余雪兵，褚俊英，張禮兵，王春懿

（1.合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009；2.中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100044 ；3.中建水務(wù)環(huán)保公司，北京 100037）

1 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市規(guī)模越來越大，對于城市管網(wǎng)的布局及輸送能力不斷提出了新的要求。同時管網(wǎng)自身也面臨著諸多問題，如管道腐蝕及結(jié)垢影響過流能力，地表施工及城市發(fā)展引起的地面不均勻沉降而導(dǎo)致管道破裂，加上部分管道達到預(yù)期使用壽命需進行修復(fù)更新。因此，不斷對城市管網(wǎng)進行修復(fù)及改造是我國城市現(xiàn)代化建設(shè)的必要的任務(wù)。

傳統(tǒng)的開挖修復(fù)方法雖然施工簡便，但由于城市的發(fā)展，開挖修復(fù)受到的限制越來越多，同時對環(huán)境、交通及居民生活造成影響。對社會及環(huán)境影響較小的非開挖修復(fù)方法逐漸發(fā)展起來。非開挖修復(fù)技術(shù)于二十世紀80 年代在西方國家興起，在歐洲、日本及美國飛速發(fā)展，已經(jīng)在很多國家開始得到實踐應(yīng)用。1986 年國際非開挖技術(shù)協(xié)會在英國成立，推動非開挖技術(shù)理論與方法的研究成為關(guān)注熱點。美國在二十世紀九十年代就將非開挖修復(fù)技術(shù)列入其國家研究計劃中，同時英美等國家設(shè)立了非開挖修復(fù)相關(guān)技術(shù)的研究機構(gòu)。我國非開挖技術(shù)相較于西方發(fā)達國家起步較晚，但隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，城市建設(shè)加快了腳步，非開挖修復(fù)技術(shù)在市政工程中得到應(yīng)用。然而由于對非開挖技術(shù)認識不足或因為缺乏技術(shù)及成本過高等原因，非開挖技術(shù)在實際工程中運用的比例較低。因此提升對城市管網(wǎng)修復(fù)技術(shù)的認識，重視非開挖技術(shù)的相關(guān)研究應(yīng)用與人才培養(yǎng)，是我國城市管道修復(fù)行業(yè)未來發(fā)展必須要注意的問題。

2 管道修復(fù)的技術(shù)特征分析

2.1 開挖修復(fù)技術(shù)

管網(wǎng)開挖修復(fù)需對修復(fù)管段進行溝槽開挖，修復(fù)完成后需要進行回填，一般適用施工場地開闊，對行人及交通影響小的情況。開挖修復(fù)作為目前管網(wǎng)的主要修復(fù)方法，常用的開挖修復(fù)有纏繞、夾板、管箍、焊接、粘結(jié)及更換管段等方法，見表1。

作為傳統(tǒng)的修復(fù)方法，開挖修復(fù)技術(shù)成熟，施工難度低，對施工人員技術(shù)要求不高，目前仍是管網(wǎng)修復(fù)的主要方式。但傳統(tǒng)的開挖修復(fù)也存在著一些問題，如城市供水管網(wǎng)為有壓管道，更容易發(fā)生漏損情況，纏繞、夾板、管箍等方法可以迅速有效地處理供水管網(wǎng)的漏損及爆管問題，然而此類方法并不能長久地解決管道老化及腐蝕導(dǎo)致的管道結(jié)構(gòu)強度降低、漏損及爆管問題越來越嚴重的問題。對于開挖修復(fù)方法，若想長久解決該類問題，只能采用更換管道的方法，其成本一般較高。

2.2 非開挖修復(fù)技術(shù)

非開挖修復(fù)技術(shù)，即是在管道修復(fù)時采用特殊的方法和設(shè)備，不開挖或極少開挖溝渠，完成對管道的修復(fù)，基本不會對社會和環(huán)境造成影響，屬于環(huán)境友好的施工技術(shù)。目前非開挖修復(fù)技術(shù)方法比較多，常用的非開挖修復(fù)方法及其適用條件見表2。

非開挖修復(fù)技術(shù)突破了管道所處環(huán)境的限制，只需在需修復(fù)管段兩端開挖兩個工作坑，直接從原管道內(nèi)部進行修復(fù)，解決了城市地下管線修復(fù)時采用開挖修復(fù)面臨的阻礙交通出行、破壞環(huán)境、影響商業(yè)活動及居民的日常生活及工作等難題。因此非開挖修復(fù)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

非開挖修復(fù)技術(shù)與方法根據(jù)修復(fù)原理及功能不同可分為以下幾類：①首先是更換原管道的方法，碎管法作為管道的整體結(jié)構(gòu)性修復(fù)的方法，在原管道需要更換時，可采用該方法，用專業(yè)器械將原管道在地下直接進行破碎并擠壓進入周圍土壤，并將原管道空間擴徑形成新的空間，同時帶入新的管道取代原有管道，新的管徑可以大于原管徑，當原管道不能繼續(xù)使用或希望提升管網(wǎng)輸水能力時可選擇該方法；②其次是添加內(nèi)村管道的方法，如運用較多的穿插法、原位固化法、折疊內(nèi)襯法等技術(shù)，雖然幾種技術(shù)采用的方法和材料不相同，但其核心思想都是將新的內(nèi)襯管道直接安裝到原管道中，用特定的方法伸展固定，讓內(nèi)襯管道成為原管道的一部分，承擔輸水任務(wù)，改善水力條件，此類方法不需要更換管道，主要是針對管道老化腐蝕導(dǎo)致漏損、輸送能力不足及水質(zhì)變差等問題，目前我國非開挖工程中，折疊內(nèi)襯法和縮徑內(nèi)襯法運用最多，二者之和超過總非開挖工程的一半以上，而原位固化法中的紫外線光固化法由于工期短、壽命長、施工限制條件低等優(yōu)點，是近年來的熱門修復(fù)方法；③最后是管道局部修復(fù)技術(shù)，局部修復(fù)是對原管道內(nèi)的局部問題采用“點對點”的修復(fù)手段，主要包括管道的腐蝕、破損、接口錯位等缺陷引起的管道局部漏損；其中噴涂法則主要是針對管道腐蝕問題，改善管道內(nèi)壁水力條件，同時可減少一些管道的滲漏問題。

開挖修復(fù)技術(shù)方法特征 表1

非開挖修復(fù)技術(shù)方法特征 表2

3 管網(wǎng)修復(fù)經(jīng)濟特征分析

從施工技術(shù)特點及限制條件來看，非開挖修復(fù)技術(shù)的適用情況更廣。然而實際情況卻是由于我國非開挖技術(shù)起步較晚，相關(guān)技術(shù)仍不成熟，非開挖修復(fù)技術(shù)的運用比例相對較低，主要在北京、上海、廣州、杭州等大中城市應(yīng)用相對較多，以上海和廣州部分修復(fù)工程為例，其成本比較見表3 及表4。

從以上實例中可以看出非開挖修復(fù)的直接成本整體上高于開挖修復(fù)，且非開挖修復(fù)的成本浮動較大，而開挖方法技術(shù)成熟，成本相對穩(wěn)定。但對于管道修復(fù)的經(jīng)濟比較，還要注意到其他影響因素：①應(yīng)考慮到施工對社會及環(huán)境造成的影響所對應(yīng)的間接成本，如熊露在計算管道修復(fù)成本時，除了考慮管道修復(fù)的直接成本，同時將修復(fù)過程中造成的交通延遲成本及工商業(yè)損失作為修復(fù)工程的社會成本，將揚塵污染和噪聲污染對人體健康造成的損失作為環(huán)境成本，得出開挖修復(fù)方法綜合成本大于非開挖修復(fù)方法；②非開挖修復(fù)的成本受到當前我國非開挖修復(fù)技術(shù)不夠成熟等因素影響，非開挖修復(fù)所使用的材料費、人工費高，尤其購買國外材料及雇傭國外技術(shù)人員，使成本進一步提高；③受管道埋深的影響，開挖修復(fù)的成本有可能大于非開挖修復(fù)的成本。根據(jù)德國某公司提供的管道在不同管徑及埋深所對應(yīng)的成本數(shù)據(jù)，得到成本對應(yīng)埋深的關(guān)系，見圖1?？芍捎瞄_挖方法的成本隨著埋深的增大而顯著增加，而管道埋深對非開挖方法成本影響卻較小。因此對于埋深較大的管道，采用非開挖方法的成本會比開挖方法更低。

4 管網(wǎng)修復(fù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景

上海市某10 段管道修復(fù)成本比較（元/m） 表3

廣州市某6 段管道修復(fù)成本比較（元/m） 表4

圖1 不同管徑的埋深與成本關(guān)系圖

圖2 近年來我國管線非開挖更換和修復(fù)工程量

近年來我國管道開挖修復(fù)技術(shù)已經(jīng)相對成熟，施工成本趨于穩(wěn)定。非開挖技術(shù)快速發(fā)展，采用非開挖技術(shù)改造更新管道的工程量在本世紀初快速增長，見圖2。同時，我國非開挖技術(shù)在實際運用方面也不斷進步，如福建省東辰巖土基礎(chǔ)工程公司使用大口徑三維曲線頂管技術(shù)在電力管道施工中的應(yīng)用，香港國際機場5.2km 水平定向鉆施工案例研究等。此外，近年來由中國地質(zhì)學會非開挖技術(shù)專業(yè)委員會主辦的中國國際非開挖技術(shù)研討會的規(guī)模不斷擴大，吸引眾多國外設(shè)備采購商前來觀展采購，我國非開挖行業(yè)的國際影響力和競爭力得到逐步提升?？偟膩碚f，近年來我國非開挖行業(yè)有著巨大的商機和活力，正在迅速發(fā)展，不斷進行突破和創(chuàng)新。

可以預(yù)見，在城市管網(wǎng)修復(fù)行業(yè)中，開挖修復(fù)方法由于操作簡便、快捷，技術(shù)要求低，仍然會是管道修復(fù)的首選，是管網(wǎng)修復(fù)不可被替代的方法。同時非開挖修復(fù)方法將會迎來更加快速的發(fā)展，尤其是原位固化法有很大發(fā)展空間。對于管道修復(fù)，沒有最好的方法，只有最合適的方法，未來管道修復(fù)發(fā)展方向有以下幾點：

①修復(fù)成本低廉化，管道修復(fù)從方法技術(shù)到設(shè)備材料再到施工，其成本都有不小的下降空間，是城市管網(wǎng)修復(fù)發(fā)展的主要目標之一；

②修復(fù)技術(shù)信息化、智能化，管道檢測及修復(fù)過程的信息化是必然的發(fā)展趨勢，同時隨著技術(shù)的進步，管道修復(fù)技術(shù)智能化程度也將逐步提高，檢測和修復(fù)趨向自動化，管道機器人的功能更加全面，逐漸“去人工化”；

③城市地下綜合管廊建設(shè)的普及，地下綜合管廊可以將復(fù)雜的城市地下管線“梳理”在一起，使得管道的日常維護及修復(fù)極為方便，同時減小對城市的影響，是未來城市建設(shè)的重要方向。

雖然對于非開挖修復(fù)技術(shù)的理論和方法研究較多，但由于技術(shù)及其成本等原因，非開挖技術(shù)的使用相對較少。隨著城市建設(shè)發(fā)展，地上地下空間越來越復(fù)雜，很多情況下不宜進行開挖修復(fù)，而非開挖修復(fù)作為一種對社會及環(huán)境低影響的技術(shù)，其產(chǎn)生的社會及環(huán)境等間接成本很低，必須受到重視。對于非開挖技術(shù)未來的發(fā)展，需要注意以下幾點：

①面對巨大城市管道修復(fù)市場，應(yīng)加大力度培養(yǎng)更多相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員，彌補技術(shù)人員的不足的缺口；

②加大對非開挖修復(fù)技術(shù)相關(guān)設(shè)備及材料的研發(fā)（如聚脲噴霧、納米復(fù)合材料的應(yīng)用、新型管道機器人等），對原有技術(shù)做出創(chuàng)新，例如對于管道漏損監(jiān)測定位技術(shù)的突破（如噪聲信號定位、光纖傳感定位等），重視相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量標準，使其更加具有國際競爭力；

③政府應(yīng)積極發(fā)揮其引導(dǎo)作用，加強企業(yè)對非開挖技術(shù)的認識，鼓勵和引導(dǎo)企業(yè)采用非開挖修復(fù)技術(shù)，同時加強技術(shù)研發(fā)部門與企業(yè)的合作，加速新技術(shù)的推廣和使用；

④相關(guān)部門應(yīng)制定更多更詳細的相關(guān)技術(shù)規(guī)范與技術(shù)指南，讓管道修復(fù)技術(shù)有章可循，使管道修復(fù)更加規(guī)范化；

⑤重視施工質(zhì)量，規(guī)范施工，加強對管道修復(fù)后的監(jiān)測與效果，完善管道修復(fù)評價管理體系，為將來管網(wǎng)修復(fù)提供幫助，使管網(wǎng)的運行維護系統(tǒng)化。

5 結(jié)語

我國城市管道修復(fù)行業(yè)發(fā)展勢頭良好，市場潛力巨大，有著廣泛的發(fā)展前景。未來發(fā)展需要新技術(shù)、新材料、新規(guī)范，對于管道修復(fù)行業(yè)來說任重道遠，同時也給國內(nèi)管道修復(fù)市場提供長久的動力。隨著技術(shù)的進步，通過政府、相關(guān)科技部門、企業(yè)溝通合作，我國管道修復(fù)行業(yè)將迎來新的發(fā)展機遇。