我國城市管網修復技術現狀及其發展前景

余雪兵，褚俊英，張禮兵，王春懿

（1.合肥工業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模擬與調控國家重點實驗室，北京 100044 ；3.中建水務環保公司，北京 100037）

1 引言

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

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

2 管道修復的技術特征分析

2.1 開挖修復技術

管網開挖修復需對修復管段進行溝槽開挖，修復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。開挖修復作為目前管網的主要修復方法，常用的開挖修復有纏繞、夾板、管箍、焊接、粘結及更換管段等方法，見表1。

作為傳統的修復方法，開挖修復技術成熟，施工難度低，對施工人員技術要求不高，目前仍是管網修復的主要方式。但傳統的開挖修復也存在著一些問題，如城市供水管網為有壓管道，更容易發生漏損情況，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致的管道結構強度降低、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 非開挖修復技術

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

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

非開挖修復技術與方法根據修復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構性修復的方法，在原管道需要更換時，可采用該方法，用專業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，當原管道不能繼續使用或希望提升管網輸水能力時可選擇該方法；②其次是添加內村管道的方法，如運用較多的穿插法、原位固化法、折疊內襯法等技術，雖然幾種技術采用的方法和材料不相同，但其核心思想都是將新的內襯管道直接安裝到原管道中，用特定的方法伸展固定，讓內襯管道成為原管道的一部分，承擔輸水任務，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致漏損、輸送能力不足及水質變差等問題，目前我國非開挖工程中，折疊內襯法和縮徑內襯法運用最多，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點，是近年來的熱門修復方法；③最后是管道局部修復技術，局部修復是對原管道內的局部問題采用“點對點”的修復手段，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，改善管道內壁水力條件，同時可減少一些管道的滲漏問題。

開挖修復技術方法特征 表1

非開挖修復技術方法特征 表2

3 管網修復經濟特征分析

從施工技術特點及限制條件來看，非開挖修復技術的適用情況更廣。然而實際情況卻是由于我國非開挖技術起步較晚，相關技術仍不成熟，非開挖修復技術的運用比例相對較低，主要在北京、上海、廣州、杭州等大中城市應用相對較多，以上海和廣州部分修復工程為例，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的直接成本整體上高于開挖修復，且非開挖修復的成本浮動較大，而開挖方法技術成熟，成本相對穩定。但對于管道修復的經濟比較，還要注意到其他影響因素：①應考慮到施工對社會及環境造成的影響所對應的間接成本，如熊露在計算管道修復成本時，除了考慮管道修復的直接成本，同時將修復過程中造成的交通延遲成本及工商業損失作為修復工程的社會成本，將揚塵污染和噪聲污染對人體健康造成的損失作為環境成本，得出開挖修復方法綜合成本大于非開挖修復方法；②非開挖修復的成本受到當前我國非開挖修復技術不夠成熟等因素影響，非開挖修復所使用的材料費、人工費高，尤其購買國外材料及雇傭國外技術人員，使成本進一步提高；③受管道埋深的影響，開挖修復的成本有可能大于非開挖修復的成本。根據德國某公司提供的管道在不同管徑及埋深所對應的成本數據，得到成本對應埋深的關系，見圖1。可知采用開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 管網修復發展現狀及前景

上海市某10 段管道修復成本比較（元/m） 表3

廣州市某6 段管道修復成本比較（元/m） 表4

圖1 不同管徑的埋深與成本關系圖

圖2 近年來我國管線非開挖更換和修復工程量

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

可以預見，在城市管網修復行業中，開挖修復方法由于操作簡便、快捷，技術要求低，仍然會是管道修復的首選，是管網修復不可被替代的方法。同時非開挖修復方法將會迎來更加快速的發展，尤其是原位固化法有很大發展空間。對于管道修復，沒有最好的方法，只有最合適的方法，未來管道修復發展方向有以下幾點：

①修復成本低廉化，管道修復從方法技術到設備材料再到施工，其成本都有不小的下降空間，是城市管網修復發展的主要目標之一；

②修復技術信息化、智能化，管道檢測及修復過程的信息化是必然的發展趨勢，同時隨著技術的進步，管道修復技術智能化程度也將逐步提高，檢測和修復趨向自動化，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的普及，地下綜合管廊可以將復雜的城市地下管線“梳理”在一起，使得管道的日常維護及修復極為方便，同時減小對城市的影響，是未來城市建設的重要方向。

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

①面對巨大城市管道修復市場，應加大力度培養更多相關專業技術人員，彌補技術人員的不足的缺口；

②加大對非開挖修復技術相關設備及材料的研發（如聚脲噴霧、納米復合材料的應用、新型管道機器人等），對原有技術做出創新，例如對于管道漏損監測定位技術的突破（如噪聲信號定位、光纖傳感定位等），重視相關產品的質量標準，使其更加具有國際競爭力；

③政府應積極發揮其引導作用，加強企業對非開挖技術的認識，鼓勵和引導企業采用非開挖修復技術，同時加強技術研發部門與企業的合作，加速新技術的推廣和使用；

④相關部門應制定更多更詳細的相關技術規范與技術指南，讓管道修復技術有章可循，使管道修復更加規范化；

⑤重視施工質量，規范施工，加強對管道修復后的監測與效果，完善管道修復評價管理體系，為將來管網修復提供幫助，使管網的運行維護系統化。

5 結語

我國城市管道修復行業發展勢頭良好，市場潛力巨大，有著廣泛的發展前景。未來發展需要新技術、新材料、新規范，對于管道修復行業來說任重道遠，同時也給國內管道修復市場提供長久的動力。隨著技術的進步，通過政府、相關科技部門、企業溝通合作，我國管道修復行業將迎來新的發展機遇。