城市地下管网施工中非开挖技术的适用性与工程实践分析

随着城市人口增长和空间扩展，地下基础设施建设与改造需求不断上升。供水、排水、燃气、电力、通信等管线系统已成为维系城市正常运行的关键。然而，在土地紧张、交通密集的环境下，传统开挖施工常带来交通拥堵、环境扰动与安全风险，制约了城市基础设施的高效发展。非开挖技术因具备干扰小、效率高、适应性强等优势，逐步成为地下管网施工的重要手段。科学评估其适用性并提升施工管理水平，已成为当前城市工程实践中的重要课题。

一、城市地下管网非开挖施工技术概述

（一）非开挖技术定义及分类

非开挖技术（Trenchless Technology）是指在不开挖或极少开挖地表的条件下进行地下管线铺设、更换或修复的工程方法。该类技术根据其功能与施工方式主要分为三大类：新建管线铺设技术、原位修复技术与旧管更换技术。常见的新建技术包括水平定向钻进（HDD）、顶管法和微型隧道法，而原位修复技术中以原位固化法（CIPP）、局部内衬法及紫外线光固化法（UV-CIPP）应用较广。旧管更换技术则包括裂管法与爆管法。水平定向钻进适用于中小口径（直径 75～1200mm ）、长距离（ >100m ）的穿越作业，特别是在道路、河流及建筑物下方施工中应用广泛。顶管法适合较大口径（ >1000mm ）和深埋敷设，常用于给排水及电力通道 [1]。微型隧道技术可实现较高导向精度，适合高密度城市区域施工，管径范围一般在 600～3000mm 之间。

（二）非开挖技术的施工原理

非开挖施工通常包括导向、扩孔、回拖（或推进）三个阶段。例如，HDD 技术首先利用小直径导向钻头完成引导孔的施工，再用扩孔器将孔径逐步扩大，最终将预制管线通过回拖方式敷设入地。该技术依赖地质分析数据和导向系统的高精度控制，一般采用磁导向仪或陀螺仪作为定位装置，导向误差可控制在 ±2% 以内。顶管法则依靠盾构机或液压推进装置将钢筋混凝土或钢制管节推入地下，由工作井至接收井进行连续掘进。顶管施工中常配合泥水平衡或土压平衡盾构技术，确保开挖面稳定，避免塌方。CIPP 修复法以聚酯或环氧树脂浸渍玻纤或无纺布软管，通过气压或水压翻转方式置入旧管内，利用热水、蒸汽或紫外线固化成型，形成无接头的结构内衬，其力学性能达到或超过原管。

（三）主要技术设备与材料

非开挖设备种类繁多，HDD 作业中常用的钻机如 VermeerD36x50、D100x140 系列，具备 36～100 吨推力和最大 4000 N·m扭矩，适用于不同地质类型。导向系统包括无线磁场导向与随钻测量（MWD）系统，可实时传输钻头位置信息。泥浆回收与循环系统用于降低摩阻、冷却钻头并带走钻渣 [2]。材料方面，CIPP 衬管的树脂体系一般选择不饱和聚酯树脂（UP）或乙烯基树脂（VE），其拉伸强度可达 70 MPa，弹性模量可达 3000 MPa。新建管道常采用高密度聚乙烯（HDPE）管、球墨铸铁管（DN100 ～ DN1000）或玻璃钢管（FRP），具体选型需依据项目要求、水力计算和耐腐蚀性能综合确定。

二、非开挖技术在城市地下管网施工中的适用性分析

（一）适用场景与限制条件

非开挖技术广泛适用于那些不便进行传统开挖施工的环境，尤其在城市道路交通密集区、人口密集的老城区、建筑物密集区域、跨越河流地段、地下设施密布区域以及历史文物保护区等场景中具有显著优势。其技术特点能够有效降低对地表和周边环境的干扰，保障城市运行的连续性[3]。

但地质条件对非开挖施工的成败有重要影响。以 HDD（水平定向钻进）技术为例，适用于软黏土、粉质壤土和均匀细砂层，在此类地质中可保持稳定导向与较高钻进效率。但当遇到含大粒砾石、卵石夹层或孤石等硬质地层时，钻头易偏斜甚至受损，影响施工精度与进度。顶管法与微型隧道技术在中等可塑性粘土、砂质壤土中表现优良，若需穿越岩层，则必须配合刀盘式盾构、注浆系统或泥浆循环系统等辅助设备，以维持开挖面稳定并减少推进阻力。

此外，管道埋深和口径大小直接决定所适用的非开挖工艺。例如，HDD 技术通常适用于 2 ～ 20 米埋深，且铺设直径以

75～1200mm 为宜，超过此范围施工难度和风险显著增加。顶管与微型隧道技术可适应更大管径（直径 600～3000mm ）及 30 米以上的埋深，对周边地下结构的穿越能力更强。对于城市中需规避大量地下障碍物的管线工程，非开挖的导向系统优势尤为突出，弯曲半径一般应大于 30 倍管径，以控制曲线变形率，避免因过度弯曲导致管道应力集中或结构损伤。

（二）与传统施工方式的比较分析

相较于传统明挖施工方式，非开挖技术在多个维度展现出更高的综合优势。首先在施工效率方面，非开挖工艺通常具备更快的部署与作业速度，尤其在城市道路交汇处、交通繁忙区域或夜间施工环境下，可实现不间断作业，无需大范围封闭道路或交通导改，减少对社会运行的干扰。据相关工程统计，相同条件下非开挖可节省40% 以上的工期，有效提升施工组织效率与资源调配能力。在经济性方面，尽管非开挖设备购置、维护及专业技术人员的投入成本相对较高，初始投入约为传统开挖的 1.2 ～ 1.5 倍，但其对市政交通疏解、路面恢复、绿地重建及环境整治等“隐性成本”的显著压缩，使得整体经济性更具优势，尤其在老城区、交通枢纽等高成本区域中效果尤为突出。

环境影响方面，非开挖技术在整个施工过程中无需大面积扰动地表，几乎不会破坏既有绿化、道路结构和地下基础设施，其低噪声、低扬尘、低震动特性，使施工现场更加整洁、规范，泥浆与废液均可通过封闭系统回收处理，环保性能优良，适合于环境敏感区域如学校、医院或文保地带使用。在安全性方面，非开挖主要依靠自动化与机械化设备完成作业，操作人员多位于地面控制舱或远程监控系统中作业，大大减少人工进入危险作业面和密闭空间的频次，显著降低因塌方、缺氧、中毒等引发的安全事故风险，全面提升了整个施工周期的安全保障水平与人员作业舒适性。

（三）非开挖技术的优劣势总结

非开挖技术在城市地下管网施工中展现出诸多优势，首先，其施工过程中对地表扰动极小，能够有效避免对交通、建筑物及生态环境的破坏，特别适用于人流密集、空间受限的城区环境；其次，该技术适应性强，能够灵活应对复杂地形及密集管线区，尤其在穿越道路、铁路、河流等障碍物时表现出显著的技术优势；再次，得益于精密导向系统与数字化控制平台的应用，非开挖施工可实现厘米级误差控制，保障管线铺设精度与工程质量；此外，非开挖敷设的管道通常接头少、密封性能优良，使用寿命长，运行维护成本低，具备良好的长期经济性。然而，其技术应用亦存在一定局限：高额的初始投资对中小型施工企业构成较大资金压力，相关施工设备如钻机、导向系统、泥浆回收装置等价格昂贵且维护成本较高；导向精度易受地质扰动、电磁干扰等因素影响，可能导致钻孔偏移或接口不吻合；同时，非开挖施工对操作人员的专业技能依赖性较强，需经过系统培训和技术认证，增加了人力资源的获取难度；此外，在地下水位较高、土层松散或障碍物密集的区域，仍需借助局部开挖手段处理关键节点，限制了非开挖技术的全面适用性与通用性。

三、非开挖技术在地下管网工程中的应用实践与经验总结

（一）典型工程案例分析

在某老旧城区燃气管道更新项目中，需在狭窄街巷内完成DN300 燃气钢管的更换作业，周边环境复杂，分布有大量历史建筑、文物保护结构及高密度住宅，施工空间极为有限。为最大限度降低对地表与周边结构的影响，项目采用水平定向钻进（HDD）技术配合泥浆护壁工艺进行施工。通过精确控制导向系统，钻进精度控制在± 10cm 以内，确保新管线与原线路高效对接。施工全长356 米，总周期 8 天，相比传统开挖方式节约约 60% 的工期。使用的管材为 PE100 等级高密度聚乙烯燃气管，耐压能力达 1.6 MPa，管道焊接采用热熔对接技术。完工后经氮气加压试验及 ΔX 射线无损检测，确认接口严密无泄漏，满足燃气输送安全要求。

另一例污水干管结构修复工程中，原有 DN600 钢筋混凝土管道出现严重腐蚀和沉积堵塞，造成排水能力下降。项目选用玻纤增强型CIPP 内衬修复技术，内衬厚度为 6mm ，在CCTV 检测明确病害分布后，先进行高压水清洗与管道内壁预处理。随后采用蒸汽热固化方式完成固化作业，整个升温过程控制在 90 分钟内，固化温度维持在 120% ，以确保树脂完全反应。修复完成后进行取芯强度测试，实测抗压强度达到55 MPa，内壁粗糙度显著降低，流态效率提高约 30% ，大幅提升管道输送能力，减轻后续运维压力。

在一项通信管线新建工程中，需铺设6 孔高密度聚乙烯（HDPE）通信导管，每孔直径为 110mm ，管道总长度145 米，施工深度4.2 米。所处地层为饱和粉质黏土，地质承载力有限，对施工稳定性要求较高。为确保推进精度与地层扰动控制，项目采用 φ600 mm 小型泥水平衡盾构设备进行顶管推进，推进力控制在350 ～400 kN 之间，并配备实时监测系统监控顶进姿态及地表沉降情况，防止地层空洞或渗漏。井口采用环氧砂浆高强度封堵，施工结束后进行接口压力测试，确保密封性良好，为后续光缆穿设提供了稳定、干燥的环境。

（二）应用中的技术挑战与应对策略

在非开挖技术的实际工程应用中，仍面临诸多技术难题和不确定因素。其中较为常见的问题包括地下障碍物探测不足，可能导致钻进过程中发生碰撞、偏孔或机械损坏；导向系统在强磁干扰或复杂地质条件下易出现漂移，影响路径精度；泥浆系统运行不稳定亦会导致孔壁坍塌、钻头卡阻或泥浆回流失控；而在修复类施工中，衬管固化失败则可能造成结构强度不足或渗漏隐患 [4]。为有效应对上述问题，应在施工前充分开展地下障碍物探测工作，推荐使用地质雷达（GPR）联合三维地质建模技术进行空间数据整合，提升地层辨识精度。在导向控制方面，可采用双回路导向系统并辅以无线测量修正装置，通过实时数据回传与路径偏差补偿算法，增强导向精度与控制稳定性。泥浆系统方面应配置粘度、比重等参数的在线监测装置，通过调整膨润土、水和添加剂比例以实现流变性能优化，避免孔内压力波动或浆液堵塞。对于 CIPP 等固化类施工工艺，建议在内衬布置过程中设置多点热传感器或红外温控监测装置，实时反馈温度场变化，确保固化过程均匀完整，提高最终结构强度与密封性能。

（三）施工组织与管理优化建议

非开挖技术对施工组织、现场调度及综合管理提出了更高要求，尤其在工程前期的统筹规划与信息集成方面，应实现提前介入、系统部署、精细管理。建议在设计阶段引入 BIM（建筑信息模型）与GIS（地理信息系统）相结合的空间定位管理技术，用于构建地下管线三维模型，精准定位现状管线、地下构筑物及潜在风险点 [5]。同时应建立地下障碍物数据库，结合历史资料、实测数据与现场探测成果进行动态更新，辅助优化施工路径与避障设计。在施工组织模式方面，可采用 EPC（设计—采购—施工）总承包模式，统一技术标准和作业流程，提升组织协调效率和项目执行的一致性。人员管理方面，应加强技术培训与岗位轮训，提升施工人员对非开挖设备操作、导向控制、泥浆管理及现场应急处理的综合能力，推动专业队伍建设，保障施工安全与质量。为实现精细化项目管理，应加快“智慧工地”系统的建设，配置远程监控装置、传感数据回传系统与施工进度可视化平台，实时掌握作业状态、设备运行情况与关键节点进度，从而全面提升施工质量、安全保障和项目管理水平。

总结：非开挖技术作为城市地下管网施工的重要发展方向，凭借其对地表干扰小、适应性强、施工效率高等优势，在城市基础设施建设与更新中发挥了日益重要的作用。通过对不同非开挖工艺的适用条件、技术特点及实际工程案例的分析可以看出，合理选择技术路径并结合现场地质与环境条件，是确保施工质量与安全的关键。同时，非开挖施工仍面临如导向精度控制、设备维护、人员技能等多方面挑战，需要在技术研发、施工组织和智能化管理等层面持续优化。未来，随着数字化技术与信息系统的深度融合，非开挖技术将更加智能、高效，助力城市地下空间开发迈向更高水平。

参考文献

[1] 郭威丽 . 非开挖铺设地下管线工程技术研究 [J]. 中国设备工程 ，2021，（04）：224-225.

[2] 尹程宏 . 市政工程非开挖施工技术的应用研究 [J]. 建筑技术开发 ，2021，48（03）：88-89.

[3] 张磊 . 市政排水非开挖顶管施工技术及实施要点研究 [J].水上安全 ，2024，（24）：22-24.

[4] 甘帅 ， 陈辉虎 ， 陈敏 ， 等 . 城镇排水管网非开挖修复技术研究与应用 [J]. 施工技术 （ 中英文 ），2024，53（22）：147-152+158.

[5] 柏波 . 非开挖修复技术在城镇排水管网修复中的应用研究[J]. 中国建筑金属结构 ，2020，（11）：114-115.