为迎接北京市奥运会的召开，自2003~2007年间北京市进行了一系列的重大基础设施改造与扩建工程，包括市政管道工程中的燃气、热力、电力、排水、自来水等管道工程，其中一部分使用了非开挖施工技术。就直觉而言，奥运会前北京街头随处可见顶管工作坑的起吊支架和非开挖施工围护。就数字而言，北京市在奥运会之前的非开挖工程量有极大增加。通过这些非开挖工程施工增加了政府相部门对此项技术的认识与认可，为今后的非开挖技术的研究与应用打下了良好基础。
1 北京市道路下地下空洞非开挖探测技术现状
近年来，北京曾多次发生道路塌陷的事故，如东三环京广桥东外环辅路塌陷、西大望路塌陷、国贸桥北三环外环辅路塌陷、白纸坊路塌陷、菜市口大街塌陷等等。这些塌陷发生突然，造成了人员伤害、车辆陷入，同时损环其它基础设施和管道，带来的危害和经济损失非常大。
通过这些事件，北京市政府对道路地下空洞的隐蔽性、突发性和不可预知性有了极深刻的印象。因此，在2008年6月份前，为迎接第29届奥运会的召开，在北京市奥组会应急协调指挥部门的领导下已对北京市各比赛场馆周边及重点道路做了大规模的地下空洞探测工作，并对已发现的较大的十多处地下空洞进行了处理。并正在将非开挖道路探测工作演变为新修道路、地铁施工前的常规检查。
目前北京市在用的道路非开挖探测技术主要有地质雷达探测法、高密度电阻率法、弹性波法等。但由于以下原因，探测结果尚不能完全令人满意：
（1）抗干扰能力不足: 城市道路作业环境复杂，道路周围的路灯、输电线、电器设备都能成为电磁干扰源，干涉有效数据，使采集到的数据不能反映地下的真实信息。
（2）数据采集速度慢: 现有地质雷达仪器数据采集速度为几十至几百道/秒，且信噪比与采集速度成反比，速度越快，信噪比越低。
（3）定位困难: 在道路上进行探测作业时，地质雷达定位多采用车轮进行距离测量。道路状况、轮胎磨损，甚至路面温度都能造成计量误差，而且只能进行直线距离定位。
（4）探测深度不足: 地质雷达在土壤中有效探测深度约2-3米。道路下方回填土层中探测深度更浅。
据我们分析，造成北京市道路下方地下空洞的原因有以下几点：（1）大部分市政基础设施，如给水、燃气、通讯、电力、热力等，主要埋设在市政道路的下方，道路多次开挖施工，回填不实。(2)地下供水管道、雨污水管道经常出现渗漏，逐渐将管道周围的泥土冲蚀带走。
地铁隧道施工造成上方土层的疏松和空洞，打破地层原有的平衡状态。(3)交通荷载的震动加速了道路下方管道间土体的下沉并寻求新的平衡，而管道的刚度较大，协调变形能力差，位置错动致使出现管道裂纹、泄漏等。(4)非开挖施工中的定向钻进法、顶管法在浅层或大口径施工时对地表和周围设施产生挤压，施工后管道与周围土体间留有间隙。(5)废弃防空洞、古墓、老砖窑、尾矿回填不实、地下水位下降等。
2 北京市非开挖铺管技术现状
通过对近年来在北京市完成的具有代表性的64例管道铺设工程分析，得到以下结果：
2.1 铺管方法
近几年北京市使用的非开挖铺管方法分为三种，即定向钻铺管法、夯管铺管法和顶管法。由于冲击矛法穿越长度和管线口径太小，且方向无法保证，在调研中未发现使用冲击矛施工的实例。在调查的64例中顶管法占15例，定向钻法36例，夯管法13例。铺管口径：40~2200 mm。铺管长度：28~3600 m。使用管材：钢管，钢筋混凝土管，铁管，硅芯管，PE, HDPE。
在调查中发现在北京应用的定向钻施工主要用于穿越北京通往外省市的高速公路、铁路、市内城铁、河流、住宅小区内的绿地和建筑物，直径范围是40~1016 mm，施工长度38~1200 m，所用管材为PE, HDPE，钢管，铁管，硅芯管。受探测器的能力限制，铺设深度一般在5m以内。穿越地层主要是粘土、亚粘土、粉砂土、回填土、流砂层等松软或含有少量卵砾的地层。
在北京市各行业中所用的顶管主要是手掘式顶管，部分复杂条件下用到了机械顶管，且主要是土压式顶管和泥水式顶管。在北京使用的泥水式顶管机有日本的RASA公司的产品及中国扬州产的DBNP600型泥水式顶管机，土压平衡式顶管机有北京市通州宏旺市政工程施工处的DK2150型单刀盘土压平衡机械顶管机。据调查，在北京使用的顶管施工的直径为300~2200mm，施工长度57~3600m，使用管材为钢管和钢筋混凝土管。
非开挖技术.管道检测.管道修复.管道气囊.管道封堵.CCTV.管道内窥检测.潜望镜.气囊.HDPE.CIPP.管道非开挖.非开挖.管道清淤.封堵气囊.管道塌陷.管道破损.排水管道检测.非开挖技术.管道检测.管道修复.管道气囊.管道封堵.CCTV.管道内窥检测.潜望镜.气囊.HDPE.CIPP.管道非开挖.非开挖.管道清淤.封堵气囊.管道塌陷.管道破损.排水管道检测.非开挖技术.管道检测.管道修复.管道气囊.管道封堵.CCTV.管道内窥检测.潜望镜.气囊.HDPE.CIPP.管道非开挖.非开挖.管道清淤.封堵气囊.管道塌陷.管道破损.排水管道检测.非开挖技术.管道检测.管道修复.管道气囊.管道封堵.CCTV.管道内窥检测.潜望镜.气囊.HDPE.CIPP.管道非开挖.非开挖.管道清淤.封堵气囊.管道塌陷.管道破损.排水管道检测.
北京的夯管用于穿路的工程较多，由于距离较短，进入钢管内的土，多在夯击结束后用人工掏挖法进行清理。据调查，在北京进行的夯管施工的直径为108~1200mm，施工长度为28~126m，所用管材仅为钢管。
2.2 铺管的类型
就调查的典型案例看，北京市非开挖铺管的类型涉及到市政管道工程的各个行业，其中燃气管道工程24例，污水管道工程12例，热力管道工程6例，供水管道工程4例，通讯管道工程4例，地铁管棚工程3例，输油管道工程1例。这基本上反映了几大行业使用非开挖铺管技术的比例。
2.3 铺管的地理位置
从穿越位置看，北京市的非开挖铺管工程涵盖了公园、文化遗址、高速公路、高速铁路、城铁、地铁、立交桥、河流、机场跑道、居民区和家属楼，应用环境多变。据北京天环非开挖公司资料介绍，在首都机场三号航站楼环网电缆敷设工程和首都机场高速南线综合管线入地工程中，定向钻有重要贡献，铺设的缆线总长度超过50km。
北京市用非开挖法修复地下管道的主要技术有：内插法、U形折叠法、翻转内衬法。
由于内插法有较大断面损失，故在北京用的案例较少，从个别案例看：新管直径在500~630mm之间，插入新管的管材为PE管，新管直径比旧管道直径小1~2级，施工长度在32~1030m之间，旧管多为钢筋混凝土污水管道。
在北京使用的 U形管法修复的管道直径范围是200~400mm，单次施工长度达700m，用于燃气管道的修复。 在北京使用的翻转内衬法修复的旧管直径范围在250~700mm，单次施工长度在255~800m之间，主要用于中高压燃气管道修复。其中北京天环非开挖公司在南三环玉泉营－十里河段用这种方法修复了16.3km, 土城北路中压管线，东四环高压管线修复了16.6km，复兴路五棵松－公主坟高压管线修复了2.7km。
根据调查，北京市的管道更换的方法仅是碎管法，且是静力碎管法，其中以德国TT集团的碎管机应用较多。在北京市利用此法破碎的旧管道主要是混凝土管，更换后的新管道是PE管和钢管。主要用于污水管道和燃气管道的更换，旧管道的直径为200~450mm，更换后的直径可增容1~2个级别，单次施工长度为80~160m.
4 北京市非开挖产业分析
（1）北京市非开挖企业：以民营为主，规模偏小
从我们调查与走访的30家非开挖专业生产与施工的企业看，以民营与私人企业为主。成立时间不长，短则成立刚一年，长时不过15年。规模较小，注册资金少则30万元，多者600万元，从事顶管工程的资金最多，达4000万元。非开挖公司的人员流动大、技术水平低。企业效益不稳定，缺乏专利技术，缺乏自主设计，缺乏核心竞争力。
（2）北京市非开挖工程占有率：起点低，增长快
经过调查，非开挖工程的市场占有率比预估的要好。在过去的几年中，仅从几家非开挖公司反馈的数据看，用定向钻施工的通讯电缆超过60km，用定向钻完成的其它管道长度超过20km，用顶管法完成的管道铺设超过80km，用翻转法修复的管道长度超过50km，用碎管法完成的管道更新超过20km。
据2005年10月12日竞报报道，六环路天然气管线工程一期全长近40公里，从通州区马驹桥镇为起点，沿六环路外环向东、折向北，依次穿过京津塘高速公路、京沈高速公路、京哈高速公路等国道；穿越台次路、京榆旧路、通顺路、凉水河、新月友河、萧太后河等河流及沟渠和京承铁路、机场专用线铁路等重要铁路干线后到达终点顺义区李桥镇。仅在早期铺设的12567米中，用非开挖法施工的穿跨越长度达3084米，占管线设计总长的32.1%，这其中用到了定向钻、顶管和夯管三种非开挖铺设方法。
在2006~2007进行的北京市72条雨污水管道改造工程中，对上世纪五六十年代长约30公里的老旧设施进行了改造。对育群胡同旧沟、北总布胡同旧沟、魏家胡同旧沟、雍和宫大街东便北段合流、蓝靛厂污水分流、槐柏树后街合流、甜水园东街合流、东皇城根南段合流、东华门大街南便合流、玲珑花园污水、铁家坟暗沟、西河沿西段旧沟、丰台豆制品厂污水、百万庄园小区西线污水、西安门大街合流等消隐工程进行了旧沟改管、翻修管线、暗沟锚喷加固、翻建部分雨水口、检查井和清淤掏挖等工作，对丰台体育中心污水、847厂污水、槐柏树后街合流、百万庄园小区西线污水、望京西路污水等十几条消隐工程采用了扩管、定向钻、内衬等非开挖技术进行施工，长度达8000多米，非开挖施工量约占总长度的27%。
北京市的非开挖工程使用率由2005年前的不足1%发展到2007年在有些工程中占到27~32%，可见是一个巨大进步，实现了北京市政府拟定的将2007年非开挖工程量提高到10%的号召。不可否认，许多市政工程借了奥运会的东风，提前完成了预定的更新改造项目。故不能保证今后几年仍有同样的发展速度。
（3）北京市非开挖政策环境：从无到有，正在快速改善
尽管在1996年10月1日，中华人民共和国国务院出台了198号令《城市道路管理条例》，“条例”中明确规定：“新修道路5年不准挖，修复道路3年不准挖”。由于当时社会上对非开挖技术认识不够，重视不够，尽管限制了挖路，但对非开挖技术的推动仍是有限。但从2006年开始，以北京市质量技术监督局为主导，在北京市政的多个部门参与下，终于在2008年10发布了《地下管线非开挖铺设工程施工及验收技术规范：第一部分 定向钻施工》，关于夯管与管道修复的标准将于2009年完成。同时《城镇燃气管道修复工程技术规程》国家行业规范也即将颁布。可以看出，在未来2~3年内，北京市的非开挖市场将走向正规，届时，政府将有法可依监管非开挖市场。
（4）北京市非开挖设备制造能力：不均衡
在北京生产定向钻机和从事施工定向钻工程施工的专营企业有：北京土行孙非开挖技术有限公司，北京隆科兴非开挖工程有限公司，北京首尔工程技术有限公司，北京迪恒机械技术有限公司，北京中易恒通非开挖技术有限公司，北京通亨华管道技术有限公司，北京凌云和信非开挖管道安装工程有限公司，北京恺艺斯管道工程有限公司，北京中煤地技术装备公司第四工程处，中国建筑第一工程局安装公司，北京燃气集团有限责任公司，北京天环非开挖公司等。兼营定向钻铺管的企业也较多，在此不再列出。另有部分非开挖公司尽管位于河北省之内，但服务的主要是北京的定向铺管市场。从数量上讲，北京市的定向铺管实力较强。
北京的顶管掘进机研制能力较弱，以使用为主。在北京市从事顶管工程的企业有：北京市通州宏旺市政工程施工处，北京市三北建筑工程有限责任公司，中宣市政建设公司顶管分公司，北京恺艺斯机电设备有限公司，北京东方中远市政工程有限责任公司，北京隆科兴非开挖工程有限公司，北京燃气集团有限责任公司等。
由于夯管设备相对简单，小型工程中有些施工单位使用自配的夯管系统，直径较大的夯管常用国外设备，如德国TT集团公司的夯管锤。在北京从事夯管工程的企业有：北京中煤地技术装备公司第四工程处，河北天元地理信息公司管线施工公司，北京隆科兴非开挖工程有限公司等。
北京市管道修复设备中，北京派普瑞公司从美国引进了U-HDPE设备，北京天环非开挖公司引进了瑞士Sanivar AG公司的G系列和W系列的翻转内衬设备与材料。北京在用的碎管设备以德国TT集团公司生产的碎管机为主，也有引进丹麦Scadinavian公司的液压换管设备。在北京市从事地下管线修复与更换的主要企业有： 北京管力非开挖技术有限公司，北京开源同创非开挖管道工程有限公司，北京隆科兴非开挖工程有限公司，北京市燃气集团有限公司，北京天环非开挖公司，北京派普瑞非开挖工程技术有限公司，北京创安亚非开挖工程技术有限公司，北京三达耐尔纳非开挖技术有限公司，北京铭尼科科技有限公司等。 （5）北京市非开挖研发能力：初级水平
北京的非开挖技术走的是需求产生市场、民间推动政府、实践超前理论的道路。可以说，目前的非开挖产业格局是在政府没有干预的情况下自然形成的，民间企业的动力在于追逐效益，对理论研究既缺乏兴趣也缺乏人才、时间和资金。
目前，由于基础理论研究的制约，使得在国家标准制订时缺乏必要的参考，在参数设计要求上未必合理，对工艺的规范上未必正确，质量上未必能满足长期要求。可喜的是，近两年从北京市政府、科技部、北京市科委和市政管委都开始重视这一工作。2008年中国地质大学（北京）、北京市非开挖技术协会和北京市的相关施工单位一起承担了北京市科学技术委员会的《北京市非开挖技术需求分析与技术选择》专项，重点调研与定位面向2009~2010年间北京市应当关注的非开挖技术研究方向。同时，2008年中国地质大学（北京）与北京市非开挖技术协会等单位一起完成了北京市市政管理委员会的《地下管道非开挖修复方案设计与优选系统研究》项目，对北京市的在用管道修复技术做了详细调查，对国内外管道修复的理论进行了推演与试验，并正在与有关部门合作，设计地下管道修复软件。
5 展望与建议
5.1 非开挖产业的市场潜力远未得到开发
尽管北京市的非开挖产业在近两年有了较快的发展，在个别工程中非开挖使用率较高，但从整体看，仍然发挥得不够，存在巨大的增长空间。下面以2007的新建及改扩建、更新的数据为例分析说明。
2007年北京市新建与改扩建地下管线工程：北京市自来水集团26项，长度44.75公里，工程费用7519万元；北京市燃气集团132项工程，长度514.33公里，工程费用295340万元；北京市排水集团96项工程，长度137.81公里，工程费用28935万元。再加上北京市热力集团57项，长度84.89公里，工程费用335066万元；北京电力公司89项，长度141.88公里，工程费用210482万元；中国移动北京分公司4项，长度4.92公里，工程费用349万元；北京市路灯管理中心87项，长度141公里，工程费用14606万元；北京信息基础设施公司525项，长度780.34公里，工程费用15577万元；北京歌华有线公司91项，长度473.64公里，工程费用8799万元。2007年北京市地下管线新建与改扩建工程共计1107项，工程施工长度2323.56公里，工程费用916673万元。
另外，2007年北京市输油气管线新建与改扩建工程：北京华油天然气有限责任公司1项，长度45公里，工程费用63281万元；华电（北京）热电有限公司2项，长度5.9公里，工程费用6973万元；北京市液化石油气公司3项，长度12.29公里，工程费用1396万元；中石化北京石油公司2项，长度244公里，工程费用2610万元；中石化北京燕山公司3项，长度56公里，工程费用20946万元。合计：2007年北京市输油气管线新建与改扩建工程11项，长度363.19公里，工程费用95206万元。
从中可以发现，该年度新建管道长度超过2680公里，其中的10%就是268公里，就前面调查的数据看，近几年的非开挖铺管施工量也才160公里，非开挖铺管施工仍有较大增长潜力。
2007年北京市地下管线维修工程：北京市自来水集团12项工程，长度9.79公里，工程费用6233万元；北京市燃气集团1项，长度30公里，工程费用400万元；北京市热力集团1项，长度2公里，工程费用500万元；北京电力公司16项，长度54公里，工程费用9210万元；北京市排水集团2项，长度0.6公里，工程费用145万元；北京市政工程管理处131项，长度33.96公里，工程费用16380万元。合计：地下管线维修工程163项，长度130.35公里，工程费用32868万元。
另外，2007年北京市油气管线维修工程：北京华油天然气有限责任公司2项，工程费用110万元；北京市液化石油气公司5项，长度92公里，工程费用65万元；中航油津京管道运输中心2项，长度370公里，工程费用35万元。合计：2007年北京市油气管线维修工程9项，长度462公里，工程费用210万元。
除此之外，2007年北京市随路大修管线建设与维修工程42项，长度169.66公里，工程费用99639.07万元。
将前面的非开挖工程量数据与2007年完工的新管线修复与更换工程量相比，虽然非开挖工程使用量超过了10%，结果令人满意。但就目前北京市地下管道的总体而言，北京市城区范围内各类地下管线长度约4.3万公里。其中液化石油气管道261km，天然气管道8630km，供水管道7000km，供热管道7048km，排水及其它管道7523km。不算通讯电缆，仅就液化石油气管道、天然气管道、供水管道、供热管道、排水管道就超过30000km。按照管道寿命为50年计算，每年将有600km的管道需要修复或更换，而目前北京市五年内非开挖施工量总和尚不足200km。即以后逐渐过渡到非开挖修复与更换的工程量相当于现在的15倍。
北京是全国的科教文化中心，有着国内乃至世界顶尖的科研机构，具备雄厚的技术研发力量，在北京从事非开挖研究工作的高校及研究机构有：北京市政工程研究院、中国地质大学、中国科学院、清华大学等，并有许多大学在材料、仪器仪表方面具有较强优势，他们兼有生产、设备制造能力，有自己的加工车间和科研基地。北京市非开挖技术协会及其下属的94家会员单位，具有一定的非开挖工程设计与施工实力，及设备制造能力。可见，北京市有着较好的非开挖资源，只不过缺乏交流沟通与协作，潜力没有发挥出来。
建议对北京市的优势非开挖资源进行联合与重组，构成虚拟非开挖创新机构。该虚拟非开挖机构的职责是：统计并公开每年的非开挖市政工程占有量，发布非开挖年度报告。对来年的市场需求、技术需求、设备与材料需求进行分析，为行业发展提供指导。 组织非开挖科技攻关项目。在深入调研的基础上，每年解决2~3个面向工程设计、标准制订、工程施工中的难题。研究成套的非开挖服务方案，有计划地促成非开挖专项技术的成熟与配套，并推广应用之。为非开挖的科研募集资金。组织非开挖生产、科研和相关职能部门与科技部、建设部、北京市科委等部门的沟通与交流，积极申请国家相关研究基金，并争取国内外相关企业的资助，为非开挖科研活动筹集稳定的发展资金。与其它城市或国家的非开挖政府团体进行交流，从政府层面掌控非开挖进展。
5.3 建议的非开挖技术研究方向
通过与北京市政管委等领导部门的接触与市场反馈，我们认为有以下技术值得关注：
（1）车载式地下缺陷及障碍物快速扫描设备。
能在不破坏路面、不影响交通的情况下快速扫描，并提供准确、高分辨率的扫描结果，并给得出明确结论。
（2）钻头近前探测需求
按照北京市规划委员会和北京市城建规划研究院的近远景规划（2004年~2020年），将大规模地开发北京市的地下空间。地下10米以上的浅层空间用于构造地下停车场、地下商场、人防设施、市政管线、综合管廊、地铁上下通道和地铁过渡平台。地下10~30m之间的次浅层空间用于地铁、地下道路、地下物流等设施。地下30~50m之间的次深层空间和地下50~100m之间的深层空间用于安排城市基础设施和城市公用设施，如地下市政设施、深层储藏设施和地下道路等。届时，由于地下5m内极浅层罗织交错的管网的影响，及地下水和土石对信号的阻挡与吸收作用，现有的地下管线探测仪将几乎不起作用。因此，研制直接装于施工机具前端的探测设施，避开浅层错综复杂的管网和基础设施的干扰，直接获得钻孔周围设施的清晰信号，对地下穿越路径周边设施的探测具有重要意义。
（3）理论研究需求
北京市关于非开挖技术的理论研究空白较多，需要探究在用非开挖法铺设管道过程中，到底对周围设施造成了多大影响，对周围设施的挤压程度如何？造成的地面沉降或隆起影响有多少？由施工带来的土质疏松、孔洞间隙对长期水流作用下地下空洞的形成到底有多大贡献等问题。
在管道修复与更换技术方面，北京市与国外的差距较大。欧美许多城市的老旧管道(50年以上)甚至占了一半左右，发展了几十种管道修复技术，而目前北京市可用的非开挖修复技术屈指可数。北京市市政管道施工存在以下两方面的非开挖需求：渴求具有成熟的基础理论、完善的设计流程与计算公式、操作性强的工艺过程、明确的质量检验与验收方法的管道修复与更换技术。修复与更换技术应能满足不同行业要求，修复管道直径集中在50~2200mm，一次修复长度尽可能地长，并能满足北京市的环保与安全要求。渴求成套的管道修复与更换设备，及符合国家标准、环保与价格低廉的材料，希望服务公司能提供从管道清洗、 管道内窥检查、修复工艺控制、到质量检验的完整的服务流程。
马孝春 钱荣毅
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