管网工程非开挖施工技术在城市老旧区域的应用与优化分析

一、引言

1.1 研究背景

随着城市化进程的加速，城市老旧区域基础设施老化问题日益凸显，其中管网系统的更新改造迫在眉睫。城市老旧区域往往存在道路狭窄、建筑物密集、地下管线错综复杂、交通流量大等特点，传统的开挖施工方式在进行管网工程建设时，会造成交通拥堵、环境污染、破坏周边建筑物基础等诸多问题，严重影响居民的日常生活和城市的正常运转。非开挖施工技术凭借其对周边环境影响小、施工效率高、能在复杂地下条件下作业等优势，逐渐成为城市老旧区域管网工程施工的重要选择。深入研究非开挖施工技术在城市老旧区域的应用与优化，对于提升管网工程施工质量、降低施工成本、减少对城市生活的干扰具有重要的现实意义。

1.2 国内外研究现状

国外对非开挖施工技术的研究和应用起步较早，自 20 世纪 70 年代以来，美国、德国、日本等国家在非开挖技术领域投入大量资源，取得了丰硕的成果。在技术研发方面，不断推出新型的非开挖施工设备和工艺，如德国研发的高精度导向系统，显著提高了水平定向钻施工的准确性；美国在管道原位修复技术上取得突破，研发出多种高效的修复材料和工艺。在应用方面，非开挖施工技术已广泛应用于城市各类管网工程，并形成了完善的施工规范和标准。

我国非开挖施工技术的研究和应用虽起步较晚，但发展迅速。近年来，随着城市建设的需求增加，国内科研机构和企业积极开展非开挖技术的研究与实践。在顶管施工、水平定向钻施工等技术方面已达到国际先进水平，并且在一些复杂地质条件和特殊环境下的施工积累了丰富经验。然而，与国外相比，我国在非开挖施工技术的基础理论研究、高端设备研发以及施工工艺的精细化管理等方面仍存在一定差距，尤其是在城市老旧区域管网工程施工中，如何更好地适应复杂的地下环境和特殊的施工要求，还需要进一步深入研究和探索。

二、管网工程非开挖施工技术概述

2.1 非开挖施工技术的定义与特点

非开挖施工技术是指在不开挖或仅开挖少量工作坑的条件下，综合运用岩土钻掘、定向测控、材料科学等多学科技术手段，在地下完成各类管线铺设、修复或更换的施工技术。与传统“开膛破肚”式的开挖施工技术相比，非开挖施工技术呈现出显著的技术革新特征与应用优势。

从施工干扰层面来看，非开挖技术对地面活动的影响被降至最低。以城市核心区的管网施工为例，传统开挖施工往往需要封闭道路数月，导致交通严重拥堵，据统计，每公里开挖施工平均造成周边路段通行效率下降 60‰ 。而非开挖施工仅需在工作坑位置占用少量路面，某城市地铁配套管网工程采用非开挖技术后，道路封闭面积减少 90% ，交通疏导成本降低 75% ，有效保障了城市正常运转。在环境影响方面，非开挖技术可减少 90% 以上的扬尘污染，噪音值较传统施工降低 20-30 分贝，极大改善了施工区域的空气质量与声环境。同时，非开挖施工对周边建筑物基础的扰动极小，某老旧小区管网改造项目中，采用非开挖技术后，周边建筑物沉降量控制在3 毫米以内，远低于传统施工的15-20 毫米，有效保障了建筑安全。

施工效率方面，非开挖技术通过专业化设备与精准测控系统，在复杂地下条件下展现出强大适应性。在穿越河流、铁路等障碍物时，非开挖施工周期可比传统方式缩短 40%-60%₉ 。在适用范围上，非开挖技术可覆盖DN50-DN3000 的管径范围，适用于钢管、PE 管、混凝土管等多种材质管线，无论是软土地层、砂卵石地层还是岩石地层，均可通过针对性工艺实现施工。

2.2 常见的非开挖施工技术

2.2.1 顶管施工技术

顶管施工技术是借助主顶油缸、中继间等设备提供的推力，将工具管或掘进机从工作坑出发，沿设计轨迹穿过土层推进至接收坑，同时将后续管道依次顶进完成铺设的施工方法。该技术适用于 1.2-3.0 米大口径管道铺设，最大顶进距离

可达2000 米以上。

按掘进方式分类，手掘式顶管依靠人工挖掘，适用于管径较小、地质条件稳定的工况，其优点是施工成本低、对地层扰动小，但劳动强度大、施工效率低；机械挖掘式顶管采用刀盘切削土体，配合螺旋输送机出渣，常见机型包括泥水平衡式、土压平衡式等，其中泥水平衡式适用于富水地层，通过泥浆压力平衡地下水压力，防止塌方；土压平衡式则通过控制土仓压力，适用于粘性土、砂性土地层。挤压式顶管主要用于管径较小、土质较软的情况，通过挤压土体形成管道空间。

在某城市主干道雨污分流工程中，采用DN2000 泥水平衡顶管机施工，配备高精度激光导向系统，将轴线偏差控制在 ±15 毫米以内，穿越长度达 800 米，施工效率达到每天 8-10 米。但顶管施工设备购置成本高达数百万至数千万元，且在岩石硬度超过 80MPa 的地层中，需采用破碎锤等辅助设备，施工成本显著增加。

2.2.2 水平定向钻施工技术

水平定向钻施工遵循“先导向后回拖”的作业流程：首先利用导向仪控制钻头，按照设计轨迹钻出导向孔，随后通过扩孔器将孔径逐步扩大至设计要求，最后将预制管道回拖至孔内完成铺设。该技术施工速度可达每天 100-300 米，适用于300 米以内短距离管线穿越。

施工设备主要由钻机、导向系统、泥浆系统组成。导向系统是技术核心，现代高精度导向仪定位精度可达 ±5 厘米，能够实时监测钻头深度、倾角等参数。泥浆系统通过注入膨润土泥浆，起到护壁、润滑和携渣作用。在某跨江天然气管道工程中，采用定向钻穿越长度 1200 米，管径DN800，通过调整泥浆配比与钻进参数，成功穿越砂卵石地层。

然而，该技术在卵石含量超过 30% 的地层中，易出现钻头磨损、卡钻等问题。某市政工程在穿越河滩卵石层时，因卵石粒径超过 20 厘米，导致钻头寿命缩短 60% ，施工成本增加 40% 。同时，回拖力计算偏差可能导致管道断裂，需通过摩阻系数计算、现场试拖等措施优化施工方案。

2.2.3 管道原位修复技术

管道原位修复技术是基于“以修代挖”理念，在不开挖地表的前提下，对病害管道进行结构性或非结构性修复的技术体系。其核心技术包括内衬法、喷涂法、缠绕法等。

内衬法是应用最广泛的修复技术，分为软管翻转内衬、CIPP（原位固化）等工艺。软管翻转内衬通过水压或气压将浸满树脂的软管翻转至旧管道内，固化后形成新管；CIPP 技术则采用紫外线或蒸汽固化方式，施工周期短至4-6 小时。在某老旧小区铸铁管道修复中，采用 CIPP 技术修复DN300 管道 1500 米，修复后管道耐压等级从0.4MPa 提升至 1.0MPa ，渗漏率下降 95% 。

喷涂法利用高压喷涂设备，将水泥砂浆、环氧树脂等材料喷涂在管道内壁形成防护层，适用于管径DN150-DN2000 的修复，涂层厚度可达3-10 毫米。某污水管道修复项目中，采用环氧砂浆喷涂技术，有效解决了管道腐蚀问题，修复后使用寿命延长 20 年以上。

缠绕法采用纤维增强材料与树脂，通过缠绕设备在管道内壁形成高强度内衬，适用于结构性修复。在某城市供水主干管修复中，采用碳纤维缠绕技术修复DN1200 管道，环向拉伸强度达到 3500MPa ，完全满足原管道承载要求。

这些技术不仅避免了道路开挖带来的社会成本，还可使修复后的管道过水能力提升 10%-20% ，显著降低管网漏损率，在城市老旧管网改造中具有不可替代的优势。

参考文献

[1]李勇，等.城市老旧区域管网非开挖修复技术的实践与创新[J].市政技术，2023,41(5):102-106.

[2]张峰，等.水平定向钻在复杂地质条件下的施工技术研究——以城市老旧区域管网铺设为例[J].岩土工程学报，2022,44(12):2312-2320.