非开挖修复技术在老旧管道改造中的应用与案例分析

摘要：本文重点介绍了非开挖管道修复技术的应用，包括内衬法（如拉入式衬装、无缝衬装、翻转内衬法和喷涂衬装）和非开挖管道更换技术（如胀管法和钻削碎管法）。这些技术不仅避免了传统开挖方式对交通和环境的影响，缩短了施工周期，降低了工程成本，而且显著提高了修复效率和社会效益。随着材料科学和技术的进步，非开挖技术在我国城市建设和基础设施维护中的应用前景广阔。

关键词：非开挖技术；管道修复；内衬法；胀管法；钻削碎管法；设施维护

随着我国经济的迅猛发展，各类管道网络已经相当庞大。由于很多地下管道铺设年代久远，加之当初施工技术和材料质量的局限，在长期的使用过程中，这些管道因腐蚀、承载过重或人为因素等原因出现了局部损伤，进而导致管内介质泄漏，甚至引发爆炸等安全事故，造成了重大的经济损失。鉴于此，运用现代管道检测技术，系统地对老旧管线进行检查，识别管道存在的问题，收集完整性数据，评估带缺陷管道的工作性能，并据此为现役管道制定科学合理的修复方案显得尤为重要。

1. 非开挖管道修复技术

当采用传统的开挖方式对老旧管道进行修复时，常常会面临诸多挑战，比如影响交通、破坏邻近的管道、光缆及建筑物等。为了解决这些问题，非开挖技术成为了修复和更换管道的理想选择。相较于传统的开挖施工方法，非开挖技术的最大优势在于它能够在不破坏地面结构的情况下直接穿越公路、铁路、河道等地表构筑物，确保道路运输与河流通航不受影响，同时避免了环境破坏，缩短了施工周期，并减少了工程投资。因此，非开挖技术不仅提高了经济效益，也带来了显著的社会效益，尤其在处理埋深较大或管径较大的管道时，其优越性更加突出。

在国外，非开挖管道修复技术已经得到了广泛的应用；相比之下，我国在这方面的应用虽然起步较晚，但近年来发展迅速。该技术最初主要用于石油和天然气行业的油气管道修复，随后逐渐扩展到市政工程领域，如给水管道和污水管道的更新改造。根据统计数据，2003年我国使用非开挖技术完成的管道修复总里程达到170公里，到了2004年这一数字增长至220公里。接下来，我们将介绍几种常用的非开挖管道修复和更换技术[1-3]。

2 内衬法修复管道

内衬法作为一种广泛应用的管线修复技术，其核心在于将新的衬管置入旧管道内部，以恢复或增强管道的功能。根据具体的施工工艺不同，内衬法可以分为几种主要类型：拉入式衬装、无缝衬装、翻转内衬法以及喷涂衬装。

2.1 拉入式衬装

拉入式衬装是指利用卷扬机或其他牵引设备，直接将预先准备好的衬管（如PE管）拉入到旧管道中。为了防止在拉入过程中PE管受到划伤，通常会在原管道入口处安装一个保护环，并且在衬管前端附加一个锥形扩孔器来减少摩擦力并保护衬管。这种方法的优点是操作相对简单，但缺点是在新衬管外径和旧管内径之间可能会留下一定的空隙。为了解决这个问题，可以在两者之间的空间灌注水泥浆液，待其凝固后不仅能够固定衬管，还能让衬管承受更大的压力载荷。

2.2 无缝衬装法

无缝衬装法涉及将经过特殊处理变形后的内衬管拉入旧管道，随后通过自然恢复或者借助外部条件（如温度变化）使衬管恢复至接近原始直径的状态，从而紧密贴合旧管道。由于这种结合方式非常紧密，不需要额外使用砂浆进行固定。此外，由于衬管内径与旧管内径差异不大，因此对水流的影响较小，水力损失也相应减少。该方法的关键在于确保衬管能够在进入旧管道之前被有效地压缩，并且在放置完毕后能够顺利复原。

2.3 翻转内衬法

翻转内衬法是一种基于CIPP（Cured In Place Pipe）原理的技术，它涉及到在现有旧管道内部铺设一层浸渍了热固性树脂的纤维增强软管作为新材料，并通过加热使其固化形成坚固的新管壁。具体来说，就是将带有隔水膜的浸透热固性树脂的纤维增强软管置于旧管道内部，然后利用水压或气压推动软管向内翻转，最后采用热水或蒸汽促使树脂固化，最终在旧管道内部形成一个坚固的新管。这种方式形成的复合结构使得旧管道成为新管的外部保护层，二者共同承担来自内部的压力及外部负载。

2.4 喷涂衬装

喷涂衬装则是指通过旋转喷头或气流输送的方式，将水泥砂浆或化学树脂均匀地喷涂到旧管道的内表面上，以此构建起一个新的保护层，进而实现对旧管道的有效修复。此方法特别适合用于水管线的修复工作，因为它不仅可以提升管道的耐压能力，还可以显著改善其抗腐蚀性能。

综上所述，内衬法提供了多种灵活的选择来满足不同类型管道修复的需求，每种方法都有其独特的优势和适用场景。随着材料科学和技术的进步，这些方法将继续发展和完善，为城市基础设施建设提供更加高效可靠的解决方案。

3 非开挖管道更换

非开挖管道更换技术是指在不破坏地面的情况下，利用特定的技术手段用新的管线替代旧有的损坏或过时的管道。这项技术主要包括胀管法和钻削碎管法两种，具体选择哪种方法取决于旧管道的材质特性。

3.1 胀管法

胀管法是目前应用最为广泛的非开挖管道更换技术之一。其工作原理是将一个锥形的胀管头插入到待更换的旧管道中，通过拉力或推力的作用使胀管头穿过旧管道，导致后者破裂，破碎后的旧管道碎片会被挤入周围的土壤中。与此同时，新管道连接在胀管头之后，随着胀管头的前进被拖拽或推送进入原位，通常采用的是拖拽的方式。新铺设的管道不仅可以与旧管道直径相同，还可以设计为更大直径，以提升输送能力。为了确保新管道顺利安装，胀管头的后端直径会略大于新管道，从而为新管道提供必要的环状空间，减少其与周围地层之间的摩擦阻力。

根据驱动胀管头的动力源不同，胀管法可以分为气动胀管法和静态液压胀管法两种主要形式：

气动胀管法：这种方法使用高压空气作为动力源，通过钻杆传递给空气锤，空气锤外部套有一个胀管头，该胀管头与新管道相连。当空气锤启动时，它会对胀管头产生冲击，促使胀管头破碎旧管道的同时牵引新管道进入预定位置。此过程不仅能够有效地破坏旧管道，而且能保证新管道的安全导入。

液压胀管法：相比之下，液压胀管法则依赖于液压油缸提供的强大拉力来驱动胀管头。在这种情况下，胀管头同样与新管道相连，在拉杆的作用下切割并挤压旧管道碎片进入周围土壤，同时实现新管道的铺设。这种方法适用于需要更强力量的情况，比如处理较硬的旧管道材料。

3.2 钻削碎管法

钻削碎管法是一种专门针对较为坚固的旧管道（如金属管、钢筋混凝土管）的非开挖更换方法。它涉及到使用专门设计的切削工具，这些工具能够在钻进过程中破碎旧管道及其周围的土层或障碍物，并且可以在碎管操作的同时或之后立即进行新管线的铺设。对于较小口径且强度较低的管道更换，可以采用水平定向钻铺管法，即先将导向钻杆插入已有的管道内，然后在钻杆末端安装带有切削齿的回拉扩孔头，由钻机施加拉力使扩孔头破碎旧管道，而产生的碎屑则随泥浆排出。新管线连接在扩孔头后面，在扩孔的过程中被一同拉入。而对于那些更为坚固的管道，则可能需要结合冲击和旋转的力量来完成碎管作业。

总之，无论是胀管法还是钻削碎管法，这两种非开挖管道更换技术都提供了有效的解决方案，既避免了传统开挖方式所带来的诸多不便，又能够高效、安全地完成地下管道系统的更新换代。随着技术的进步，未来这类方法的应用范围还将进一步扩大，成为城市基础设施建设和维护的重要组成部分。

4 结束语

总体而言，尽管非开挖管道修复和更换技术在我国的应用仍处于发展阶段，部分技术和设备尚需依赖国外引进，但其快速发展的势头已经显现。非开挖技术因其显著的优势——如施工周期短、综合成本低以及对公共设施影响小等特性，在我国的城市建设和基础设施维护中展现出广阔的应用前景。该技术不仅能够有效减少对道路交通的影响，降低环境污染，还能避免传统开挖方式可能造成的对周边建筑物及地下管线的潜在损害，因此越来越受到业界的关注和支持。随着国内相关研究与实践的不断深入，预计未来非开挖技术将在更多领域得到广泛应用，并逐步实现技术自主化和设备国产化。

参考文献

[1]周艳敏.非开挖管道修复技术在城市给水扩建中的应用--基于"U"型PE管折叠法内衬技术的案例分析[J].建设科技， 2024（12）：25-28.

[2]陶燕彬，陈永祥，王轶骏.非开挖管道修复技术概述及案例分析[J].城市建设， 2012， 000（024）：1-5.

[3]刘雨龙.非开挖修复技术在城市给排水管网建设中的应用[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术， 2023（5）：4.