非开挖技术在城市排水管道修复中的应用

非开挖技术在城市排水管道修复中的应用

摘要：介绍非开挖施工技术的含义及应用范围，归纳了非开挖技术在城市给排

水铺设新管线和修复旧管线工程应用中的常用方法，并对施工工艺和主要使用的

设备进行了简述，针对目前非开挖技术中存在的问题并结合我国实际情况，探讨

了我国发展非开挖技术的方向。

关键词：非开挖技术；城市；排水管道;修复；应用

前言

目前我国大多数城市，排水管道损坏的修复的方法都是采用开挖从新埋管的

方法进行修复但随着城市化的进展，城市地下管线错综复杂，城市道路的负荷越

来越严重，使得排水管线在修复的过程中存在大量的技术问题。例如：主干道开

挖严重影响交通或排水管线上方存在其他压力或电力管线给开挖带来极大的隐患。而管道如果长期不修复，轻则污染地下水，重则导致道路塌陷，交通瘫痪因此寻

找行之有效的修复方案是目前各排水管理部门最迫切的任务。

1.非开挖技术简述

非开挖技术是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管线、管道进行铺设、维

修或更换、探测的一门施工技术。目前广泛用于穿越高速公路、铁路、建筑物、

河流、湖泊以及在古迹保护区、农作物和植被保护区等区域内进行地下管线的施工。常规开挖管线安装施工工艺难度小，易于掌握，无技术风险，属成熟工艺，

国家有明确的技术规范及严格的定额管理；修复期间停水时间短，管线敷设好后，只在驳接时停水；对城市供水影响较小。但是常规的开挖施工存在着不容忽视的

缺陷。如破坏了原有的道路环境，阻塞交通，机械污染和粉尘污染，机械和管材

长期占道，路面恢复慢，路面破坏后无法恢复原貌。非开挖施工解决了常规开挖

施工对居民正常生活的干扰和对交通、环境、周边建筑基础的破坏及不良影响。

2.非开挖技术的工程应用

非开挖技术在给排水工程中主要有铺设新管线和修复置换旧管线两方面的应用。通常铺设管线采用的施工技术包括：水平导向钻进法、夯管法、推挤顶进法、盾构法（微型隧道法）和顶管法。修复旧管线施工技术包括：原位固化法、缠绕法、滑动内插法、变形再生法、原位换管法、局部修复法等。

2.1通常铺设管线采用的施工技术

（1）水平导向钻进法。水平导向钻进法是一种无需挖掘工作井就能快速铺

设地下管线的钻进方法，是将钻探技术与控向技术巧妙结合的现代非开挖施工新

技术,是非开挖施工法中应用较广的一种。其原理是通过预先设计的铺管线路（可

通过设备上的电脑进行辅助设计），由钻机驱动装有锲形钻头的钻杆从地面钻入，再按照预定的方向绕过地下障碍，直至抵达目的地，然后卸下钻头换装适当尺寸

和特殊类型的回程扩孔器，使之能够在拉回钻杆的同时水平钻孔至所需直径，并

将需要铺设的管线同时返程牵回至钻孔入口处，以保证铺设管线不会由于空间不

足或钻榍摩擦而受到破坏，在扩孔的同时注入化学泥浆以保证钻孔不致坍塌。该

方法的工艺流程为：施工准备→测量定位→钻机就位→导向孔钻进→扩孔→回拉

管线→检查井砌筑→工作坑回填→地貌恢复。工程施工配套的设备主要有：导向

钻机、导航仪、随车吊、辅助动力助推装置、管线探测仪、电法勘测仪、夯管设

备等。水平导向钻进法工艺可铺设钢管、PVC管、PE管等刚性连接的管道，在施

工前应将待铺管道于地面上完成管道连接，曲线段可采用1°的借转角度，一次钻

进最长可达800米的距离，导向定位系统可测至30米的深度。它的另一优势是

可以灵活处理施工中遇到的地层复杂情况。在导向或扩孔过程中如遇到大块石，

或其他障碍物，不能形成一条合格的孔道时，大不了再换一个位置另打一条，不

会造成管材的损失。

(2)夯管法。夯管法是采用低频、大冲击力的气动夯管锤将待铺设的钢管沿设

计路线直接夯入地层。夯管设备一般是引进国外的大口径夯管锤，可以铺设直径

在2米以内、长度100米以内的各种钢管。与水平导向钻进法相比，夯管法只要

求一端有下管坑的场地既可；对于直径较大的钢管的铺设，工作效率更高。夯管

法所用的主要设备有发电机组、空压机、夯管锤等。施工时，夯管锤的冲击力直

接作用在钢管的后端，通过钢管传递到前端的管靴上切削土体，并克服土层与管

道之间的摩擦力使钢管不断进入地层。随着钢管的前进，被切削的土芯进入钢管内，在第一节钢管夯入地层后，后一节钢管与其焊接在一起，如此反复，直到夯

入最后一节钢管，待钢管全部夯入后，可采用压缩空气、高压射流、螺旋钻杆、

人工掏土等方法将管内的土体排出。夯管过程中，用经纬仪和水准仪控制进管的

方位、高程和角度，保证夯进精度。该项技术靠动荷载夯进，在施工时不需要靠

背支撑，施工时不掏土，也不会发生局部沉降，其地层适应性广泛，施工周期短。

(3)盾构法。盾构就是一种在地下由前端掘进后端衬砌的施工设备，为钢制壳体，主要由三个部分组成，即前部的切削环、中部的支撑环和尾部的衬砌环。切

削环可作为保护罩，能将其刃脚插进土层中，人工或机械在环内挖土、出土。在

支撑环内安装有液压千斤顶等推动装置。千斤顶的前端固定在切削环上，当切削

环内挖土工作完成后，它负责将整个盾构壳体向前移动。当千斤顶回程后端收缩后，就留出了衬砌环，在衬砌环内人工或机械衬砌预制砌块当砌完一环砌块后，

千斤顶又可以将砌块傲为后背向前推动盾构壳体，开始下一个挖土和衬砌的循环。

（4）顶管法。顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工

方法，适用于埋设直径在600mm～4000mm之间的管道。我国最早采用的非开挖

施工法就是顶管法。顶管技术最主要的优势是在交通繁忙的城市道路下进行给排

水管道施工时，可以在不切断正常交通的情况下实现管道的铺设难题。

2.2修复旧管线中的应用

下面主要就非开挖管线修复诸多方法中的原位固化法和缠绕法进行较为详细

地叙述。

（1）原位固化法。原位固化法是由英国于1971年研制成功，当时主要用于

修复英国的下水道。在发展初期，CIPP仅是一种管线施工的普通工法，用于在不

扰动土层的情况下更新老化或失效的地下管线，随着不断的发展，该技术逐渐成

为国外维护城市地下管线设施的首选方案。原位固化法可以修复不同大小，不同

形状以及不同过渡区的地下管线。原位固化法在100～3000mm的管径范围内都

可以安装使用，即现有的旧管内壁上衬一层液态的热固性树脂，通过加热（利用

热水、蒸汽）使其固化，形成与旧管紧密配合的薄层管，而管道的过流端面损失

很小，但流动性能则大大改善。使用这项技术修复的管道寿命可达30～60年。

该技术可以修复弯曲，变直径管线以及重力和压力管线，连续修复的长度可达几

千米。衬管和紧贴在旧管上的树脂材料完全可以满足市政污水管线的使用要求，

同时在含有高温及高浓度化学物质的工业管道中也可正常使用。

（2）缠绕法。缠绕法主要用于修复污水管道，该技术发明于澳大利亚。缠

绕法是利用聚氯乙烯（PVC）或高密度聚乙烯（HDPE）制成的带T型筋和边缘公