淺談市政管道非開挖修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢與發(fā)展

馮天強

（劍閣縣建設(shè)工程造價管理站，四川 廣元 628317）

0 引言

市政管道是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，為全球億萬人提供供水和衛(wèi)生服務(wù)。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(fù)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(dǎo)致交通中斷、國有資產(chǎn)浪費和民眾生活不便。非開挖修復(fù)方法使用專用設(shè)備從內(nèi)部修復(fù)管道，為修復(fù)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(fù)[2]。本文以對比的方式對非開挖修復(fù)技術(shù)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(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，包括供水和衛(wèi)生設(shè)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(luò)、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(gòu)和工業(yè)的廢水到處理廠?？梢赃M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(dǎo)致市政管道系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏、腐蝕、堵塞和結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(xué)反應(yīng)，可能會發(fā)生腐蝕，從而導(dǎo)致管道變薄、結(jié)構(gòu)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(dǎo)致流量降低、回流和溢出。

（4）結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)損壞，導(dǎo)致管道坍塌、變形或分離。

1.3 維護和修復(fù)市政管道系統(tǒng)的重要性

維護和修復(fù)市政管道系統(tǒng)對于確保安全飲用水的持續(xù)供應(yīng)和有效的廢水處理至關(guān)重要。管道出現(xiàn)泄漏、腐蝕、堵塞和結(jié)構(gòu)損壞等問題會導(dǎo)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(dāng)?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(fù)方式和非開挖修復(fù)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(fù)法，還有先進的非開挖修復(fù)方法。

2.1 傳統(tǒng)明挖修復(fù)方式的缺點

傳統(tǒng)的管道修復(fù)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(dǎo)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(fù)和交通控制，明挖方法非常耗時，會導(dǎo)致更長時間的服務(wù)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(fù)施工的優(yōu)點

2.2.1 降低塌陷和倒塌的風(fēng)險

非開挖修復(fù)的主要安全優(yōu)勢之一是能顯著降低塌陷和倒塌的風(fēng)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(jié)構(gòu)并增加坍塌的風(fēng)險。相比之下，非開挖修復(fù)在不開挖的情況下修復(fù)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(fēng)險。

2.2.2 降低工人受機械損傷的風(fēng)險

非開挖修復(fù)的另一個顯著安全優(yōu)勢是降低工人受傷的風(fēng)險。由于需要重型機械和設(shè)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?；瑒右r砌等非開挖修復(fù)方法需要更少的工人和設(shè)備，從而降低了與重型機械相關(guān)的受傷風(fēng)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(fēng)險。

2.2.3 降低環(huán)保風(fēng)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(xué)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(fù)卻降低了傳統(tǒng)挖掘方法相關(guān)的環(huán)保風(fēng)險。

2.2.4 降低交通事故風(fēng)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(fēng)險。水平定向鉆孔（HDD）等非開挖修復(fù)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(fēng)險。

2.2.5 減少對居民生活區(qū)的干擾

非開挖修復(fù)方法顯著減少了地下基礎(chǔ)設(shè)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(fù)技術(shù)的類型及其各自的優(yōu)勢

非開挖技術(shù)是無需開挖或挖溝即可修復(fù)地下管道的方法。近年來，該技術(shù)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(shù)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(fù)技術(shù)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(fù)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(fù)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(fù)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(shè)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(jié)構(gòu)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(fù)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(dǎo)系統(tǒng)的鉆機在地下鉆一個導(dǎo)向孔。導(dǎo)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(shù)對比

管道內(nèi)襯法是修復(fù)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(yán)重?fù)p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(shù)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(xì)評估這些因素將有助于確定哪種非開挖技術(shù)最適合特定的管道維修或更換項目。

4 非開挖修復(fù)技術(shù)的發(fā)展

未來，非開挖修復(fù)技術(shù)將引入AI、機器人技術(shù)、傳感器、監(jiān)控技術(shù)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(fù)技術(shù)未來發(fā)展的一個領(lǐng)域是AI和機器人技術(shù)。機器人技術(shù)已經(jīng)用于一些非開挖修復(fù)項目，以提高準(zhǔn)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(shù)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(xùn)練后，能自主判斷損傷點位和選擇修復(fù)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(lǐng)域是傳感器和監(jiān)控技術(shù)。傳感器技術(shù)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(yán)重之前及早發(fā)現(xiàn)。該技術(shù)還可用于監(jiān)測非開挖修復(fù)項目的有效性，為改進未來的修復(fù)工作提供數(shù)據(jù)。

隨著傳感器技術(shù)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(jié)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(fù)未來發(fā)展的另一個領(lǐng)域。碳纖維和玻璃纖維等新材料已被用于非開挖修復(fù)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(jié)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(shù)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(chǔ)設(shè)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(shù)是修復(fù)市政管道的優(yōu)選方案。隨著這些非開挖技術(shù)的不斷發(fā)展和改進，將成為基礎(chǔ)設(shè)施維護和維修過程中越來越重要的技術(shù)。