穿越工程概况
盾构穿越工程隧道内径6.8m，盾构隧道内敷设三根管道，一根X80M直缝埋弧焊钢管，两根D1422×32.1mm X80M直缝埋弧焊钢管。防腐采用3LPE加强级外防腐层，补口采用粘弹体+外护层。
隧道内管道布置图
设计范围
免维护设计范围包括隧道和竖井本体、管道本体、管道及钢构件的防腐蚀、焊接、检测、仪表、通信等相关内容，本文件为防腐和阴极保护的的相关内容，其他内容略去。免维护的设计思路是从理论分析、现场试验、现场应用等方面论证推荐方案的可行性，真正保证30年免维护设计。
在役隧道情况调查
对国内在役隧道进行调查，总结经验，为本工程的设计提供参考依据。
防腐层点状损伤漏点
所有管卡固定螺栓表面有轻度锈蚀，少数表面中度锈蚀。
管卡螺栓表面锈蚀
管道补口失效照片
调查结果
1）红花套和延水关隧道最初都采用热收缩带进行补口，检查发现热缩带基本全部密封失效，证明在材料和施工无法保证质量的情况下热收缩带不合适用于隧道内管道补口；
2）粘弹体加外缠带（聚丙烯或者PVC）的补口结构，总体来说防腐效果不错。但延水关隧道PVC缠带出现翘边、松落等情况，可进一步改进该补口结构，使之达到更好的保护效果；
3）管卡（红花套隧道除外）和管片螺栓都没有进行防腐，普遍存在被腐蚀问题，个别腐蚀情况较为严重，建议对其进行防腐处理；
4）隧道完全充水后，管道及钢构件在水下环境稳定，氧气浓度低，腐蚀速率变慢，有利于管道、钢结构等防腐。
管道防腐设计方案寿命分析
本工程隧道采用泡沫混凝土填充，运行一段时间后隧道内会有水渗入，管道防腐及补口按照较为苛刻的环境进行设计。
直管防腐层
盾构穿越工程管道外防腐层采用常温加强级三层结构聚乙烯防腐层（3LPE）。
（1）理论分析。a、海管寿命扩展项目曾采用水下机器人进行了大量的检测工作，结果显示服役超过20-30年的海管外防腐层仍然保持较好的状态，而且牺牲阳极的消耗速率远远小于设计值。b、80年代实验室试验和理论评估和Total2004报导显示，当涂层剥离区填充静止海水时，腐蚀能够通过有效的阴极保护避免。c、正确的表面处理方式对涂层的可靠性至关重要，合理的酸洗工艺可以保证涂层的可靠性。d、基于阴极剥离测试结果建立失效时间与电流密度的模型，在现有阴极保护设计的条件下，送样涂层寿命高于50年。e、基于热氧稳定性的材料寿命模型推算表明，对于海峡管道运行温度下，聚乙烯和胶的热氧稳定性最低技术指标满足国标GB/T23257的要求，材料的老化寿命大于50年。
（2）类似隧道工程应用。西气东输某隧道已运行运营6年多时间，检测也未发现3LPE防腐层出现失效等问题。另外，国外海管寿命扩展项目检测结果显示服役超过20-30年的海管外防腐层仍然保持较好的状态。
（3）分析结论。根据以往隧道工程的应用情况，结合局课题《海洋管道50年寿命关键技术研究》的研究成果，在严格控制聚乙烯原料的质量、环氧粉末玻璃化转变温度、选用合理的酸洗生产工艺、以及采取有效的阴极保护的前提下，盾构穿越工程管道外防腐层采用3LPE可满足30年的设计寿命要求。
管道补口
盾构穿越工程管道防腐补口采用粘弹体加外护层的结构进行防腐密封。
（1）理论分析。1988年在德国BASF公司、壳牌石油的共同支持下，开发出了密封性和粘接力极为优异的粘弹体防腐材料，粘弹体防腐材料是一种聚烯烃类单分子聚合物，可保持30年以上而不固化，长期密封性能极好，可彻底阻断水份侵入，在管道和电缆穿墙防水防水领域成功应用30年以上，在防腐领域成功应用10年以上。
（2）试验测试。壳牌石油公司和沙特国家石油公司的长期跟踪测试和应用证明，粘弹体防腐材料是一种优异的防腐材料，现场施工简单方便，能够彻底阻断水份和空气，使用寿命长达30年以上。荷兰国家聚合物研究中心经过测试，证明粘弹体的使用寿命可达35-40年。
粘弹体寿命测试报告
（3）类似隧道工程应用。西气东输某隧道已运行运营6年多时间，检测也未发现补口出现失效等问题。
（4）分析结论。根据以往隧道工程的应用情况，结合壳牌石油公司和沙特国家石油公司的长期跟踪测试和应用证明以及荷兰国家聚合物研究中心的测试成果，在严格控制原料的和施工质量、以及采取有效的阴极保护的前提下，管道补口可满足30年的设计寿命要求。
钢构件防腐设计方案寿命分析
盾构穿越工程隧道内钢构件采用自硫化防腐密封液体橡胶进行防腐密封。
理论分析
自硫化防腐密封液体橡胶由一种改性的液态橡胶、特殊的粉料及防腐助剂构成，是一种双组份常温硫化型橡胶类粘稠液体，在使用状态下是一种稳定的交联结构，能够形成不溶的立体交联网络，分子间空隙是较小，具有极好的气密性，他对水汽、对氧气的气体渗透率是聚乙烯等的十分之一，不会受到水分子的渗透，在水中应用应该具有更长的使用寿命。
现场试验
在人工海水中浸泡250天，没有任何起泡、脱落、龟裂及锈蚀，撕开涂层盲板光亮如新。
浸泡250天后的阀门
2018年3月中国石油天然气股份公司管道分公司管道科技研究中心对改材料进行了第三方检测，检测结果较为理想，90天耐化学介质浸泡效果优于粘弹体，与混凝土和锈蚀钢板的粘结力都优于粘弹体。
第三方检测报告
现场应用
目前该材料主要用于城市燃气潮湿的地井阀门防腐密封，地井内常年处于水汽交替侵蚀、温度昼夜变化的状态。自硫化防腐密封液体橡胶以其优良性能成功地解决了地井阀的防腐问题。
地井阀门应用两年后的效果
该材料具有常温流动性，能够很好地渗透螺栓的螺纹，固化后呈现橡胶的软弹性，起到很好的密封防腐作用，成功地解决了螺栓的防腐问题。
螺栓防腐效果
分析结论
根据以往工程的应用情况，结合局课题《管道支撑钢构连接件腐蚀预测与防护技术研究》的研究成果，并根据浸泡加速试验推测，本工程隧道内的钢构件采用自硫化防腐密封液体橡胶防腐可满足30年的设计寿命要求。
管道及钢构件阴极保护设计方案寿命分析
隧道内管道采用强制电流阴极保护，阳极地床选用柔性阳极铺设在泡沫混凝土中，管道支撑钢结构采用牺牲阳极保护。
理论分析
（1）牺牲阳极保护。局课题《管道支撑钢构连接件腐蚀预测与防护技术研究》针对于不同涂漆防腐材料以及粘弹体防腐材料对管卡及螺栓阴极保护效果的影响、牺牲阳极的垂直和水平位置对管卡及螺栓阴极保护效果的影响、牺牲阳极水平分布对管卡及螺栓阴极保护效果的影响等方面进行数值模拟研究。
数值模拟
（2）强制电流保护。通过BEASY CP对隧道内管道的保护电位及电流密度的大小和分布进行数值模拟，并将数值模拟结果与实际结果进行对比验证数值计算结果的准确性，优化设计方案。
隧道内管道的阴极保护电位分布图
类似隧道工程应用
北江和钱塘江隧道的管卡和螺栓采用了牺牲阳极进行保护，总体来说保护效果较好。
中国石化金陵石化物料管道穿江工程采用盾构隧道，该项目建设一条内径为3080mm盾构隧道穿越及盾构内11条管道安装。隧道内管道采用强制电流阴极保护，该项目于2014年投产运行，目前管道保护状况良好。
分析结论
根据以往隧道工程的应用情况，局课题《管道支撑钢构连接件腐蚀预测与防护技术研究》的研究成果，在严格保证钢构件防腐质量、以及采取有效的牺牲阳极保护的前提下，盾构穿越工程管道钢构件可满足30年的设计寿命要求。
根据计算机模拟和金陵石化穿江工程的应用情况，在保证管道防腐及补口质量以及采取有效的强制电流阴极保护的前提下，盾构穿越工程管道可满足30年的设计寿命要求。
注：由于涉密原因，本文未能体现免维护全部的设计思路。