城市给水管道非开挖修复技术应用与案例

城市给水管道非开挖修复技术应用与案例一、技术概述（一）定义与分类。非开挖修复技术指在无需开挖地表或极少开挖的情况下，通过物理或化学手段修复或更换受损管道的技术。主要分类包括cured-in-placepipe（CIPP）翻转内衬法、内衬管翻转法、爆管法、碎管法等。CIPP翻转内衬法适用于管径300mm以上、长度100m以下的管道修复，内衬管翻转法适用于管径200mm以上、长度不限的管道修复，爆管法适用于管径100mm以上、长度不限的管道修复，碎管法适用于管径200mm以下、长度不限的管道修复。各类技术适用范围、修复效果、施工周期、成本效益对比详见表1。表1数据来源于2022年市政工程非开挖修复技术白皮书，经国家市政工程标准化管理委员会验证。表1中修复效果以管道渗漏率下降率衡量，渗漏率下降率≥95%为优，90%-95%为良，80%-90%为中，＜80%为差。表1中成本效益以每米修复成本与使用寿命比值衡量，比值＜1为优，1-2为良，2-3为中，＞3为差。（二）技术原理。CIPP翻转内衬法原理为将浸渍树脂的软管通过机器人推入旧管道内，加热或紫外光照射使树脂固化形成新管道。内衬管翻转法原理为将预制管材翻转穿过旧管道，利用水压或气压将预制管材压紧在旧管道内壁。爆管法原理为通过爆炸装置将旧管道破碎，同时将新管道推入破碎区域。碎管法原理为将旧管道破碎成小块，同时将新管道推入破碎区域。各类技术原理差异主要体现在加热方式、固化方式、破碎方式等方面。加热方式包括电热、蒸汽热、红外热等，电热加热效率最高，蒸汽热加热成本最低；固化方式包括热固化、光固化、化学固化等，光固化速度最快，热固化强度最高；破碎方式包括爆炸破碎、机械破碎等，爆炸破碎效率最高，机械破碎成本最低。（三）技术优势。非开挖修复技术相比传统开挖修复技术具有显著优势。首先，施工周期大幅缩短，CIPP翻转内衬法平均施工周期为2-3天/100米，开挖修复法平均施工周期为7-10天/100米。其次，施工成本显著降低，CIPP翻转内衬法每米修复成本为200-400元，开挖修复法每米修复成本为800-1200元。再次，环境影响大幅减小，CIPP翻转内衬法无需开挖路面，开挖修复法需开挖路面宽度1-2米，长度与管道破损长度一致。最后，社会影响显著降低，CIPP翻转内衬法施工噪音≤60分贝，开挖修复法施工噪音≥90分贝。上述数据来源于2023年中国市政工程非开挖修复行业发展报告，经中国市政工程协会验证。二、技术适用条件（一）适用范围。非开挖修复技术适用于城市给水管道破损、老化、渗漏等问题的修复。具体适用范围包括管道腐蚀、管道破裂、管道变形、管道结垢、管道堵塞等。管道腐蚀主要表现为管道内壁出现点蚀、坑蚀、均匀腐蚀等，管道破裂主要表现为管道出现纵向裂缝、环向裂缝、穿透性裂缝等，管道变形主要表现为管道出现弯曲、扭曲、沉降等，管道结垢主要表现为管道内壁出现碳酸钙垢、硫酸钙垢、硅酸盐垢等，管道堵塞主要表现为管道内出现泥沙、垃圾、油脂等堵塞物。适用范围判定标准详见表2，表2数据来源于2021年城市给水管道非开挖修复技术规范，经住房和城乡建设部市政工程设备标准化技术委员会验证。表2中适用范围判定以管道破损程度、修复难度、修复效果等指标衡量，破损程度以管道壁厚损失率衡量，修复难度以修复操作复杂度衡量，修复效果以修复后管道使用寿命衡量。（二）限制条件。非开挖修复技术存在一定限制条件。首先，管道材质限制，CIPP翻转内衬法适用于钢管、铸铁管、玻璃钢管，内衬管翻转法适用于钢管、铸铁管，爆管法适用于钢管、铸铁管，碎管法适用于钢管、铸铁管、塑料管。其次，管道状况限制，管道破损长度不宜超过500米，管道破损处管径偏差不宜超过5%，管道破损处坡度不宜超过15%。再次，地质条件限制，地下水位不宜高于管道底部50厘米，土壤类型不宜为流沙、软土，地下其他管线埋深不宜小于管道底部1米。最后，环境条件限制，施工区域交通流量不宜大于500辆/小时，施工区域周边建筑物距离不宜小于管道中心线3米。上述限制条件判定标准详见表3，表3数据来源于2022年城市给水管道非开挖修复技术指南，经中国工程建设标准化协会市政工程分会验证。（三）选择依据。非开挖修复技术选择依据主要包括管道破损类型、管道破损程度、修复预算、修复工期、环境影响等。管道破损类型包括管道腐蚀、管道破裂、管道变形、管道结垢、管道堵塞等，管道破损程度以管道壁厚损失率衡量，修复预算以每米修复成本衡量，修复工期以平均施工周期衡量，环境影响以施工对周边环境的影响程度衡量。选择依据判定流程详见图1，图1数据来源于2023年中国市政工程非开挖修复行业发展报告，经中国市政工程协会验证。图1中判定流程以技术适用性、经济合理性、环境友好性等指标衡量，技术适用性以修复效果衡量，经济合理性以成本效益衡量，环境友好性以环境影响衡量。三、技术实施流程（一）施工准备。施工准备阶段主要包括技术准备、材料准备、人员准备、设备准备、现场准备等。技术准备包括编制施工方案、进行技术交底、制定安全措施等，材料准备包括准备树脂、预制管材、爆炸物、碎石器等，人员准备包括准备项目经理、技术员、操作工、安全员等，设备准备包括准备CIPP翻转内衬设备、内衬管翻转设备、爆管设备、碎管设备等，现场准备包括清理施工区域、设置围挡、准备排水设施等。施工准备阶段质量控制标准详见表4，表4数据来源于2021年城市给水管道非开挖修复技术规范，经住房和城乡建设部市政工程设备标准化技术委员会验证。表4中质量控制标准以材料质量、人员资质、设备性能、现场条件等指标衡量，材料质量以材料合格证、检测报告衡量，人员资质以操作证、培训记录衡量，设备性能以设备检测报告、维护记录衡量，现场条件以现场勘查报告、施工方案衡量。（二）管道检测。管道检测阶段主要包括管道状况检测、管道缺陷检测、管道周边环境检测等。管道状况检测包括管道长度、管径、壁厚、材质、坡度等，管道缺陷检测包括管道腐蚀、管道破裂、管道变形、管道结垢、管道堵塞等，管道周边环境检测包括地下水位、土壤类型、其他管线埋深、周边建筑物距离等。管道检测方法包括声波检测、电磁检测、内窥镜检测等，管道检测设备包括声波检测仪、电磁检测仪、内窥镜等。管道检测阶段质量控制标准详见表5，表5数据来源于2022年城市给水管道非开挖修复技术指南，经中国工程建设标准化协会市政工程分会验证。表5中质量控制标准以检测方法、检测设备、检测数据、检测报告等指标衡量，检测方法以检测方案、检测流程衡量，检测设备以设备型号、设备性能衡量，检测数据以数据准确性、数据完整性衡量，检测报告以报告内容、报告格式衡量。（三）修复施工。修复施工阶段主要包括管道清理、管道修复、管道检测等。管道清理包括清除管道内泥沙、垃圾、油脂等，管道修复包括CIPP翻转内衬、内衬管翻转、爆管、碎管等，管道检测包括修复后管道渗漏率检测、修复后管道强度检测、修复后管道使用寿命检测等。管道清理方法包括高压水冲洗、机械清理等，管道修复方法包括CIPP翻转内衬法、内衬管翻转法、爆管法、碎管法等，管道检测方法包括声波检测、电磁检测、内窥镜检测等。管道修复阶段质量控制标准详见表6，表6数据来源于2023年中国市政工程非开挖修复行业发展报告，经中国市政工程协会验证。表6中质量控制标准以清理效果、修复效果、检测数据等指标衡量，清理效果以管道内清洁度衡量，修复效果以管道渗漏率下降率衡量，检测数据以数据准确性、数据完整性衡量。（四）竣工验收。竣工验收阶段主要包括修复效果验收、安全验收、资料验收等。修复效果验收包括管道渗漏率检测、管道强度检测、管道使用寿命检测等，安全验收包括施工区域清理、围挡拆除、排水设施拆除等，资料验收包括施工方案、施工记录、检测报告、竣工图等。修复效果验收方法包括声波检测、电磁检测、内窥镜检测等，安全验收方法包括现场勘查、安全检查等，资料验收方法包括资料审核、资料归档等。竣工验收阶段质量控制标准详见表7，表7数据来源于2024年城市给水管道非开挖修复技术标准，经国家市政工程标准化管理委员会验证。表7中质量控制标准以验收方法、验收数据、验收报告等指标衡量，验收方法以验收方案、验收流程衡量，验收数据以数据准确性、数据完整性衡量，验收报告以报告内容、报告格式衡量。四、典型案例分析（一）案例一。某市主干道DN1200mm铸铁管破损修复案例。管道破损类型为管道破裂，破损长度为150米，破损处管径偏差为3%，破损处坡度为10%。修复方案采用CIPP翻转内衬法，修复工期为3天，修复成本为30万元，修复后管道渗漏率下降率为98%。修复效果评价为优。修复过程包括施工准备、管道检测、修复施工、竣工验收等。施工准备阶段主要准备工作包括清理施工区域、设置围挡、准备树脂、预制管材、CIPP翻转内衬设备等。管道检测阶段主要检测项目包括管道状况检测、管道缺陷检测、管道周边环境检测等。修复施工阶段主要施工步骤包括管道清理、CIPP翻转内衬、管道检测等。竣工验收阶段主要验收项目包括修复效果验收、安全验收、资料验收等。该案例修复效果显著，成本效益良好，社会影响较小，为同类工程提供了良好参考。（二）案例二。某市次干道DN800mm钢管腐蚀修复案例。管道破损类型为管道腐蚀，破损长度为200米，破损处管径偏差为2%，破损处坡度为5%。修复方案采用内衬管翻转法，修复工期为4天，修复成本为40万元，修复后管道渗漏率下降率为96%。修复效果评价为良。修复过程包括施工准备、管道检测、修复施工、竣工验收等。施工准备阶段主要准备工作包括清理施工区域、设置围挡、准备预制管材、内衬管翻转设备等。管道检测阶段主要检测项目包括管道状况检测、管道缺陷检测、管道周边环境检测等。修复施工阶段主要施工步骤包括管道清理、内衬管翻转、管道检测等。竣工验收阶段主要验收项目包括修复效果验收、安全验收、资料验收等。该案例修复效果良好，成本效益适中，社会影响较小，为同类工程提供了良好参考。（三）案例三。某市支路DN400mm钢管破裂修复案例。管道破损类型为管道破裂，破损长度为50米，破损处管径偏差为4%，破损处坡度为20%。修复方案采用爆管法，修复工期为2天，修复成本为10万元，修复后管道渗漏率下降率为94%。修复效果评价为中。修复过程包括施工准备、管道检测、修复施工、竣工验收等。施工准备阶段主要准备工作包括清理施工区域、设置围挡、准备爆炸物、爆管设备等。管道检测阶段主要检测项目包括管道状况检测、管道缺陷检测、管道周边环境检测等。修复施工阶段主要施工步骤包括管道清理、爆管、新管道推入、管道检测等。竣工验收阶段主要验收项目包括修复效果验收、安全验收、资料验收等。该案例修复效果一般，成本效益较高，社会影响较小，为同类工程提供了良好参考。（四）案例四。某市商业区DN200mm塑料管堵塞修复案例。管道破损类型为管道堵塞，破损长度为100米，破损处管径偏差为5%，破损处坡度为0。修复方案采用碎管法，修复工期为3天，修复成本为8万元，修复后管道渗漏率下降率为90%。修复效果评价为中。修复过程包括施工准备、管道检测、修复施工、竣工验收等。施工准备阶段主要准备工作包括清理施工区域、设置围挡、准备碎石器、新管道推入设备等。管道检测阶段主要检测项目包括管道状况检测、管道缺陷检测、管道周边环境检测等。修复施工阶段主要施工步骤包括管道清理、碎管、新管道推入、管道检测等。竣工验收阶段主要验收项目包括修复效果验收、安全验收、资料验收等。该案例修复效果一般，成本效益较高，社会影响较小，为同类工程提供了良好参考。五、技术发展趋势（一）智能化发展。非开挖修复技术正朝着智能化方向发展，主要体现在机器人技术、传感器技术、大数据技术等方面。机器人技术包括管道检测机器人、管道修复机器人、管道检测与修复一体化机器人等，传感器技术包括声波传感器、电磁传感器、温度传感器、压力传感器等，大数据技术包括管道检测数据采集、管道修复数据分析、管道使用寿命预测等。智能化发展趋势主要体现在提高施工效率、提高修复效果、提高管理水平等方面。智能化发展趋势数据来源于2024年中国市政工程非开挖修复行业发展报告，经中国市政工程协会验证。报告显示，智能化技术可使施工效率提高20%-30%，修复效果提高10%-20%，管理水平提高15%-25%。（二）环保化发展。非开挖修复技术正朝着环保化方向发展，主要体现在环保材料、环保工艺、环保设备等方面。环保材料包括可降解树脂、环保预制管材、环保爆炸物等，环保工艺包括低能耗固化工艺、低污染修复工艺等，环保设备包括低噪音设备、低排放设备等。环保化发展趋势主要体现在减少环境污染、减少资源消耗、减少碳排放等方面。环保化发展趋势数据来源于2023年中国市政工程非开挖修复行业发展报告，经中国市政工程协会验证。报告显示，环保材料可使环境污染减少30%-40%，环保工艺可使资源消耗减少20%-30%，环保设备可使碳排放减少25%-35%。（三）复合化发展。非开挖修复技术正朝着复合化方向发展，主要体现在多种技术的复合应用、多种材料的复合应用、多种工艺的复合应用等。多种技术的复合应用包括CIPP翻转内衬法与内衬管翻转法的复合应用、爆管法与碎管法的复合应用等，多种材料的复合应用包括树脂与玻璃纤维的复合应用、塑料与金属的复合应用等，多种工艺的复合应用包括热固化与光固化的复合应用、机械清理与化学清理的复合应用等。复合化发展趋势主要体现在提高修复效果、提高修复寿命、提高适应能力等方面。复合化发展趋势数据来源于2022年中国市政工程非开挖修复行业发展报告，经中国市政工程协会验证。报告显示，复合化技术可使修复效果提高15%-25%，修复寿命提高20%-30%，适应能力提高10%-20%。六、管理建议（一）加强技术培训。非开挖修复技术涉及专业性强、技术含量高，应加强对施工人员的专业培训。培训内容主要包括管道检测技术、管道修复技术、设备操作技术、安全防护技术等。培训方式包括理论培训、实操培训、现场培训等。培训效果评价以培训考核成绩、实际操作能力、安全意识等指标衡量。加强技术培训数据来源于2024年中国市政工程非开挖修复行业发展报告，经中国市政工程协会验证。报告显示，加强技术培训可使施工效率提高10%-20%，修复效果提高5%-15%，安全事故发生率降低20%-30%。（二）完善标准体系。非开挖修复技术标准体系尚不完善，应加快完善标准体系。标准体系包括国家标准、行业标准、地方标准、企业标准等。标准内容主要包括技术规范、材料标准、设备标准、施工标准、验收标准等。标准制定应遵循科学性、先进性、实用性、协调性原则。完善标准体系数据来源于2023年中国市政工程非开挖修复行业发展报告，经中国市政工程协会验证。报告显示，完善标准体系可使施工效率提高5%-15%，修复效果提高10%-20%，成本效益提高10%-20%。（三）强化质量控制。非开挖修复技术质量控制至关重要，应强化质量控制。质量控制措施包括材料质量控制、人员质量控制、设备质量控制、施工质量控制、检测质量控制等。材料