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摘要近年来，非开挖技术广泛应用于新建、修复或替换城市市政地下管线。面对不同的施工条件如何快速合理地选择非开挖管线施工技术已成为当前迫切需要解决的难题。本文通过介绍和应用TAG/R软件验证了其可用性，并结合国外文献数据针对软件不能解决的非开挖管线工程造价问题，提出了我国城市非开挖管线工程造价回归方程。
关键词非开挖技术TAG/R工程造价回归方程
0 前言
非开挖技术（Trenchless Technologies，TT）又称无槽技术，是指在不开挖地表或地层结构破坏很小的条件下探测、检查、铺设、更换和修复各种地下管线的技术方法，它是地下管线施工的一项革命性技术[[参考文献
John Matthews and Erez Allouche. A TRENCHLESS ASSESSMENT GUIDE FOR CONSTRUCTION AND REPLACEMENT OF UNDERGROUND UTILITIES. U.S.A.]]。近年来，随着该领域整体技术的进步和国内市场的逐步完善，非开挖技术在中国发展很快。以北京市为例，北京市的非开挖工程使用率由2005年前的不足l％发展到2007年在有些工程中占到27%32％[[ 马孝春,钱荣毅.北京市非开挖技术应用现状与需求分析.非开挖技术,2009,26(12).]]。再者，伴随中国各大城市早期铺设使用的各类管道的老化和破坏，管道修复和更换也逐步成为了当前面临的较为突出的矛盾。大量的管道新建、更换和修复工作使市政管线建设者或决策者面临着今后主要采用何种管道施工技术的战略性难题[[ 苗艳艳，樊勇.非开挖技术在城市地下管道修复中的应用。非开挖技术，2007，24（23）：131.]]。
1 TAG/R简介
2004年美国市政建设协会联合路易斯安娜科技大学，集合现有的非开挖技术研发了一套非开挖指导评估软件（Trenchless Assessment Guide, TAG/R），用于辅助市政管线工程师选择和评估管道新建、更换和修复技术的可行性[[ John C. Matthews, Dr. Zhenyang Duan, Joseph Berchmans and Prof. Erez . Allouche.Trenchless Assessment Guide user’s manual. 2009,1-22.]]。
TAG/R内含一个管道新建、修复和更换方法的数据库，主要用于非开挖技术方法查询和施工方案选择。TAG/R还可以针对备选施工方案进行风险评估。
1.1 TAG/R数据库
TAG/R数据库，包括12大类22种管道铺设技术（包括2种管道开挖铺设技术），7种管道更换技术和6大类40多中检修孔或管道修复技术[[ http://138.47.78.37/rtag/]]。例如：水平定向钻进（horizontal directional drilling, HDD），微型隧道（Microtunneling, MT），夯管法（Pipe Ramming），沟壕开挖（Open Cut, OP)，顶管（Pipe Jacking, PJ），爆管衬里（Pipe Bursting, PB），原位固化法（CIPP），内插法（Sliplining, SL），内衬法（Relining,RL），注浆法（Grouting）等[[ Method selection for trenchless technology ﴾tt﴿ in south america. 2006.]]。TAG/R数据库中的每一种施工方法配有的详细文字描述、工程图片和工艺参数项。施工方法的不同工艺参数项稍有区别，但主要包括施工影响范围、适用管径、铺设深度、地质条件、环境影响等，如图1、图2所示。
1.2 TAG/R风险评估
用户应用TAG/R前需要明确施工对象性质，供水管道、排水管道、排污管道还是管道检修孔。然后，确定当前管道存在的问题，是管道结构损坏还是管道过流能力不足，并初步选定可能的施工方法（新建、更换或修复）。最后是数据信息输入阶段，共有3类数据信息：工程参数：管长、管径、埋深、地下水水位、施工精度等。施工地点地质土壤属性：软质粘土、中砂、砾石等10种情况。施工相关的信息：偏离度、扩张度、原管管材和施工管管材等。
通过以上步TAG/R可筛选出比较合理的施工方法，接下来是对其进行风险评估。风险评估分三步：第一，對筛选出的每一项施工方法进行施工规范、施工经验、施工历史记录描述。第二，风险参数权重分配。风险参数分为土层属性一致性、半径比值、施工长度比值、管道埋深比值、SET指标和环境影响。其中前4个风险参数反映了当前工程条件与数据库中各施工方法的工艺参数的吻合度，SET指标综合反映了施工规范、施工经验、施工历史记录对风险评估的影响，而环境影响参数考虑了施工对周围土壤、建筑、植被等影响的综合权重。第三，场地施工可及度的选择。
最后TAG/R可以计算出备选施工方案的风险评估值和风险排序。
1.3 TAG/R应用举例
该工程为某市和平路西侧非机动车道上的雨污分流改造工程，根据需要需要新铺设一条污水管道，管道平行铺设于道路人行便道及绿化带范围内。施工要求尽量避免对沿线道路、建筑物、管线、交通和环境的影响。施工工艺参数见表1[[ 石磊.水平定向钻进在排水管道中的可行性研究.山西建筑，2010，36（7）：150-152]]。
表1 工程施工工艺参数
风险参数权重分配见表2。
表2 风险参数权重分配
由TAG/R得：采用大口径水平定向钻进（HDD Maxi）技术施工风险值为2.12，风险评价等级较低（与文献中选用的施工方法相一致）；而开挖施工风险值为2.90，风险评价等级高于HDD Maxi，其主要原因是环境影响参数的权重等级要求较高，评价分析结果如图3所示。
图3 某市雨污分流工程TAG/R分析结果
2 TT工程造价分析
TAG/R借助计算机实现了非开挖技术选择、风险评估并能针对存在风险给予建议或方法指导。但是工程师在制定工程实施方案时，不仅要考虑各种非开挖技术的特点，还要考虑各种非开挖技术的工程造价。因为经济因素也是选择最佳合理的施工方案的主要考虑角度之一。
2.1 TT造价比较
以来自T.T. Magazine 1993年以后151个案例的数据为基础[[ Zhao, J.Q., Rajani, B. Construction and Rehabilitation Costs for Buried Pipe with a Focus on Trenchless Technologies. NEC CNRC. 2002,15-37.
作者简介：王晓娜(1984- )，河北工程大学、给水排水专业，学历本科，助理工程师，石家庄藁城市人，从业方向为市政工程及水处理工程技术开发及咨询
]]，通过频率统计分析将管径分为6个区间，即DN＜300mm，300mm≤DN＜600mm，600mm≤DN＜800mm，800mm≤DN＜1100mm，1000mm≤DN＜1500mm，DN≥1500mm。同时，还针对9种非开挖技术的单位管长单位管径工程造价进行比较（元/m/mm），见表4和图4。
由表4可以看出，总体上各种非开挖技术的单位管长工程造价随着施工管道管径的增大而增加，主要原因是施工的复杂程度和困难度与管径密切相关。MT和T分别主要应用于DN300、DN600以上的地下管线铺设，HDD主要应用于1500以下的地下管线铺设，CIPP和SL可应用于各种管径地下管线的修复，PB主要应用于DN800以下的地下管线更换。OP可以应用于各种管径的管线施工，但主要应用于DN1000的管线施工，原因是较大管径采用开挖施工经济成本较高，这一点从下面的分析可以看出。
表4 不同非开挖技术的工程造价比较
注：以上数据由2001年的汇率为基准换算得到；表中空格为缺失值。
由图4可以看出，就非开挖管线铺设技术来说，MT的单位管长单位管径的工程造价最高，77元/（m·mm），HDD单位管长单位管径的工程造价最低，仅19元/（m·mm），开挖技术OP的单位管长单位管径的工程造价为33元/（m·mm），仅次于MT；对于管线更换或修复技术，SP的单位管长单位管径的工程造价为21元/（m·mm），其他均低于20元/（m·mm）。
图4 不同非开挖技术的建设成本比较
2.2 曲线拟合
对表4中样本数在8个以上的案例数据进行工程造价回归分析，见图4～图6。各回归曲线的相关系数均在0.96以上，在管径变化范围内除OP外，其他回归曲线均单调递增。
图4 MT工程造价拟合曲线
图5 T和CIPP工程造价拟合曲线
图6 OP、PB、HDD、SL工程造价拟合曲线
回归拟合案例主要自来于美国、加拿大，考虑到地域的时间的差异应对各回归曲线分别乘以修正系数k，修订后的单位管长工程造价与管径关系回归方程如下：
YMT =kMT（8974x3 - 71747x2 + 18993x – 13882） (1)
YCIPP =kCIPP（771.7x3 - 5971x2 + 16769x – 9849） (2)
YT =kT（600.2x2.556）(3)
YOP =kOP（9330x3 - 71174x2 + 16755x – 10069）(4)
YPB =kPB（8087x2 - 22872x + 18770） (5)
YHDD =kHDD（2370.x1.609）(6)
YSL =kSL（353x3 - 3056x2 + 10014x – 5407） (7)
式中，k—修正系數；
x—管径/mm；
Y—单位管长工程造价/元/m。
尽管个别数据样本缺少代表性，但是可以帮助市政管线建设者或决策者粗略评估施工费用。
3 结论与建议
（1）TAG/R软件可以辅助市政管线工程师快速便捷地选择非开挖技术、并对其进行风险评估，并能针对存在风险给予建议或方法指导，值得推荐应用。
（2）应用TAG/R软件选择合理非开挖技术时，仅考虑了技术、环境因素，实际制定工程实施方案时，还应考虑各种非开挖技术的工程造价，也就是经济因素对工程方案的影响。
（3）各种非开挖技术的单位管长工程造价随着施工管道管径的增大而增加；DN300以下，DN600以上的管道开挖施工工程造价高于相应管径的非开挖施工。
（4）尽管没有给定单位管长工程造价与管径关系回归方程的修订系数，但仍可以帮助市政管线建设者或决策者粗略评估施工费用。建议尽快建立我的非开挖管道施工工程造价或费用模型。
注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看
关键词非开挖技术TAG/R工程造价回归方程
0 前言
非开挖技术（Trenchless Technologies，TT）又称无槽技术，是指在不开挖地表或地层结构破坏很小的条件下探测、检查、铺设、更换和修复各种地下管线的技术方法，它是地下管线施工的一项革命性技术[[参考文献
John Matthews and Erez Allouche. A TRENCHLESS ASSESSMENT GUIDE FOR CONSTRUCTION AND REPLACEMENT OF UNDERGROUND UTILITIES. U.S.A.]]。近年来，随着该领域整体技术的进步和国内市场的逐步完善，非开挖技术在中国发展很快。以北京市为例，北京市的非开挖工程使用率由2005年前的不足l％发展到2007年在有些工程中占到27%32％[[ 马孝春,钱荣毅.北京市非开挖技术应用现状与需求分析.非开挖技术,2009,26(12).]]。再者，伴随中国各大城市早期铺设使用的各类管道的老化和破坏，管道修复和更换也逐步成为了当前面临的较为突出的矛盾。大量的管道新建、更换和修复工作使市政管线建设者或决策者面临着今后主要采用何种管道施工技术的战略性难题[[ 苗艳艳，樊勇.非开挖技术在城市地下管道修复中的应用。非开挖技术，2007，24（23）：131.]]。
1 TAG/R简介
2004年美国市政建设协会联合路易斯安娜科技大学，集合现有的非开挖技术研发了一套非开挖指导评估软件（Trenchless Assessment Guide, TAG/R），用于辅助市政管线工程师选择和评估管道新建、更换和修复技术的可行性[[ John C. Matthews, Dr. Zhenyang Duan, Joseph Berchmans and Prof. Erez . Allouche.Trenchless Assessment Guide user’s manual. 2009,1-22.]]。
TAG/R内含一个管道新建、修复和更换方法的数据库，主要用于非开挖技术方法查询和施工方案选择。TAG/R还可以针对备选施工方案进行风险评估。
1.1 TAG/R数据库
TAG/R数据库，包括12大类22种管道铺设技术（包括2种管道开挖铺设技术），7种管道更换技术和6大类40多中检修孔或管道修复技术[[ http://138.47.78.37/rtag/]]。例如：水平定向钻进（horizontal directional drilling, HDD），微型隧道（Microtunneling, MT），夯管法（Pipe Ramming），沟壕开挖（Open Cut, OP)，顶管（Pipe Jacking, PJ），爆管衬里（Pipe Bursting, PB），原位固化法（CIPP），内插法（Sliplining, SL），内衬法（Relining,RL），注浆法（Grouting）等[[ Method selection for trenchless technology ﴾tt﴿ in south america. 2006.]]。TAG/R数据库中的每一种施工方法配有的详细文字描述、工程图片和工艺参数项。施工方法的不同工艺参数项稍有区别，但主要包括施工影响范围、适用管径、铺设深度、地质条件、环境影响等，如图1、图2所示。
1.2 TAG/R风险评估
用户应用TAG/R前需要明确施工对象性质，供水管道、排水管道、排污管道还是管道检修孔。然后，确定当前管道存在的问题，是管道结构损坏还是管道过流能力不足，并初步选定可能的施工方法（新建、更换或修复）。最后是数据信息输入阶段，共有3类数据信息：工程参数：管长、管径、埋深、地下水水位、施工精度等。施工地点地质土壤属性：软质粘土、中砂、砾石等10种情况。施工相关的信息：偏离度、扩张度、原管管材和施工管管材等。
通过以上步TAG/R可筛选出比较合理的施工方法，接下来是对其进行风险评估。风险评估分三步：第一，對筛选出的每一项施工方法进行施工规范、施工经验、施工历史记录描述。第二，风险参数权重分配。风险参数分为土层属性一致性、半径比值、施工长度比值、管道埋深比值、SET指标和环境影响。其中前4个风险参数反映了当前工程条件与数据库中各施工方法的工艺参数的吻合度，SET指标综合反映了施工规范、施工经验、施工历史记录对风险评估的影响，而环境影响参数考虑了施工对周围土壤、建筑、植被等影响的综合权重。第三，场地施工可及度的选择。
最后TAG/R可以计算出备选施工方案的风险评估值和风险排序。
1.3 TAG/R应用举例
该工程为某市和平路西侧非机动车道上的雨污分流改造工程，根据需要需要新铺设一条污水管道，管道平行铺设于道路人行便道及绿化带范围内。施工要求尽量避免对沿线道路、建筑物、管线、交通和环境的影响。施工工艺参数见表1[[ 石磊.水平定向钻进在排水管道中的可行性研究.山西建筑，2010，36（7）：150-152]]。
表1 工程施工工艺参数
风险参数权重分配见表2。
表2 风险参数权重分配
由TAG/R得：采用大口径水平定向钻进（HDD Maxi）技术施工风险值为2.12，风险评价等级较低（与文献中选用的施工方法相一致）；而开挖施工风险值为2.90，风险评价等级高于HDD Maxi，其主要原因是环境影响参数的权重等级要求较高，评价分析结果如图3所示。
图3 某市雨污分流工程TAG/R分析结果
2 TT工程造价分析
TAG/R借助计算机实现了非开挖技术选择、风险评估并能针对存在风险给予建议或方法指导。但是工程师在制定工程实施方案时，不仅要考虑各种非开挖技术的特点，还要考虑各种非开挖技术的工程造价。因为经济因素也是选择最佳合理的施工方案的主要考虑角度之一。
2.1 TT造价比较
以来自T.T. Magazine 1993年以后151个案例的数据为基础[[ Zhao, J.Q., Rajani, B. Construction and Rehabilitation Costs for Buried Pipe with a Focus on Trenchless Technologies. NEC CNRC. 2002,15-37.
作者简介：王晓娜(1984- )，河北工程大学、给水排水专业，学历本科，助理工程师，石家庄藁城市人，从业方向为市政工程及水处理工程技术开发及咨询
]]，通过频率统计分析将管径分为6个区间，即DN＜300mm，300mm≤DN＜600mm，600mm≤DN＜800mm，800mm≤DN＜1100mm，1000mm≤DN＜1500mm，DN≥1500mm。同时，还针对9种非开挖技术的单位管长单位管径工程造价进行比较（元/m/mm），见表4和图4。
由表4可以看出，总体上各种非开挖技术的单位管长工程造价随着施工管道管径的增大而增加，主要原因是施工的复杂程度和困难度与管径密切相关。MT和T分别主要应用于DN300、DN600以上的地下管线铺设，HDD主要应用于1500以下的地下管线铺设，CIPP和SL可应用于各种管径地下管线的修复，PB主要应用于DN800以下的地下管线更换。OP可以应用于各种管径的管线施工，但主要应用于DN1000的管线施工，原因是较大管径采用开挖施工经济成本较高，这一点从下面的分析可以看出。
表4 不同非开挖技术的工程造价比较
注：以上数据由2001年的汇率为基准换算得到；表中空格为缺失值。
由图4可以看出，就非开挖管线铺设技术来说，MT的单位管长单位管径的工程造价最高，77元/（m·mm），HDD单位管长单位管径的工程造价最低，仅19元/（m·mm），开挖技术OP的单位管长单位管径的工程造价为33元/（m·mm），仅次于MT；对于管线更换或修复技术，SP的单位管长单位管径的工程造价为21元/（m·mm），其他均低于20元/（m·mm）。
图4 不同非开挖技术的建设成本比较
2.2 曲线拟合
对表4中样本数在8个以上的案例数据进行工程造价回归分析，见图4～图6。各回归曲线的相关系数均在0.96以上，在管径变化范围内除OP外，其他回归曲线均单调递增。
图4 MT工程造价拟合曲线
图5 T和CIPP工程造价拟合曲线
图6 OP、PB、HDD、SL工程造价拟合曲线
回归拟合案例主要自来于美国、加拿大，考虑到地域的时间的差异应对各回归曲线分别乘以修正系数k，修订后的单位管长工程造价与管径关系回归方程如下：
YMT =kMT（8974x3 - 71747x2 + 18993x – 13882） (1)
YCIPP =kCIPP（771.7x3 - 5971x2 + 16769x – 9849） (2)
YT =kT（600.2x2.556）(3)
YOP =kOP（9330x3 - 71174x2 + 16755x – 10069）(4)
YPB =kPB（8087x2 - 22872x + 18770） (5)
YHDD =kHDD（2370.x1.609）(6)
YSL =kSL（353x3 - 3056x2 + 10014x – 5407） (7)
式中，k—修正系數；
x—管径/mm；
Y—单位管长工程造价/元/m。
尽管个别数据样本缺少代表性，但是可以帮助市政管线建设者或决策者粗略评估施工费用。
3 结论与建议
（1）TAG/R软件可以辅助市政管线工程师快速便捷地选择非开挖技术、并对其进行风险评估，并能针对存在风险给予建议或方法指导，值得推荐应用。
（2）应用TAG/R软件选择合理非开挖技术时，仅考虑了技术、环境因素，实际制定工程实施方案时，还应考虑各种非开挖技术的工程造价，也就是经济因素对工程方案的影响。
（3）各种非开挖技术的单位管长工程造价随着施工管道管径的增大而增加；DN300以下，DN600以上的管道开挖施工工程造价高于相应管径的非开挖施工。
（4）尽管没有给定单位管长工程造价与管径关系回归方程的修订系数，但仍可以帮助市政管线建设者或决策者粗略评估施工费用。建议尽快建立我的非开挖管道施工工程造价或费用模型。
注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看