城市排水管網(wǎng)非開挖修復(fù)的總體發(fā)展趨勢

    就世界范圍來看，有待應(yīng)用非開挖技術(shù)的國家為數(shù)甚多；就中國來看，除一些省會(huì)城市，絕大多數(shù)中、小城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)還未問津非開挖工程，而現(xiàn)代化、城市化的進(jìn)程勢必使更廣袤的地區(qū)很快接受這一新技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)1998年我國自來水和下水道的人均占有量僅分別為0.18ｍ/人和0.1ｍ/人，而歐洲地區(qū)人均擁有的上、下水道則為12ｍ/人，分別是我國人均值的66.6倍和120倍。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的資料，截止到1995年6月，我國共有640個(gè)城市，2000年，我國的城市化人口已達(dá)4.5億，城市人口的增加，將使市政基礎(chǔ)設(shè)施的工程量大幅度增加，每年新增管線4萬公里，2000年管線已達(dá)20萬公里，且有更快速增長之勢。近幾年來、陜北、西南、新疆等地的油氣管道、成品油輸送管道，天然氣輸送管道，西氣東輸工程，南水北調(diào)工程及其分支工程，各類管道的鋪設(shè)均需要穿越公路、河流、鐵路。另外我國還有大量的電信管道，光纜線、燃?xì)夤艿?，城市集中供熱管道，電力、有線電視網(wǎng)等管線。無論從環(huán)境保護(hù)還是今后的市場需求來看，我國非開挖鋪管的工程量還需大幅度增加。

    非開挖技術(shù)服務(wù)目標(biāo)的拓展

    事實(shí)上，非開挖已經(jīng)把“含管線因素的淺地層水平鉆進(jìn)”納入為自己服務(wù)的范圍。這樣，不僅目前非開挖工程的一些主要服務(wù)目標(biāo)，而且更多的地質(zhì)工程或巖土工程項(xiàng)目也是非開挖技術(shù)的服務(wù)對(duì)象。與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國還會(huì)在環(huán)境治理井、排滲井、管棚工程、錨固與注漿、淺層可溶性礦產(chǎn)開發(fā)等更廣泛的領(lǐng)域展開非開挖技術(shù)的應(yīng)用。

    鉆具的研制

    在少數(shù)發(fā)達(dá)國家非開挖設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入系列化，如美國的定/導(dǎo)向鉆機(jī)和日本的微型隧道機(jī)等。我國近10年來非開挖設(shè)備的國產(chǎn)化速度顯著加快，尤其在水平定/導(dǎo)向鉆機(jī)的研發(fā)上十分突出（如深圳鉆通、北京土行孫等公司生產(chǎn)的設(shè)備），微型隧道頂管機(jī)也呈上升趨勢。這對(duì)提高非開挖設(shè)備的性價(jià)比，促進(jìn)我國非開挖事業(yè)的蓬勃發(fā)展意義重大。但目前國產(chǎn)設(shè)備的系列化程度不高，表現(xiàn)為“中間大，兩頭小”。集中國內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)力量，研發(fā)過江河與長距離穿越工程的大型設(shè)備是一個(gè)方向。而微小型和可拆卸性好的輕型非開挖設(shè)備更是國內(nèi)市場看好的研發(fā)趨勢，因?yàn)樵S多工程的場地受到嚴(yán)格限制，例如城市擁擠的街巷、陡峭的邊坡和隱蔽的豎井等。另外除定/導(dǎo)向鉆機(jī)和微型隧道機(jī)以外，其他非開挖工法設(shè)備（如氣動(dòng)矛、夯管錘、控向螺旋機(jī)、管道修復(fù)機(jī)、管道更換機(jī)等）的國產(chǎn)化進(jìn)程需要加快，數(shù)量需要增多。

    非開挖導(dǎo)向儀器的研發(fā)

    現(xiàn)代非開挖工程的核心技術(shù)是導(dǎo)向測試與控制。由國外少數(shù)公司研制生產(chǎn)的一系列于非開挖工程的測控儀器（如無線導(dǎo)向鉆進(jìn)儀、有線導(dǎo)向鉆進(jìn)儀、螺旋鉆控向器、微型隧道可控向裝置等）是近十幾年來非開挖技術(shù)水平提高、非開挖工程量顯著增加的關(guān)鍵所在。導(dǎo)向儀器的研制和開發(fā)在我國初露端倪。繼河北地礦局之后，杭州海博地基公司與中地大（武漢）聯(lián)合，已經(jīng)成功研制出新型的導(dǎo)向鉆進(jìn)無線導(dǎo)航儀原理機(jī)，部分測試參數(shù)如深度、鉆具面角、俯仰角的測試精度已滿足實(shí)用要求。與國外同類產(chǎn)品相比，從趨勢上看導(dǎo)航儀研發(fā)方向主要體現(xiàn)于以下幾個(gè)方面：1、對(duì)于地下發(fā)射無線技術(shù)，需增大儀器的穩(wěn)定性，尤其是抗外界環(huán)境干擾的能力；2、對(duì)于有線技術(shù)，將更側(cè)重于便利施工操作的信號(hào)傳輸系統(tǒng)的研發(fā)；3、地下器具參數(shù)的測試與隨鉆控制的智能化聯(lián)系需提高到新的水平；4、一些更新、更全面、更有效的非開挖測控方法有望問世。

    復(fù)雜地層非開挖施工工藝的研究

    非開挖工程中常見的復(fù)雜地層主要包括流沙、卵、礫石等松散層，強(qiáng)水敏粘土和淤泥層、硬巖層。如何從工法、設(shè)備、鉆具、材料等方面提高復(fù)雜地層和硬巖非開挖施工的水平，已成為國內(nèi)非開挖界一項(xiàng)共同奮斗目標(biāo)。

    在松散和強(qiáng)水敏地層中，時(shí)常發(fā)生坍塌、縮徑、垮孔，以致于無法形成鉆孔，還有可能毀壞地面及地下構(gòu)物，而且在鋪管時(shí)阻力特別大，嚴(yán)重影響非開挖工程的施工效率、成功性和安全性。對(duì)此，首先應(yīng)該建立水平孔孔壁力學(xué)計(jì)算模型，對(duì)不同復(fù)雜地層孔壁的穩(wěn)定性狀作出預(yù)測判斷；在采取技術(shù)措施時(shí)，應(yīng)配制成孔液、研制特殊鉆具及工藝規(guī)程、采取必要的輔助工序等。

    非開挖成孔液的科學(xué)使用

    非開挖成孔液不僅在復(fù)雜地層保護(hù)孔壁中起重要作用，而且在排渣、潤滑、水力導(dǎo)向等諸多方面有重要影響。然而，目前國內(nèi)非開挖施工中對(duì)成孔液的合理應(yīng)用重視不夠，往往造成施工速度慢、垮孔及地面塌陷、鋪管遇阻等嚴(yán)重后果。因此，對(duì)癥下藥地研發(fā)、設(shè)計(jì)、調(diào)配和應(yīng)用相應(yīng)的成孔液，可以形象地比喻為“磨刀不誤砍柴工”，是中國非開挖工藝技術(shù)今后發(fā)展的趨向之一。

    從性價(jià)比等多方面綜合考慮，適于非開挖施工的成孔液類型主要有膨潤土體系、天然植物膠體系、化工合成材料體系三大類，配方時(shí)所用的基本漿材和處理劑的可選品種較多。研發(fā)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)特別注意結(jié)合非開挖地層和工藝條件。從要求的性能上看：非開挖成孔液應(yīng)有較強(qiáng)的靜態(tài)粘結(jié)力、寬范圍可調(diào)的流動(dòng)粘度、優(yōu)良的降失水性和抑制性、顯著的潤滑性和剪切稀釋作用。

    非開挖的理論建模與工程計(jì)算

    與非開挖施工和設(shè)備開發(fā)相比，非開挖的理論分析與科學(xué)計(jì)算相對(duì)滯后，一些相關(guān)的力學(xué)數(shù)學(xué)模型、量化計(jì)算公式以及輔助設(shè)計(jì)軟件的研究開發(fā)和應(yīng)用急需跟上，例如導(dǎo)向動(dòng)力學(xué)分析方法、鉆孔軌跡設(shè)計(jì)與三維控制模型、水平孔孔壁穩(wěn)定計(jì)算分析、鋪管阻力計(jì)算算法等等。一旦形成密切聯(lián)系實(shí)際的理論并開發(fā)相應(yīng)軟件，必將對(duì)非開挖施工的優(yōu)化、提率和質(zhì)量、保證安全等產(chǎn)生共性的指導(dǎo)意義。

    非開挖信息與管理軟件平臺(tái)的建立

    利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，建立非開挖網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)，不僅可以資源共享，交流工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)得失，還可以整合優(yōu)勢力量，為國內(nèi)非開挖技術(shù)的快速發(fā)展儲(chǔ)備強(qiáng)大的信息庫。同時(shí)依托網(wǎng)絡(luò)*的功能，實(shí)現(xiàn)非開挖產(chǎn)業(yè)的商業(yè)運(yùn)作化、合理化，大大降低人力、物力，財(cái)力的支出。中國非開挖技術(shù)信息網(wǎng)為我們提供了一個(gè)很好獲取相關(guān)非開挖信息的平臺(tái)，但國內(nèi)此方面的門戶網(wǎng)站數(shù)量還很少，已有網(wǎng)站也存在質(zhì)量不高，內(nèi)容單一，功能或缺等問題，因此如何加強(qiáng)網(wǎng)站之間的聯(lián)合推陳出新，也很值得關(guān)注。

    非開挖管理軟件的開發(fā)對(duì)非開挖工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、成本核算、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、科學(xué)管理具有重要的指導(dǎo)意義。國內(nèi)在此領(lǐng)域起步較晚，水平有限，某些單位已經(jīng)開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的非開挖商用軟件，但軟件的通用性、適用性不強(qiáng)。因此，如何研發(fā)功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)庫豐富 ，界面人性化，運(yùn)算速度快，便于科學(xué)管理的非開挖管理軟件迫在眉睫。

    總之，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，道路交通設(shè)施的不斷完善，國內(nèi)非開挖市場將會(huì)越來越廣，在市場的帶動(dòng)及同行們的共同努力下，我國的非開挖技術(shù)水平也必然會(huì)大幅提高。