馮天強

（劍閣縣建設工程造價管理站，四川 廣元 628317）

0 引言

市政管道是城市基礎設施的重要組成部分，為全球億萬人提供供水和衛(wèi)生服務。截至2019年底，我國城市排水管道長度已達到80萬km[1]。這些管道位于地下，有的環(huán)境十分惡劣，隨著時間的推移，會老化并出現(xiàn)各種缺陷，例如泄漏、裂縫和腐蝕。

使用傳統(tǒng)的明挖方法修復管道，不僅成本高昂、破壞市政面貌，而且工期長。該方法可能會導致交通中斷、國有資產(chǎn)浪費和民眾生活不便。非開挖修復方法使用專用設備從內(nèi)部修復管道，為修復市政管道提供了一種替代方法，該方法可以更快、更具成本效益并且對周圍環(huán)境的破壞性更小。該方法由于具有優(yōu)于傳統(tǒng)開挖方法的優(yōu)勢，越來越多地用于管道修復[2]。本文以對比的方式對非開挖修復技術優(yōu)點進行剖析，并介紹其發(fā)展方向。

1 市政管道系統(tǒng)概述

1.1 市政管道系統(tǒng)的種類

市政管道系統(tǒng)是為城市人口提供基本服務的重要基礎設施，包括供水和衛(wèi)生設施。該系統(tǒng)可分為兩大類：配水系統(tǒng)和下水道系統(tǒng)。

配水系統(tǒng)由管道、閥門和消防栓組成，將飲用水從處理廠輸送到消費者，包括住宅、商業(yè)和工業(yè)用戶。可以進一步分為將水從處理廠輸送到配水管網(wǎng)的輸水干管和將水輸送給消費者的配水干管。

下水道系統(tǒng)由管道網(wǎng)絡、檢修孔和提升站組成，用于收集和輸送來自家庭、商業(yè)機構和工業(yè)的廢水到處理廠。可以進一步分為重力下水道和壓力下水道，前者依靠重力輸送廢水，后者用泵輸送廢水。

1.2 市政管道系統(tǒng)的常見問題

隨著時間的推移，因土壤位移、溫度變化和腐蝕等環(huán)境因素以及水壓、流速和沉積物堆積等運行因素，將導致市政管道系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏、腐蝕、堵塞和結構損壞等問題。

（1）泄漏：由于裂縫、堵塞、接頭失效或腐蝕，可能會發(fā)生漏水，導致失水、低壓、產(chǎn)生氣味和水質(zhì)問題，危害健康和環(huán)境污染。

（2）腐蝕：由于管道材料與周圍環(huán)境之間的化學反應，可能會發(fā)生腐蝕，從而導致管道變薄、結構弱化和失效。

（3）堵塞：由于沉積物、碎屑或油脂的積累，可能會發(fā)生堵塞，導致流量降低、回流和溢出。

（4）結構損壞：由于外力（例如土壤移動或施工活動）或內(nèi)力（例如液壓或振動）引起結構損壞，導致管道坍塌、變形或分離。

1.3 維護和修復市政管道系統(tǒng)的重要性

維護和修復市政管道系統(tǒng)對于確保安全飲用水的持續(xù)供應和有效的廢水處理至關重要。管道出現(xiàn)泄漏、腐蝕、堵塞和結構損壞等問題會導致失水、低壓、水質(zhì)問題和環(huán)境污染。對市政管道進行適當?shù)木S護和修理也有助于延長系統(tǒng)的使用壽命，并減少日后進行昂貴更換的成本。

2 管道傳統(tǒng)明挖修復方式和非開挖修復方式的對比

市政管道維護保養(yǎng)的方法有傳統(tǒng)的管道明挖修復法，還有先進的非開挖修復方法。

2.1 傳統(tǒng)明挖修復方式的缺點

傳統(tǒng)的管道修復明挖方法包括挖掘管道以接近損壞的部分，然后用新的管道部分去替換。該方法有如下幾個缺點：

（1）市容破壞：挖掘管道會導致交通中斷、財產(chǎn)損失、民眾生活不便以及環(huán)境干擾。

（2）工期長，造價成本高：由于需要進行挖掘、場地恢復和交通控制，明挖方法非常耗時，會導致更長時間的服務中斷，工期長，造價成本較高。

（3）條件限制：在某些位置，例如建筑物下方、道路或河流，無法進行明挖施工。

2.2 非開挖修復施工的優(yōu)點

2.2.1 降低塌陷和倒塌的風險

非開挖修復的主要安全優(yōu)勢之一是能顯著降低塌陷和倒塌的風險。傳統(tǒng)的開挖方法需要開挖大面積的土體，這會削弱土體結構并增加坍塌的風險。相比之下，非開挖修復在不開挖的情況下修復現(xiàn)有管道，消除工人進入深溝或挖掘的需要，降低了塌陷和倒塌的風險。

2.2.2 降低工人受機械損傷的風險

非開挖修復的另一個顯著安全優(yōu)勢是降低工人受傷的風險。由于需要重型機械和設備，以及需要在密閉空間內(nèi)工作，傳統(tǒng)的挖掘方法對工人來說可能很危險。滑動襯砌等非開挖修復方法需要更少的工人和設備，從而降低了與重型機械相關的受傷風險。此外，工人不需要進入深溝或挖掘，減少了在密閉空間工作時受傷的風險。

2.2.3 降低環(huán)保風險

傳統(tǒng)挖掘方法需要挖掘大面積的土體，有可能會向環(huán)境中釋放有害化學物質(zhì)，例如原有管道的保溫物質(zhì)，如石棉等，而非開挖修復卻降低了傳統(tǒng)挖掘方法相關的環(huán)保風險。

2.2.4 降低交通事故風險

傳統(tǒng)的挖掘方法通常需要封閉或改變道路，增加了發(fā)生交通事故的風險。水平定向鉆孔（HDD）等非開挖修復方法不需要封閉道路，不會因為施工而造成城市擁堵，從而降低了交通事故的風險。

2.2.5 減少對居民生活區(qū)的干擾

非開挖修復方法顯著減少了地下基礎設施維修或更換過程中對居民生活區(qū)的干擾，特別是機械噪音和光污染。

3 市政管道非開挖修復技術的類型及其各自的優(yōu)勢

非開挖技術是無需開挖或挖溝即可修復地下管道的方法。近年來，該技術因其能夠最大限度地減少對周圍環(huán)境的破壞、降低成本和縮短維修時間而受到歡迎。非開挖技術可分為管道內(nèi)襯法、裂管法、滑動襯砌法和定向鉆孔法四大類。

3.1 市政管道非開挖修復技術的分類

3.1.1 管道內(nèi)襯法

將新內(nèi)襯插入現(xiàn)有管道并就地固化，以此在舊管道內(nèi)創(chuàng)建新的無縫管道。管道內(nèi)襯方法有多種類型，包括原位固化法（CIPP）、噴涂內(nèi)襯和拉入內(nèi)襯。

（1）原位固化法(CIPP)將柔性內(nèi)襯插入現(xiàn)有管道并用空氣或水對其充氣以符合舊管道的形狀[3-4]。然后使用熱量、紫外線或蒸汽將內(nèi)襯固化到位，以在舊管道內(nèi)形成新的無縫管道[5]。CIPP適用于直徑從2～120英寸的管道，可用于修復由多種材料制成的管道，包括混凝土、黏土、PVC和鑄鐵。

（2）噴涂內(nèi)襯法將液態(tài)聚合物噴涂到現(xiàn)有管道的內(nèi)部，以形成新的無縫內(nèi)襯。聚合物就地固化形成堅硬、耐用層，而且耐腐蝕和磨損。噴涂內(nèi)襯適用于直徑從1～120英寸的管道，可用于修復由多種材料制成的管道，包括混凝土、黏土、PVC和鑄鐵。

（3）拉入式襯砌將內(nèi)襯插入現(xiàn)有管道并使用絞車或液壓系統(tǒng)將其拉入到位。然后將內(nèi)襯充氣并固化到位，以在舊管道內(nèi)形成新的無縫管道。拉拔內(nèi)襯適用于直徑范圍為2～24英寸的管道，可用于修復由多種材料制成的管道，包括PVC和HDPE。

3.1.2 裂管法

打破現(xiàn)有管道并將新管道拉入同一位置，從而破碎舊管道并創(chuàng)建一個新的、更大直徑的管道。裂管法適用于直徑為6～48英寸的管道，可用于替代多種材料制成的管道，包括混凝土、黏土、PVC和鑄鐵。

裂管法是將爆破頭插入現(xiàn)有管道并使用絞車或液壓系統(tǒng)將其拉過管道。爆破頭將舊管道破碎成小塊，并將其推入周圍的土體中，然后將一根新管道拉到爆破頭后面的位置，形成一條新的無縫管道。

3.1.3 滑動襯砌法

將新管道插入現(xiàn)有管道并使用絞盤或液壓系統(tǒng)將其滑入到位，從而在舊管道中創(chuàng)建一個新的、直徑更小的管道。新管道通常由PVC、HDPE或玻璃纖維制成，設計得比現(xiàn)有管道略小。然后用灌漿或水泥材料填充兩根管道之間的空間，以提供結構支撐并防止地下水滲入。

滑動襯砌法適用于直徑范圍為6～96英寸的管道，可以用于修復由各種材料制成的管道，包括混凝土、黏土、PVC和鑄鐵。

3.1.4 定向鉆孔法

在地下鉆孔并安裝新管道而不影響地面。這種方法對于在道路、河流、建筑物等障礙物下安裝管線特別有用。

定向鉆孔使用配備有定向引導系統(tǒng)的鉆機在地下鉆一個導向孔。導向孔完成后，使用鉸孔工具將孔擴大到所需直徑。然后通過擴大的孔將新管道拉入到位。

3.2 四類非開挖技術對比

管道內(nèi)襯法是修復中度損壞或腐蝕管道的常規(guī)選擇，而裂管法則更適合更換嚴重損壞或塌陷的管道。對于狀況良好但有泄漏或其他輕微損壞的管道，滑動襯砌法是一個合適的選擇。定向鉆孔法是在障礙物下或環(huán)境敏感區(qū)域安裝管道的首選。

非開挖技術的選擇將取決于多種因素，包括管道類型、損壞程度、管道位置和周圍環(huán)境。仔細評估這些因素將有助于確定哪種非開挖技術最適合特定的管道維修或更換項目。

4 非開挖修復技術的發(fā)展

未來，非開挖修復技術將引入AI、機器人技術、傳感器、監(jiān)控技術以及先進材料，將大大提升市政管道維護保養(yǎng)效益。

4.1 AI和機器人

市政管道非開挖修復技術未來發(fā)展的一個領域是AI和機器人技術。機器人技術已經(jīng)用于一些非開挖修復項目，以提高準確性和效率。例如，機器人可用于在現(xiàn)有管道中精確定位新管道，減少人工干擾和降低誤差。

隨著機器人技術的不斷進步，有可能開發(fā)出無需人工輸入即可自主操作的機器人。在進行大量實例圖片訓練后，能自主判斷損傷點位和選擇修復方案的AI機器人可能會出現(xiàn)。這會大幅度提高維修效率，同時減少對周圍環(huán)境的破壞。

4.2 傳感器和監(jiān)控

未來發(fā)展的另一個領域是傳感器和監(jiān)控技術。傳感器技術的進步使實時監(jiān)控管道狀況成為可能，從而可以在潛在問題變得嚴重之前及早發(fā)現(xiàn)。該技術還可用于監(jiān)測非開挖修復項目的有效性，為改進未來的修復工作提供數(shù)據(jù)。

隨著傳感器技術的不斷改進，有可能開發(fā)出可以嵌入管道材料中的傳感器，從而在管道的整個生命周期內(nèi)提供連續(xù)監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結果開展主動維護和維修，減少昂貴的緊急維修的需要。

4.3 先進材料

先進材料的開發(fā)是市政管道非開挖修復未來發(fā)展的另一個領域。碳纖維和玻璃纖維等新材料已被用于非開挖修復項目，以加固和加強現(xiàn)有管道。

隨著先進材料的不斷開發(fā)，有可能開發(fā)出更堅固、更耐用的材料，從而減少頻繁維修和更換管道的需要。這些材料還可能更好地抵抗腐蝕和磨損，從而延長管道的使用壽命。

5 結束語

總之，除了最大限度地減少對周圍環(huán)境的破壞和降低成本的優(yōu)勢外，非開挖技術還有可能延長管道的使用壽命。通過在不開挖的情況下修理或更換管道，周圍的土體和基礎設施不會受到干擾，從而減少未來損壞或腐蝕的可能性。因而非開挖技術是修復市政管道的優(yōu)選方案。隨著這些非開挖技術的不斷發(fā)展和改進，將成為基礎設施維護和維修過程中越來越重要的技術。