随着城市建设的加快，地下管网敷设越来越密集，城市地下空间已形成一张错综复杂的管线网，各种地下管线纵横交错，盘根错节。传统开槽埋管的施工工艺，施工周期长、环境影响大、安全风险高。为保障城市运营的高效性和安全性，也为了更大限度的利用地下纵向空间，越来越多的非开挖施工工艺如顶管、微顶管、定向站等被应用到工程实例中，这也对非开挖深埋管道的探测技术提出了新的要求和挑战。

            一、非开挖管线探测技术优势

            1.减少了对施工现场及其周边环境的污染。传统的工程施工现场都会给人留下脏、乱、差的印象，而非开挖管线探测技术大大降低了因施工所造成的相关污染。

            2.非开挖管线探测技术施工过程中对地表及地表设施破坏和影响程度比较轻微。

            3.施工进度快，效率高。非开挖管线探测技术施工设备进出现场灵活，施工中钻机的掘进进度明显优于传统的开挖式施工方法。

            4.非开挖方式施工方式，大量节约了土方挖填费用，还有施工过程中大量的人工费用以及基坑抽水等相关费用，对于成本控制和提升经济效益的积极作用非常显著。

            5.非开挖管线探测技术具有很强的安全可靠性。由于施工人员是在地面上施工作业，不再需要在条件恶劣的深基坑等处施工，极大提高了施工安全性；同样的许多相关工作也都是在地面完成，如管道焊接等，也有利于检测和提升管道的焊接质量。

            二、常用管道探测方法

            1.电磁感应法

            金属管线一般具有较好的导电性和导磁性，埋于地下时与周围介质存在着明显的电性、磁性差异。因此，用电磁感应原理制作的地下管线探测仪能比较正确地探明地下金属管线的分布状况，具备了探测所必要的地球物理前提。

            对目标管线施加一定频率和适当强度的交变电磁场，该目标管线与大地之间便有相应的交变电流通过，该交变电流在其周围空间产生相同频率的交变电磁场，即在目标管线周围形成二次交变电磁场异常，用接收装置检测该异常，便能确定目标管线的位置，达到探测地下管线的目的。

            电磁感应法又分为主动源和被动源法，其中主动源法包括直接法、夹钳法、感应法。根据各类管线的特征采用相应的方法。例如对电力电缆可采用被动源法；而追踪地下管线走向或区分地下管线时，可采用主动源法（直接法、夹钳法），该方法相对于被动源法探测精度更为精确。

            电磁法无论是在探测精度还是探测效率上都表现出非常好的效果，目前很多城市的地下管道探测都广泛采用这种方法，特别是针对给排水、燃气等金属管道的探测，有着非常明显的优势。但是这种方法对于非金属管道的效果并不明显。

            2.示踪电磁法

            对于有出入口的非金属管线，可以用穿缆器将固定频率的传感器穿入管内，在地面用接收器接收传感器发射的电磁波信号，从而确定传感器距地面的深度及平面位置，即可确定管线的信息。

            3.惯性陀螺仪法

            螺旋仪是基于角动量守恒理论设计的装置，主要是由一个位于轴心且可旋转的转子构成。陀螺仪一旦开始旋转，由于转子具有角动量，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。

            利用陀螺仪和加速度计分别测量定位仪的相对惯性空间的3个转角速度和3个线加速度沿定位仪坐标系的分量，经过坐标变换，把加速度信息转化为沿导航坐标系的加速度。并运算出定位仪的位置、速度、航向和水平姿态。陀螺仪三维精确定位技术作为一种新的地下管线定位方法，具有以下技术特点：

            （1）测量不受地形限制，不受深度限制，不受电磁干扰；
            （2）定位精度高；
            （3）适合于任何材质的地下管道；
            （4）自动生成三维空间曲线图，并与GIS无缝兼容；
            （5）可用于探测电力、燃气、给水、排水等各种材质的大埋深非开挖管道。

            4.井中电阻率跨孔CT法

            电阻率法是利用地壳中不同岩石间导电性（以电阻率表示）的差异，通过观测与研究在地下人工建立的稳定电流场的分布规律，来达到解决有关地质问题的一种电法勘探方法。

            高密度电法及超高密度电法是指通过电极阵列排列方式来观测人工建立的地下稳定电流场的分布规律，进而可以实现地下目标体探测的一种电阻率法。

            超高密度电法打破了常规电法勘探中数据采集方式的限制，而采用自由无限制的组合方式来采集数据，可采集到几十倍于常规电法采集到的数据，大大提高了反演结果的准确性和可靠性，也避免了常规数据采集方法中数据采集的片面性（有些偏重于横向分辨率，有些偏重于纵向分辨率等）而导致的反演结果不同的缺点。

            此外，该方法将所测得的大量数据利用现代反演技术直接反演成真电阻率剖面图，可直接用于地下岩土分布及地下异常体的分析和解释。该方法采用64通道技术，如使用常规方法测得6万个数据需要3天时间，而利用64通道采集6万个数据仅需1小时。

            5.工业内窥镜可视化影像法

            内窥镜是一种多学科通用的工具，其功能是能对弯曲管道深处进行探查，能观察不能直视到的部位，能在密封空腔内观察内部空间结构与状态，能实现远距离观察与操作。

            工业内窥镜的原理是利用转像透镜光学技术来传送影像，并由光导纤维提供传光照明。为了传送清晰图像，内窥镜的有效不锈钢插入部分内设计了若干光学元件的转像透镜系统。内置光纤将照相所需光线从独立的冷光源直接传送至工作位置上，通过物镜成像传至CCD耙面上，然后CCD再将光像转变成电子信号，把数据转送至视频内窥镜控制组，再由该控制组将影像输出至监视器或计算机上。内窥镜是一种最为直观的观察管道位置的探测手段，具有精度高、探测准确等优点。

            6.地质雷达法

            地质雷达探测是利用电磁波反射原理，根据地下目标体与周围介质存在的电磁差异性来探测地下目标体的一种方法。在城市管线探测中经常会遇到一些特殊材质的地下管道，如水泥、塑料、PVC、PE等非金属材质的地下管道。这些特殊材质的地下管道无法采用管线探测仪进行探测，而地质雷达可以解决这些管道的探测。

            根据电磁波在地下传播过程中遇到不同的地质界面会发生反射的原理，将宽频带高频短脉冲电磁波通过发射天线向地下发射，由于地下不同的介质往往具有不同的物理特性，其对电磁波具有不同的波阻抗，进入地下的电磁波在穿过地下各地层或某一目标体时，由于界面两侧的波阻抗不同，电磁波在界面上会发生反射和折射，反射回地面的电磁波脉冲，其传播路径、电磁场强度与波形将随着所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，从接收到的雷达反射回波走时、幅度及波形等信息可以推断地下介质的结构。

            上述探测方法各具特点，均适用于非开挖管线，应根据不同的管线、地形、地物、埋深等条件，选择不同的探测方法或组合，以提高管线探测的精度。

            三、管道泄漏检测技术

            在长期运行过程中，地下管道会因腐蚀、焊接缺陷、第三方破坏等原因而失效，从而导致泄漏事故的发生。泄漏事故不仅影响到管道的正常运行，而且还威胁到环境和人身安全。管道泄漏检测是否有效开展已成为燃气管道等安全运行及完整性管理亟待解决的关键问题。

            基于检测技术智能化特征，管道泄漏检测技术可分为自动检测、半自动检测和手动检测；基于检测数据的特征相关性，检测技术可分为直接检测和间接检测。

            1.基于化学成分分析法

            嗅探仪法的原理是指通过特殊仪器捕获泄漏气体并分析其浓度的方法。为了提高效率，通常采用机载设备靠近管道沿线进行巡查，例如燃气巡检车等。

            该方法的优点是检测速度快，检测精度高，泄漏位置可准确定位。主要局限性是运营成本较高，且检测结果易受风速等环境因素的影响。

            2.声学分析法

            声发射法的原理是通过预先安装在管壁外侧的声传感器，捕捉并放大管内介质通过泄漏孔向外喷射产生的声音信号，再利用检测装置将接收到的声音信号处理成可用的声音全波形，实现管道泄漏状况和定位泄漏点监测的目的。

            该方法的优点是声发射技术可以更加准确地在线定位埋地管道的泄漏源，且检测灵敏度较高。主要局限性是需施工开挖以便安装传感器，特殊情况下还需中断管道供气。

            3.光学测量法

            1.激光雷达系统法

            激光雷达系统法是针对天然气管道，基于光谱吸收的原理，利用激光发射装置发射甲烷易吸收的光波，通过吸收光谱传感器回收激光回波信号，测量激光散失能量与功率，从而获得大气中甲烷的浓度。

            该方法的优点是检测速度快、泄漏位置准确。主要局限性是运营成本过高。

            2.热成像法

            热成像法的原理是采集检测对象气体的红外波段辐射信息实现气体泄漏检测的热成像。热成像仪采用热成像技术分析管道周围热辐射的变化。如当天然气管道泄漏时，管道周围的土壤温度会因节流效应而降低。这种方法可用于移动车辆、直升机或便携式系统。

            该方法的优点是显示速度较快。主要局限性是设备昂贵，检测成本较高，且易受燃气温度、周围土壤温度的影响而导致检测结果不准确。

            3.光谱成像法

            光谱成像法的原理是利用光谱扫描空间，获取随波长分布的光谱辐射信息，对信息数据进行处理后得到目标的三维特征及内部属性信息。可进一步分为多波长成像技术和高光谱成像技术。

            光谱成像法有吸收模式和发射模式两种模式。利用多波长发射技术检测天然气等气体类介质浓度的前提是，泄漏后的介质温度远高于周围空气的温度。即使没有温差，多波长吸收成像技术也可利用多波长背景辐射直接成像介质浓度。

            光谱成像法的优点是检测结果的误报率较低。主要局限性是设备昂贵，数据结果解析过程复杂。

            4.分布式光纤传感器法

            分布式光纤传感器法的原理是依靠分布式光纤可用于检测应变和温度异常的功能，从而能够实时监测管道泄漏。由于管道内外存在较大的压力差，在泄漏处引起管道壁面和周围土壤的振动，在局部位置形成温度变化区。这些异常状况会导致光纤的温度变化、光导介质的变化以及弯曲和张力（或压缩）应变。

            分布式光纤传感器法可分为反射式、干涉式和准分布式光纤光栅检测方法。该方法的优点是不仅可实现管道泄漏的在线监控，且具有抗干扰能力较强、测量沿程距离大、对微小泄漏灵敏度高。主要局限性是在多点检测、抗环境干扰、提高定位精度和振动源类型的自动识别方面，仍有改进的空间。

            5.智能球法

            智能球包括声学传感器、加速度计、磁力计、超声波发射器、温度传感器等。智能球是一种自漂流式球形装置，可以随着燃气等介质流动在管道中运动，适用于公称直径大于100 mm的管道。

            智能球可以通过清管装置进行发射和回收，不需要其他辅助设施，能够克服管道形状障碍，达到对小泄漏的最高响应能力。该装置在通过管道时，记录所有噪声事件，除了部分与小型泄漏噪声（例如调压器、阀门的泄漏噪声）特征类似的环境噪声，管道泄漏噪声特征可以清楚地区别于其他形式环境噪声。

            该方法的优点是可用于各种材料的管道在线检测，泄漏检测灵敏度较高。主要局限性是测量结果准确性受泄漏点内外压差影响较大。

            四、管道监测系统市场规模不断增长

            管道监测系统又称为管网监测系统，系统依靠现代计算机通信技术和传感技术，实现对供水管道的无人化远程实时监测，监测管道的压力、流量等信息，准确把握管网的运行状况，提高综合信息数据可视化能力，及时发现管网故障，提高维护效率、降低损失，达到科学预警、减少成本、提高效率的目的。

            近年来，全球智慧水务行业市场得到了蓬勃发展，开挖管道的成本越来越大，因此对于管道监测的需求越来越多，随着传感器等技术的不断创新，管道监测系统市场的规模在不断增长。

            新思界产业研究中心出具的《2022年全球及中国管道监测系统产业深度研究报告》显示，全球管道监测系统的市场规模将从2021年的137亿美元增长到2026年的205亿美元，复合年增长率为8.4％。

            1.金属管道对管道监测系统的需求规模将占最大的份额

            金属管道对管道监测系统的需求将占整个市场最大的市场份额，球墨铸铁管、不锈钢管、铝管和其他类型（如铸铁管、波纹管和铜管，都属于金属管）的管道，在用高氧水蒸汽处理时可能会腐蚀；因此，下游应用领域对钢制金属管道的需求更高。金属管也比非金属管更利于散热，耐腐蚀性较差，应用范围更广，这也是金属管道监测系统的市场规模占比最大的主要原因之一。

            2.泄漏检测服务或是管道监控系统市场中增长最快的部分

            在预测期内，泄漏检测细分市场或将以最高的复合年增长率增长。主要原因是由于应用领域中的企业越来越关注对管道基础设施的控制和改善自动化流程，以提高生产力，将能够监控资产状况并在发生未经授权的事件时发出警报。泄漏检测应用增长的主要原因也包括石油和天然气公司在管道监测基础设施和通过管道安全运输材料方面的投资增加等因素。

            3.亚太地区将成为全球管道监测系统市场中增长最快的区域市场

            在预测期内，亚太地区预计将成为全球管道监测系统市场在价值和数量方面增长最快的地区。由于经济增长迅速，亚太地区的管道铺设速度也最快，对管道监测系统的需求的增长率最高。现有管道的扩建和新管道的开发增加了生产设施管道和储罐的油气泄漏事件，亚太地区不同国家政府制定了严格的泄漏检测技术和系统实施规定，以及快速增长的工业市场需求，都将推动亚太地区的市场增长。

            全球管道监测系统市场中的主要竞争者，包括Siemens AG（美国）、Honeywell International Inc．（美国）、华为技术有限公司（中国）、BAE Systems（英国）和TransCanada PipeLines Limited（加拿大）等。

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