通过研究目前国内外管道更新非开挖装备技术现状，阐述3种管道更新非开挖常用装备技术：破管外挤法装备技术、破管顶进法装备技术和吃管法装备技术。介绍3种技术的工作原理及适用性，并分析各技术的特点与优势，同时列举各装备技术在实际工程中的应用。

管道更新非开挖技术概述

破管外挤法

破管外挤法是采用碎裂管设备从内部破碎或割裂原有管道，将原有管道碎片挤入周围土体形成管孔，并同步拉入新管道的管道更新方法。

具体施工方法是：将碎管设备放入旧管中，将沿途旧管破碎，在碎管设备后连接爆管头，爆管头的管径比旧管管径大，负责将破碎的旧管压入到周围的土壤中，紧跟着是新管道，管径小于爆管头，在爆管头的拉动下拖入原有管道的管位。

该工法优势为可对管道进行管径增大扩容。破管外挤法设备有多种，按照不同的旧管爆破方式可大致分为气动、液压碎裂管法和静拉力碎裂管法设备。

破管顶进法

破管顶进法一般采用适合切割硬岩的微型隧道掘进机，利用导向钻头沿着旧管道，用比旧管道口径更大的刀盘将旧管道和土壤或岩石一起切削破坏后，通过套管保持断面形状，将碎屑运出，同时将与开挖断面尺寸相同的新管道顶入。

该方法几乎不会挤压周围土壤，对周围管线和地表建筑物的影响很小。

破管顶进法可分为2种不同类型的管道更新设备：水平螺旋钻推进法和顶管掘进法。

吃管法

吃管法是一种可以实现钢承插口管道的非开挖原位拆除和新管道同步铺设的管道更新方法。该工法刀盘采用中空设计，在刀盘的切削力以及顶推装置的顶推力共同作用下切削旧管道周边土层；同时，将旧管道吃入盾体，在不切削旧管道的情况下实现掘进机的推进。掘进机掘进的同时，在新管节内铺设导轨，当向前掘进一个旧管节距离时，被吃入盾体的旧管道以整节为单位通过卷扬机拖拽在轨道上滑行，运至始发端位置然后吊出，完成对旧管的更新。

该工法在不切削旧管道的情况下实现掘进机的推进，从而提高了切削推进效率；同时，提高了旧管节的清运效率，进而提高了管道更新的施工效率。

管道更新非开挖装备技术现状

破管外挤法施工装备

气动、液压碎裂管法施工装备

气动、液压碎裂管设备的机制是利用爆管头在高压空气或液压的作用下产生冲击力，通过一种“环状”压力作用于旧管线中，使其受压而破裂，并将破碎的管道碎片挤压到周围土层中，同时把新管道从爆管头后方拉入，完成对旧管道的更新。依靠胀管来破坏冲击旧管道，同时挤压旧管道碎片进入周围土壤，为新管道提供空间。卷扬机钢丝绳与爆管头头部用拉环连接，卷扬机为保证裂管时爆管头正确的方向与倾角，始终提供一种稳定的拉力。主要由爆管头、牵拉钻杆、液压设备、牵引装置和新旧管线组成。

气动碎裂管法设备工作原理

根据不同的驱动模式，爆管头可分为气动冲击矛和液压胀管器。气动冲击矛内部结构主要由矛头、活塞、矛体、控制阀、后接头和后接头适配器组成。通过高压空气对旧管进行破坏冲击，完成旧管的移除。

气动冲击矛内部结构图

液压胀管器的收缩和扩张状态与气动冲击矛同理，通过胀裂挤压旧管进入土壤。

液压胀管器的收缩和扩张状态

（1）无需对原管道进行清淤、清洗，节省人力、物力和施工时间；

（2）工作坑开挖面积小，方便在城市交通繁忙的路段进行施工；

（3）对周围的其他地下管道设施几乎没有影响；

（4）与其他非开挖管道修复技术相比，施工风险较低。

但是，气动、液压碎裂管法也有一些不足：破碎旧管对土体的挤压和震动会对周边建筑物产生危害；同时，该设备不适用于膨胀土地层的管道更换，甚至可能造成地表沉降。

静拉力碎裂管法施工装备

静拉力碎裂管设备的工作原理是：以原有管道管位作为导向，使用裂管设备从原管道更换起始处，将其割裂后向外扩张，将旧管碎片挤人周围土体使管孔扩张，同时将新管道拉入原管位以完成结构性的更新改造。该设备主要由胀管头、切割刀头、钻杆、胀管机、新旧管道5个部分组成，适用于管径50~150mm、长度在150m以内的钢管，新管多用HDPE管。

静拉力碎裂管设备工作原理

静拉力碎裂管设备的优点较多，主要可概括为以下几点：

（1）施工简单易行，速度快，造价低，且对管道的清洗要求不高；

（2）裂管施工将原破损管道更换为新管道，满足了更新的需求；

（3）施工使用液压设备噪声低，符合环保要求；

（4）根据需要和管线相邻管道情况，可进行同径或大一级口径的管道更换；

（5）单台机械设备完成旧管道更换为新管道的平均速度可达到60mvd。

但是，静拉力碎裂管设备也有一些不足，施工时需安装护套以保护新管，单次更换管段长度短，一般小于100m，且弯头处理较为困难。另外，典型的更新管道直径范围为50~1000mm，理论上碎裂管法的最大更新管径为1200mm，因此，其并不适用于更换管径较大的工况，且更换管道的管径越大，就需要更大的回拖力，原管碎片受到爆管头挤扩的扰动越大，可能会引起地表较大的隆起及沉降风险。

破管顶进法施工装备

水平螺旋钻推进法施工装备

水平螺旋钻推进法设备是利用导向钻头沿着旧管道，用比旧管道口径更大的刀盘将旧管道和土壤或岩石一起切削破坏后，通过螺旋输送钻杆将碎屑运出；同时，通过顶进系统一节一节顶入新管道，达到管道更新的目的。该设备主要由密封头、切削头、螺旋输送钻杆、主顶工作站 、液压动力站、空压机、控制台组成。

水平螺旋钻推进设备施工工艺

水平螺旋钻推进法设备切削视图

该设备的导向系统由先导钻头和其前面的密封塞组成，主要功能是置入旧管道内部，一方面引导设备沿着旧管道前进，另一方面有支撑管道的作用，防止管道在更换过程中塌落，影响上部土壤，造成地表位移。这样更换管道几乎不会挤压周围土壤，对周围管线和地表建筑物影响很小。

另外，由于渣土运输采用了螺旋钻杆，不需要复杂的泥浆循环系统，减少了泥浆使用，安装便捷，节约成本。但是相对于破管外挤法，工序较为复杂，需设计刀盘系统。

顶管掘进法施工装备

顶管掘进法设备采用了泥浆循环系统运输旧管道和土壤碎屑，该系统前部设置清管器，实现旧管内运营介质的封堵隔离和旁通，在清管器和切削刀盘之间使用泥浆来平衡压力，支撑旧管道及超挖部分掌子面，并起到运输管道碎屑的作用。该设备主要由清管器刀盘、泥浆循环系统、保通系统等组成。

顶管掘进法施工工艺

顶管掘进机是集导向、旧管破碎、掘进、排渣、旁通过流、新管顶推铺设功能于一体的机械化管道暗挖更新装备。在设备掘进过程中，可同时做到钢混凝土旧管节破挖、污水管道保通以及扩径新管节快速铺设作业。

一般在进行管道更换时，为了不影响更换作业，管道往往需要断流。而该设备最大的特点在于清管器中空开孔，旧管道内的流体可以通过密封头的开孔经专门的导流管道导入已经更换的新管道中。这样在管道更新时可以不需断流，是一种“在线”更新方式。利用这种方式可以大大减少断流对居民生活的影响，提高经济效益。但是这种方法还没有广泛普及，主要的设备多由国外公司生产，近年来也没有太大的技术创新。

吃管法施工装备

吃管法设备是一种用于钢承插旧管道更新的施工设备，针对较大直径且扩径比较大的非开挖管线更新。吃管法管道更新掘进机组成部分包括盾体、开挖刀盘、刀盘驱动、卷扬机、推进装置、泥水舱等。在刀盘的切削力以及顶推装置的顶推力共同作用下切削土体，实现掘进机的掘进，与此同时旧管道被吃进盾体。当向前掘进1个旧管节长度时，旧管节通过卷扬机拉至始发并位置，随后将旧管节吊出。

吃管法施工工艺

利用吃管法研制的吃管法管道掘进机，可解决施工过程中隧道扩挖、旧管拆除、新管同步铺设等关键技术难点。吃管法刀盘采用中空设计，通过切削旧管道周边土层从而将旧管道吃入盾体，在不切削旧管道的情况下实现掘进机的推进，从而大大提高切削效率、减小能耗。同时，旧管道以整节为单元通过卷扬机拖拽在轨道上滑行，运至始发段位置然后吊出，大大提高了旧管节的清运效率。但是该工法处于研发阶段，尚无工程应用。