巖水質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)同一海底隧道兩端地下水中離子含量差異較大。應(yīng)按水質(zhì)分類(lèi)考慮。

3

防腐措施

01

管材選擇

從排水管本身的物理和化學(xué)性能來(lái)看，應(yīng)選擇耐腐蝕性較好的材料，通常是銅合金和不銹鋼。

銅合金材料很少被海洋生物污染，廣泛應(yīng)用于海洋、船舶、電力等領(lǐng)域。然而，銅合金管價(jià)格昂貴，安裝和維護(hù)復(fù)雜，不適合海底隧道排水系統(tǒng)。

不銹鋼管具有良好的耐熱性和阻燃性，安裝方便，其在海水中的腐蝕率隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性能。但低等級(jí)不銹鋼抗點(diǎn)蝕能力較弱，容易發(fā)生穿孔泄漏。雖然2205不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于奧氏體不銹鋼，但由于價(jià)格較高，建議用于海底泵房的重要設(shè)備。

02

涂層保護(hù)

管道防腐涂層是在金屬表面形成一層連續(xù)的絕緣覆蓋層，使金屬與海水絕緣（防止海水直接與金屬接觸），即設(shè)置高阻以防止電化學(xué)反應(yīng)正常發(fā)生，這是一種消耗。管道最常用的防腐措施之一。新的綠色涂層材料應(yīng)該是一種天然的防污化合物，可以殺死兩種生物并防止海洋生物附著。

目前常用的涂層保護(hù)技術(shù)分為管道外防腐和內(nèi)防腐技術(shù)。其中外防腐涂料的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：

熔結(jié)環(huán)氧樹(shù)脂

優(yōu)勢(shì)

施工簡(jiǎn)單，無(wú)污染；涂層與鋼管表面附著力強(qiáng)，具有優(yōu)良的耐化學(xué)性、耐陰極剝離性、耐彎曲性、絕緣性等。

缺點(diǎn)

很容易被鋒利和堅(jiān)硬的物體打破。鋪設(shè)海底管道時(shí)，配重層容易打滑，需要對(duì)涂層表面進(jìn)行防滑處理。

優(yōu)勢(shì)

厚度2~4mm，耐磨耐沖擊

聚乙烯

缺點(diǎn)

對(duì)鋼管表面的附著力有限，容易發(fā)生陰極剝離；對(duì)涂裝施工要求高

環(huán)氧煤瀝青

優(yōu)勢(shì)

涂層對(duì)鋼管表面附著力強(qiáng)，韌性好，抗?jié)B水能力強(qiáng)

缺點(diǎn)

涂料固化周期長(zhǎng)，無(wú)法連續(xù)施工，生產(chǎn)效率低

優(yōu)勢(shì)

同時(shí)具有熔融環(huán)氧樹(shù)脂附著力強(qiáng)、耐陰極剝離性好、柔韌性好等特點(diǎn)304奧氏體薄壁不銹鋼管電化學(xué)腐蝕原因分析，具有聚乙烯層耐磨、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)。

三層聚乙烯

缺點(diǎn)

昂貴的

管道中的防腐措施主要是襯里和防腐涂層。管道的內(nèi)襯和內(nèi)防腐涂層需要預(yù)制。管道整體內(nèi)部防腐處理完成后，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。如果安裝不慎，需要重新切割焊管，容易造成防腐。層損壞。

管道接頭的防腐也是影響管道防腐效果的重要因素。為獲得良好的接縫補(bǔ)片，要求管材表面處理等級(jí)至少為Sa2.5，并選用優(yōu)質(zhì)的熱縮帶，以達(dá)到管體的涂層性能. 建議使用無(wú)縫鋼管代替焊接鋼管。

03

電化學(xué)保護(hù)

海水是中性電解質(zhì)溶液，管道在海水中主要受氧吸收腐蝕。反應(yīng)式如下：

2Fe+O2+2H2O ? 2Fe(OH)2

電化學(xué)防腐作為涂層防腐的補(bǔ)充手段，通常包括犧牲陽(yáng)極法和外加電流陰極保護(hù)法。犧牲陽(yáng)極需要有足夠的負(fù)開(kāi)路電位和閉路電位。常用的犧牲陽(yáng)極材料有鋁合金、鋅合金和鎂合金。其中，鋁合金材料使用壽命長(zhǎng)，適用于海底管道，尤其是鋁鋅銦合金。是使用最廣泛的。

海底隧道排水管道可通過(guò)鋼芯將陽(yáng)極直接焊接在管體上，徹底清理焊接影響區(qū)，并使用熱縮膠帶防止外露鋼面腐蝕。陽(yáng)極內(nèi)表面和端面應(yīng)涂有厚度100μm以上的浸沒(méi)級(jí)環(huán)氧涂層，陽(yáng)極外表面應(yīng)無(wú)涂層等物質(zhì)。

4

常用管道性能比較

由于長(zhǎng)期在高鹽高濕的強(qiáng)腐蝕環(huán)境中服役，海底隧道的排水系統(tǒng)需要選擇對(duì)海水??具有優(yōu)良抗腐蝕性能的材料，特別是對(duì)于難以通行的跨海軌道交通隧道。維護(hù)和修理。國(guó)內(nèi)海底隧道工程中常見(jiàn)的排水管有內(nèi)外覆塑復(fù)合管、襯塑鋼管、316L不銹鋼管、內(nèi)外覆塑復(fù)合鋼管等。

01

內(nèi)外覆塑復(fù)合管

內(nèi)外覆塑復(fù)合管是以鋼管為基體，在其上熔化一層厚度為0.5~1.0mm的聚乙烯（PE）和乙烯-丙烯酸共聚物。鋼管內(nèi)外壁采用噴涂或滾壓方式。（EAA）、環(huán)氧樹(shù)脂（EP）、聚丙烯（PP）等有機(jī)化合物組成的鋼塑復(fù)合管材。

這種管材具有耐海水腐蝕性好、承壓性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年。但由于內(nèi)外防腐涂層厚度較薄，在實(shí)際應(yīng)用中，管道涂層剝落，法蘭接口處涂層被螺栓擠壓破壞，會(huì)導(dǎo)致管道失去防腐性能。腐蝕能力。此外，產(chǎn)品的防腐性能受生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的影響，差異較大。

廈門(mén)翔安隧道采用這種管材，以螺紋鋼管為基材，內(nèi)外噴涂300~400μm環(huán)氧樹(shù)脂涂層。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前管道整體使用良好，管道外壁無(wú)明顯腐蝕，個(gè)別涂層受損部位僅有輕微腐蝕。

02

襯塑鋼管

襯塑鋼管是以鋼管為基礎(chǔ)，去除內(nèi)壁焊肋后，內(nèi)襯與鋼管內(nèi)徑相同的聚乙烯（PE）管，最后加壓加熱一定時(shí)間成型復(fù)合管。這種管材的內(nèi)襯層較厚，價(jià)格適中，可避免管材內(nèi)防腐層薄而導(dǎo)致涂層剝落和損壞。但由于成品襯塑鋼管沒(méi)有外防腐層，后期需要涂防腐漆。在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這種管材的外防腐效果一般，需要定期維護(hù)檢查。

青島膠州灣隧道排水管道采用凝聚式襯塑鋼管，以無(wú)縫鋼管為基材，凝聚式內(nèi)襯PE管，并涂有防腐漆。目前整體效果不錯(cuò)，但需要定期檢查維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)找管道連接。管道外壁防腐漆未涂到位的地方有局部腐蝕。

03

316L不銹鋼管

316L不銹鋼管具有很強(qiáng)的耐腐蝕性和耐高壓性，管材本身具有防腐能力，無(wú)需涂層。316L不銹鋼管在海水中的腐蝕速率低于0.002mm/a，并且隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕速率范圍減小，在海洋環(huán)境中可以抵抗腐蝕。同時(shí)，316L不銹鋼管可切割、焊接、維修方便，承壓性能好，但價(jià)格昂貴，遇海水浸有點(diǎn)蝕。

翔安隧道污水泵房個(gè)別排水管采用316L不銹鋼管，其耐腐蝕性明顯強(qiáng)于碳鋼和304不銹鋼。

04

內(nèi)襯外涂層復(fù)合鋼管

內(nèi)襯外涂層復(fù)合鋼管是一種內(nèi)外涂塑鋼。包覆橡塑（一般為PE），使其自成管殼，厚度達(dá)到襯塑效果。塑料外殼流入并與外部鋼管隔開(kāi)，避免鋼管被海水浸蝕。其外涂層與普通內(nèi)外涂塑鋼管相似，可采用增強(qiáng)T3PE或普通外涂環(huán)氧樹(shù)脂處理。

這類(lèi)管材的優(yōu)點(diǎn)是：內(nèi)涂層厚度可達(dá)3.0~4.0mm，形成獨(dú)立的管體，防腐層不會(huì)因收縮率與線膨脹系數(shù)之差；外涂層：該層采用三層結(jié)構(gòu)的PE，底層采用對(duì)金屬具有良好附著力的環(huán)氧樹(shù)脂。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)外覆塑復(fù)合管采用環(huán)氧樹(shù)脂防腐層。由于防腐層的韌性不如聚乙烯材料，在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中容易受到?jīng)_擊、碰撞、切割和損壞，損壞管道表面。點(diǎn)會(huì)逐漸擴(kuò)大成腐蝕面，防腐效果大打折扣。使用幾年后會(huì)生銹。因此，海底隧道工程的設(shè)計(jì)應(yīng)注意加強(qiáng)外部防腐設(shè)計(jì)，然后在環(huán)氧涂層的外層涂上聚合物。乙烯基涂層，在環(huán)氧層上增加一層保護(hù)，增強(qiáng)防腐效果的持久性。

以上四種管材的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：

內(nèi)外覆塑復(fù)合管

價(jià)格：644元/米

優(yōu)勢(shì)

管道內(nèi)外耐海水腐蝕；低價(jià); 良好的承壓性能；設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)達(dá)30年

缺點(diǎn)

內(nèi)外涂層較薄，實(shí)際應(yīng)用中存在涂層剝落現(xiàn)象；法蘭接口處的涂層應(yīng)被螺栓擠壓破壞，失去防腐能力；產(chǎn)品的防腐性能受生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的影響，差異較大

縮合襯塑鋼管

優(yōu)勢(shì)

管道內(nèi)襯較厚，內(nèi)部耐海水腐蝕較好；價(jià)格適中；承壓性能好；設(shè)計(jì)壽命可達(dá)30年

缺點(diǎn)

成品管道無(wú)外防腐，后期需涂防腐漆。工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，外部防腐效果一般，需要定期維護(hù)檢查。

316L不銹鋼管

優(yōu)勢(shì)

管材本身耐腐蝕，無(wú)需涂層，在海洋環(huán)境中耐腐蝕；可切割、可焊接、易于維護(hù)；良好的承壓性能

價(jià)格：1073元/米

缺點(diǎn)

在海水浸蝕中，有點(diǎn)蝕；昂貴的

內(nèi)襯外涂層復(fù)合鋼管

優(yōu)勢(shì)

管道內(nèi)外耐海水腐蝕；管道內(nèi)的塑料涂層可有效避免海水浸蝕；承壓性能好；設(shè)計(jì)壽命可達(dá)30年

價(jià)格：1000元/米

缺點(diǎn)

更高的價(jià)格；無(wú)海底隧道應(yīng)用案例

3

總結(jié)和建議

(1）隨著新技術(shù)、新設(shè)備、新材料的應(yīng)用，海底隧道排水系統(tǒng)的防腐性能應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，達(dá)到輕維護(hù)、少維護(hù)的目標(biāo)。隧道穩(wěn)定性高 完善排水系統(tǒng) 抗腐蝕對(duì)提高隧道使用壽命、控制投資成本、便于運(yùn)維管理具有重要作用。

（2）海底隧道兩端近海域的地下水離子含量差異很大，尤其是分級(jí)升級(jí)的排水系統(tǒng)，更應(yīng)考慮排水管道的防腐要求。與水質(zhì)相結(jié)合。

（3）對(duì)于涂層防腐管，由于焊接鋼管的接頭位置是腐蝕的薄弱點(diǎn)，建議用無(wú)縫鋼管代替焊接鋼管，接頭應(yīng)進(jìn)行維修以防止腐蝕。

（4）排水管要選擇耐腐蝕性好、施工方便、價(jià)格合理的材料，同時(shí)還要考慮到排水系統(tǒng)的重要性。