关键词：安全；杂散电流危害；埋地天燃气金属管道；防治措施
1 工程情况简介
成都轨道交通8号线十里店站区域与输气处成都作业区所辖的D325龙东线输气管道发生交叉影响，影响区域距离输气管道1.5-4.0米，且站内出口人行通道下穿管道，地铁电力系统杂散电流存在对输气管道安全危害的可能性。
D325龙东线于1994年建成投产，起于龙潭寺阀井止于城东输气站。管道全长约13.5km，管径为D325X9（10），材质为20#无缝钢管，设计压力1.6MPa，采用石油沥青绝缘防腐，原管道无阴保措施。
成都轨道交通8 号线十里店站位于成都市十里店路与东华一路交汇处，车站结构顶板覆土2.2-3.5m，车站总长606m，标准段宽22.1m，站台形式为“岛式”。
十里店站主体结构606m长度范围内对D325龙东线天然气管道存在安全危害的可能性，为保证D325龙东线的安全运行，保障管道沿线用户安全、平稳用气，需要对交叉段管进行保护。
2 杂散电流的危害
城市轨道交通电客车在运营过程中，因轨道绝缘程度的影响，会有少部分电流流散到建筑金属结构中，若对此部分杂散电流无有效的防护措施，长期以往，会对金属结构产生腐蚀。针对距离车站较近的埋地钢制燃气管道的影响主要涉及对人身安全的影响、对管道及其阴极保护设备安全的影响，以及对管道的电化学腐蚀等问题。
2.1对人身安全的影响
杂散电流可能会流散到钢制天燃气管道中，从而使管道包括居民用气管道带电，若该电流较大，可能使用户触电，产生恐慌，危及生命安全，甚至可能产生电火花引起火灾。
2.2对管道安全的影响
在管道的金属表面一般都会敷设防腐层，具有较高电阻，以防止土壤中有害物质腐蚀金属管道。但管道运营时间较长，在管道的焊缝处可能存在薄弱环节，杂散电流流入管道，从而产生电化学腐蚀，管道变薄，防腐层破坏，焊缝漏气，若有电火花可能引起爆炸。
2.3对管道阴极保护设备影响
在管道上设置阴极保护设备是为避免防腐层漏敷及破损处的金属表面产生腐蚀。管道上产生的电流，可能干扰强制电流阴极保护的恒电位仪和牺牲阳极阴极保护的牺牲阳极的正常工作。
3 防护措施
针对此种可能的危害，成都轨道交通8号线工程对D325龙东线天然气管道十里店站区段及附近实施了防护措施，主要有三个防护措施：对管道进行补强防护；对管道进行排流防护；对地铁自身杂散电流腐蚀防护采取更高的防护措施。
3.1对管道进行补强防护
对影响段输气管道全线进行无损检测，防腐层进行电火花捡漏并采取补强措施，同时对影响区域在施工期间进行全程监测。具体保护方案如下：
管底以上管沟开挖（同时进行管道编织袋保护）—拆除编织袋保护—对管底以下沟底开挖—清洗管道—焊缝检测—电火花检测补伤—热收缩带包裹加强防腐—地貌回填恢复。
3.1.1管沟开挖
因本工程是在D325龙东线附近施工，因此施工必须进行人工开挖，开挖管沟放坡系数为1:0.65，管沟深度为管底下0.3米；管沟开挖底宽1.5米，平均开挖深度为2.0米；为保证穿越段管道外防腐层的完整性，要保证管沟开挖时对管道的保护工作，首先进行管道底以上管沟人工开挖，当管道开挖漏管后，用编织袋装细沙全包围管道进行保护。开挖完成，拆除编织袋，将沿线管道稳固后，人工开挖管道下方土。管道下方开挖完成后及时拆除编织袋保护。
3.1.2焊缝检测、加强防腐
（1）拆除编织袋保护后，及时对管道进行清洗。之后对交叉影响段管道的焊缝进行100%射线检测及超声波检测。检测标准达到《石油天然气钢质管道无损检测》（SY/T4109-2013）II级为合格。如焊口质量达不到相关规范要求，则需使用补强套筒采取补强措施。对于无法进行射线检测和超声波检测的部分采用渗透检测。
（2）焊缝质量检测合格后，对原管道焊口处防腐层有可能出现的破损进行恢复。管道焊口外防腐恢复采用三层辐射交联聚乙烯热收缩带虾米状连续搭接包覆，热收缩带之间防腐搭接长度不小于80mm，防腐满足《钢质管道聚乙烯胶粘带防腐层技术标准》（SY/T0414-2007）的相关规定。
（3）三层结构聚乙烯防腐层的现场补伤采用辐射交联聚乙烯补伤片。对小于或等于30mm 的损伤，损伤处未露管材，直接采用辐射交联聚乙烯补伤片修补。若损伤处露管材，除锈后先采用环氧树脂涂刷，然后用补伤片补伤。补伤片的大小保证其边缘距聚乙烯层的孔洞边缘不小于100mm。贴补时边加热边用辊子滚压或戴耐热手套用手挤压, 排出空气, 直至补伤片四周胶粘剂均匀溢出。对大于30mm 的损伤, 按上述的规定贴补伤片，然后在修补处包覆一条热收缩套, 包覆宽度比补伤片的两边至少各大50mm。
（4）加强防腐完成后，对输气管道防腐层再次进行100%的外观检查、 100%电火花检漏，如有破损或针孔及时修补。检查合格后进行回填。
3.1.3细沙回填
监测完成合格后对管沟进行回填。
回填时先用细土回填至管顶以上0.3米，再用土、砂或粒径小于100mm的碎石回填，并分层夯实，管沟回填土应高出地面0.3m。
3.1.4管道PCM检测
回填后必须对防腐层做好PCM及管道完整性进行检查，有漏点必须处理。检测长度均应超出涵沟两端各2米。
3.1.5地貌恢复
涵沟施工完成后及时按原地貌进行回填恢复。
3.2对管道进行排流防护
管道通过接地排流方式泄放管道上的有害杂散电流。牺牲阳极可被用作接地排流方式中的一种有效接地体。
当采用牺牲阳极作为接地体时，正好将阴极保护和直流排流结合到一起，同时满足了两者的需要。因此，利用牺牲阳极同时实现阴极保护和直流排流。
牺牲阳极选用ZR-2型带状高纯锌，截面尺寸为15.88×22.22mm，相关参数见下表。
ZR-2型带状高纯锌牺牲阳极的参数
.png)
3.2.1牺牲阳极排流的设置
（1）牺牲阳极设置位置
影响范围内两侧各设置一处牺牲阳极，共设置两处。
（2）牺牲阳极设置要求
每处牺牲阳极的设置数量根据不同管径予以确定，管道每处设置50m锌带；
（3）管道极化探头设置
在所有电位测试桩中配备极化探头，以精确测量阴极保护无电压降电位。同时选取个别典型桩埋设腐蚀检测金属试片，以定期评价阴极保护效果。
采取对原测试桩安装处，设置均带极化探头的智能补液型测试桩。
3.2.2牺牲阳极的施工
（1）带状高纯锌的施工
牺牲阳极采用带状高纯锌，阳极截面尺寸及其它性能指标应符合上表要求，阳极带通过测试桩与管道连接。牺牲阳极与管道之间，设置单向导通开关，避免电流的逆转。
（2）牺牲阳极测试桩要求
测试桩采用2.5m长φ108×4钢管制作，地下长度1m与混凝土基墩连接固定，地上部分1.5m。测试桩电缆采用VV-0.6/1 1×10mm2电缆，电位桩采用2线式测试桩。电缆与管道连接采用铜焊。
电缆与管道连接后，防腐层修补采用粘弹体防腐材料对缺陷处贴补后，再外缠与之配套的聚丙烯胶带。
（3）智能补液型测试桩的设置要求
为了便于测试管道的真实电位，原测试桩的安装处，增设极化探头，设置智能补液型极化探头测试桩，安装见下图。
.png)
3.3对地铁自身杂散电流腐蚀防护采取更高的防护措施
目前，地铁工程杂散电流的防护设计采用“以堵为主，以排为辅。堵排结合，加强监测”等一系列措施。
“堵”-源控法。源控法就是隔离、控制所有可能的杂散电流泄露途径，减少杂散电流进入地铁的主体结构、设备及其相关的设施。根据理论研究，杂散电流值与列车到牵引变电所距离的平方成正比；与回流走行轨纵向电阻成正比；与牵引电流成正比；与走行轨的对地过渡电阻成反比。目前地铁采用了很多有效方法，很多新方法也在不断被提出来并应用于实践。（1）在可能的情况下，设计时可适当缩短变电所的位置。（2）减小机车取流量，牵引网采用双边供电，提高直流牵引电压。（3）加强走行轨对地绝缘，增大轨道对主体结构的过渡电阻。（4）保持牵引回流通路顺畅，安装均流电缆，设法降低走行轨的电阻值。（5）采用隔离法，减少杂散电流的蔓延。
“排”-排流法。排流法就是通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回至牵引变电所负母线的通路，防止杂散电流继续向本系统外泄露，以减少腐蚀。
成都地铁工程已经按照设计原则采取了以上“堵”、“排”一系列措施，但还有进一步加强的空间。根据杂散电流值与回流走行轨纵向电阻成正比的理论，可以采取用电缆并联走行轨的措施将电阻进一步降低，从而减少杂散电流值。
龙东线输气管道D325天然气管线与地铁8号线一期线路在“东郊记忆站至十里店站区间”并行区段约2公里。在东郊记忆站至本期工程终点上下行分别用1根低烟无卤阻燃1500V-1*240电缆与钢轨并联，并联电缆沿区间环网电缆支架敷设，每400m将240mm2电缆与钢轨并联一次，钢轨与电缆采用胀钉连接。
.png)
因电缆的电阻远远低于钢轨的电阻，并联后整体电阻将进一步降低，牵引回流通路顺畅，杂散电流减少，从而杂散电流的防护得到进一步的加强。
4 结语
综上，地铁电客车在运营过程中产生的杂散电流是一种有害的电流，会对埋地金属天燃气管道造成危害，进而影响人身安全、设备安全、管道安全，必须加以治理，通过对金属天然气管道本身加强防护，对管道上可能的杂散电流进行排放，对地铁工程本身采取更强的防护措施，达到了最大限度减少杂散电流对金属天然气管道的危害影响。
参考文献：
[1]李明.地铁杂散电流防护研究[J].轨道交通现代化，2002,12（4）：23-25.
[2]高敬宇，易友祥.地铁杂散电流的分析[J].天津理工学院学报，1996,12（3）：52-55.
[3]马洪儒.北京地下地下铁道的杂散电流腐蚀与防护[J].城市轨道交通，1990（1）：11-19
[4]王维斌.油气长输管道阴极保护技术及工程应用[M].中国石化出版社,2018.
[5] 俞蓉蓉.地下金属管道的腐蚀与防护[M].石油工业出版社,1998.
[6]胡士信.阴极保护手册[M].北京:化学工业出版社,1999.
论文作者:王兴勇
论文发表刊物:《建筑实践》2020年01期
论文发表时间:2020/4/27
标签：管道论文; 电流论文; 阳极论文; 防护论文; 阴极论文; 牺牲论文; 地铁论文; 《建筑实践》2020年01期论文;