冯天强

（剑阁县建设工程造价管理站，四川 广元 628317）

0 引言

市政管道是城市基础设施的重要组成部分，为全球亿万人提供供水和卫生服务。截至2019年底，我国城市排水管道长度已达到80万km[1]。这些管道位于地下，有的环境十分恶劣，随着时间的推移，会老化并出现各种缺陷，例如泄漏、裂缝和腐蚀。

使用传统的明挖方法修复管道，不仅成本高昂、破坏市政面貌，而且工期长。该方法可能会导致交通中断、国有资产浪费和民众生活不便。非开挖修复方法使用专用设备从内部修复管道，为修复市政管道提供了一种替代方法，该方法可以更快、更具成本效益并且对周围环境的破坏性更小。该方法由于具有优于传统开挖方法的优势，越来越多地用于管道修复[2]。本文以对比的方式对非开挖修复技术优点进行剖析，并介绍其发展方向。

1 市政管道系统概述

1.1 市政管道系统的种类

市政管道系统是为城市人口提供基本服务的重要基础设施，包括供水和卫生设施。该系统可分为两大类：配水系统和下水道系统。

配水系统由管道、阀门和消防栓组成，将饮用水从处理厂输送到消费者，包括住宅、商业和工业用户。可以进一步分为将水从处理厂输送到配水管网的输水干管和将水输送给消费者的配水干管。

下水道系统由管道网络、检修孔和提升站组成，用于收集和输送来自家庭、商业机构和工业的废水到处理厂。可以进一步分为重力下水道和压力下水道，前者依靠重力输送废水，后者用泵输送废水。

1.2 市政管道系统的常见问题

随着时间的推移，因土壤位移、温度变化和腐蚀等环境因素以及水压、流速和沉积物堆积等运行因素，将导致市政管道系统出现泄漏、腐蚀、堵塞和结构损坏等问题。

（1）泄漏：由于裂缝、堵塞、接头失效或腐蚀，可能会发生漏水，导致失水、低压、产生气味和水质问题，危害健康和环境污染。

（2）腐蚀：由于管道材料与周围环境之间的化学反应，可能会发生腐蚀，从而导致管道变薄、结构弱化和失效。

（3）堵塞：由于沉积物、碎屑或油脂的积累，可能会发生堵塞，导致流量降低、回流和溢出。

（4）结构损坏：由于外力（例如土壤移动或施工活动）或内力（例如液压或振动）引起结构损坏，导致管道坍塌、变形或分离。

1.3 维护和修复市政管道系统的重要性

维护和修复市政管道系统对于确保安全饮用水的持续供应和有效的废水处理至关重要。管道出现泄漏、腐蚀、堵塞和结构损坏等问题会导致失水、低压、水质问题和环境污染。对市政管道进行适当的维护和修理也有助于延长系统的使用寿命，并减少日后进行昂贵更换的成本。

2 管道传统明挖修复方式和非开挖修复方式的对比

市政管道维护保养的方法有传统的管道明挖修复法，还有先进的非开挖修复方法。

2.1 传统明挖修复方式的缺点

传统的管道修复明挖方法包括挖掘管道以接近损坏的部分，然后用新的管道部分去替换。该方法有如下几个缺点：

（1）市容破坏：挖掘管道会导致交通中断、财产损失、民众生活不便以及环境干扰。

（2）工期长，造价成本高：由于需要进行挖掘、场地恢复和交通控制，明挖方法非常耗时，会导致更长时间的服务中断，工期长，造价成本较高。

（3）条件限制：在某些位置，例如建筑物下方、道路或河流，无法进行明挖施工。

2.2 非开挖修复施工的优点

2.2.1 降低塌陷和倒塌的风险

非开挖修复的主要安全优势之一是能显著降低塌陷和倒塌的风险。传统的开挖方法需要开挖大面积的土体，这会削弱土体结构并增加坍塌的风险。相比之下，非开挖修复在不开挖的情况下修复现有管道，消除工人进入深沟或挖掘的需要，降低了塌陷和倒塌的风险。

2.2.2 降低工人受机械损伤的风险

非开挖修复的另一个显著安全优势是降低工人受伤的风险。由于需要重型机械和设备，以及需要在密闭空间内工作，传统的挖掘方法对工人来说可能很危险。滑动衬砌等非开挖修复方法需要更少的工人和设备，从而降低了与重型机械相关的受伤风险。此外，工人不需要进入深沟或挖掘，减少了在密闭空间工作时受伤的风险。

2.2.3 降低环保风险

传统挖掘方法需要挖掘大面积的土体，有可能会向环境中释放有害化学物质，例如原有管道的保温物质，如石棉等，而非开挖修复却降低了传统挖掘方法相关的环保风险。

2.2.4 降低交通事故风险

传统的挖掘方法通常需要封闭或改变道路，增加了发生交通事故的风险。水平定向钻孔（HDD）等非开挖修复方法不需要封闭道路，不会因为施工而造成城市拥堵，从而降低了交通事故的风险。

2.2.5 减少对居民生活区的干扰

非开挖修复方法显着减少了地下基础设施维修或更换过程中对居民生活区的干扰，特别是机械噪音和光污染。

3 市政管道非开挖修复技术的类型及其各自的优势

非开挖技术是无需开挖或挖沟即可修复地下管道的方法。近年来，该技术因其能够最大限度地减少对周围环境的破坏、降低成本和缩短维修时间而受到欢迎。非开挖技术可分为管道内衬法、裂管法、滑动衬砌法和定向钻孔法四大类。

3.1 市政管道非开挖修复技术的分类

3.1.1 管道内衬法

将新内衬插入现有管道并就地固化，以此在旧管道内创建新的无缝管道。管道内衬方法有多种类型，包括原位固化法（CIPP）、喷涂内衬和拉入内衬。

（1）原位固化法(CIPP)将柔性内衬插入现有管道并用空气或水对其充气以符合旧管道的形状[3-4]。然后使用热量、紫外线或蒸汽将内衬固化到位，以在旧管道内形成新的无缝管道[5]。CIPP适用于直径从2～120英寸的管道，可用于修复由多种材料制成的管道，包括混凝土、黏土、PVC和铸铁。

（2）喷涂内衬法将液态聚合物喷涂到现有管道的内部，以形成新的无缝内衬。聚合物就地固化形成坚硬、耐用层，而且耐腐蚀和磨损。喷涂内衬适用于直径从1～120英寸的管道，可用于修复由多种材料制成的管道，包括混凝土、黏土、PVC和铸铁。

（3）拉入式衬砌将内衬插入现有管道并使用绞车或液压系统将其拉入到位。然后将内衬充气并固化到位，以在旧管道内形成新的无缝管道。拉拔内衬适用于直径范围为2～24英寸的管道，可用于修复由多种材料制成的管道，包括PVC和HDPE。

3.1.2 裂管法

打破现有管道并将新管道拉入同一位置，从而破碎旧管道并创建一个新的、更大直径的管道。裂管法适用于直径为6～48英寸的管道，可用于替代多种材料制成的管道，包括混凝土、黏土、PVC和铸铁。

裂管法是将爆破头插入现有管道并使用绞车或液压系统将其拉过管道。爆破头将旧管道破碎成小块，并将其推入周围的土体中，然后将一根新管道拉到爆破头后面的位置，形成一条新的无缝管道。

3.1.3 滑动衬砌法

将新管道插入现有管道并使用绞盘或液压系统将其滑入到位，从而在旧管道中创建一个新的、直径更小的管道。新管道通常由PVC、HDPE或玻璃纤维制成，设计得比现有管道略小。然后用灌浆或水泥材料填充两根管道之间的空间，以提供结构支撑并防止地下水渗入。

滑动衬砌法适用于直径范围为6～96英寸的管道，可以用于修复由各种材料制成的管道，包括混凝土、黏土、PVC和铸铁。

3.1.4 定向钻孔法

在地下钻孔并安装新管道而不影响地面。这种方法对于在道路、河流、建筑物等障碍物下安装管线特别有用。

定向钻孔使用配备有定向引导系统的钻机在地下钻一个导向孔。导向孔完成后，使用铰孔工具将孔扩大到所需直径。然后通过扩大的孔将新管道拉入到位。

3.2 四类非开挖技术对比

管道内衬法是修复中度损坏或腐蚀管道的常规选择，而裂管法则更适合更换严重损坏或塌陷的管道。对于状况良好但有泄漏或其他轻微损坏的管道，滑动衬砌法是一个合适的选择。定向钻孔法是在障碍物下或环境敏感区域安装管道的首选。

非开挖技术的选择将取决于多种因素，包括管道类型、损坏程度、管道位置和周围环境。仔细评估这些因素将有助于确定哪种非开挖技术最适合特定的管道维修或更换项目。

4 非开挖修复技术的发展

未来，非开挖修复技术将引入AI、机器人技术、传感器、监控技术以及先进材料，将大大提升市政管道维护保养效益。

4.1 AI和机器人

市政管道非开挖修复技术未来发展的一个领域是AI和机器人技术。机器人技术已经用于一些非开挖修复项目，以提高准确性和效率。例如，机器人可用于在现有管道中精确定位新管道，减少人工干扰和降低误差。

随着机器人技术的不断进步，有可能开发出无需人工输入即可自主操作的机器人。在进行大量实例图片训练后，能自主判断损伤点位和选择修复方案的AI机器人可能会出现。这会大幅度提高维修效率，同时减少对周围环境的破坏。

4.2 传感器和监控

未来发展的另一个领域是传感器和监控技术。传感器技术的进步使实时监控管道状况成为可能，从而可以在潜在问题变得严重之前及早发现。该技术还可用于监测非开挖修复项目的有效性，为改进未来的修复工作提供数据。

随着传感器技术的不断改进，有可能开发出可以嵌入管道材料中的传感器，从而在管道的整个生命周期内提供连续监测。根据监测结果开展主动维护和维修，减少昂贵的紧急维修的需要。

4.3 先进材料

先进材料的开发是市政管道非开挖修复未来发展的另一个领域。碳纤维和玻璃纤维等新材料已被用于非开挖修复项目，以加固和加强现有管道。

随着先进材料的不断开发，有可能开发出更坚固、更耐用的材料，从而减少频繁维修和更换管道的需要。这些材料还可能更好地抵抗腐蚀和磨损，从而延长管道的使用寿命。

5 结束语

总之，除了最大限度地减少对周围环境的破坏和降低成本的优势外，非开挖技术还有可能延长管道的使用寿命。通过在不开挖的情况下修理或更换管道，周围的土体和基础设施不会受到干扰，从而减少未来损坏或腐蚀的可能性。因而非开挖技术是修复市政管道的优选方案。随着这些非开挖技术的不断发展和改进，将成为基础设施维护和维修过程中越来越重要的技术。