光纜同溝敷設技術(shù)對比及微纜系統(tǒng)技術(shù)應用

1、光 纜 同 溝 敷 設 技 術(shù) 對 比 及 微 纜 系 統(tǒng) 技 術(shù) 應 用張 微 波 李 桂 成 中 國 石 化 管 道 科 學 研 究 院摘 要 :本 文 對 當 前 輸 油 (氣 管 道 通 信 光 纜 同 溝 敷 設 當 前 多 種 的 方 式 對 比 分 析 , 探 討 微 管 微 纜 同 溝 敷 設 技 術(shù) 應 用 的 現(xiàn) 實 意 義 。主 題 詞 :長 輸 管 道 光 纜 同 溝 敷 設 微 管 微 纜 氣 吹通信系統(tǒng)是管道工程的重要組成部分,將為管道運營管理提供重要支持。通信光纜伴隨輸油管道同溝 敷設可以大幅降低通信工程的造價提高輸油管道的市場價值。目前,隨管道同溝敷設光纜已經(jīng)是

2、國內(nèi)外管 道建設中一項通行的做法。光纜同溝敷設方式有采用鎧裝光纜直埋敷設和通信管道敷設方式兩種,其中管道方式又可分為采用一 般架空/管道光纜在高密度聚乙烯硅芯管道內(nèi)敷設 (以下簡稱普通管道纜敷設 和目前新興的氣吹微纜系統(tǒng) 技術(shù)。一、同溝直埋光纜敷設工藝的現(xiàn)實缺陷采用直埋方式時,選用直埋光纜,與輸油管道同溝埋設;根據(jù)近年來同溝直埋工程實踐和施工實際狀 況看,因輸油管道與光纜施工分屬剛性介質(zhì)和柔性介質(zhì),相互配合中交叉作業(yè)很多,有很多現(xiàn)實弊端: 1. 直埋光纜與管道施工不同步以及輸油管道跳躍式分段作業(yè)對光纜敷設質(zhì)量影響很大, 往往造成接 續(xù)數(shù)量過多,施工造價后期上升很大。2. 直埋光纜的施工受季節(jié)的

3、影響較大,在多雨地區(qū),因輸油管道管溝需盡快回填以防塌方,因此光 纜往往不能按設計要求減少接續(xù),有些地段不得不隨輸油管道 200300米一下溝,造成人為斷纜 和盤留纜損傷。3. 在地質(zhì)沉降地區(qū), 直埋光纜在土壤內(nèi)沒有自由度, 常因沉降緊繃造成損耗突然上升甚至傳輸中斷。4. 直埋光纜抵御外部沖擊的能力較弱,容易受到外部力量的破壞。實際工程中時常發(fā)生施工隊輸油 管道搶修中意外挖斷光纜的情況。5. 由于直埋光纜在纜溝內(nèi)是繃直的,障礙點往往處因不能提供足夠的接續(xù)余長,不得不需要大量動 土開挖較長一段擠出余長進行接續(xù)。 延誤搶維修的時間。 搶修費用高, 存在季節(jié)因素和青苗賠償。 6. 直埋光纜為了盡量提高

4、使用壽命,需保證鎧裝層、加強芯的對地絕緣,需每年進行各段的對地絕 緣檢查,因其直埋的先天因素,分段多,對地絕緣的查找和處理非常困難;后期維護費用很高。7. 老鼠的啃咬以及土壤中的酸堿物對光纜外護套及光纜壽命影響嚴重。8. 系統(tǒng)不能根據(jù)新技術(shù)的出現(xiàn)而隨時更新光纜。9. 直埋光纜使用壽命短,因施工質(zhì)量以及鎧裝層腐蝕等原因,實際壽命往往只能在 10年左右。二 次動土更換光纜費用極高,數(shù)倍與初期光纜建設費用。從當前已完成工程實例,如臨濮線、濟淄線、滄津燕線,以及在建的甬滬寧進口原油管道、大西南成 品油管道等工程的現(xiàn)實施工情況來看,同溝直埋方式均不能很好滿足最終工程質(zhì)量的要求,不但工程質(zhì)量 差、后期維護

5、費用高,也沒能達到起到降低投資的目的。因此,筆者認為同溝直埋方式已不適宜作為管道 通信同溝敷設光纜線路主要施工方式。二 、同溝普通管道光纜敷設工藝的現(xiàn)實缺陷采用管道方式敷設時,選用管道光纜,用吹氣法敷設在光纜套管(高密度聚乙烯硅芯管 HDPE內(nèi)。氣吹 法敷纜是用機械推纜器把通信光纜推進管道,同時空壓機把強大的氣流打進管道,這種高速氣流在光纜的 表面形成一種拖曳力,促使光纜前進。因此,光纜不是被拉而是被氣流推動前進。光纜在管道里順著地勢 起伏或方向的改變順利前進,因為光纜頂端不受力或受力很小,所以與傳統(tǒng)牽引敷纜相反,光纜基本沒有 應力。敷纜完畢后,光纜松弛地停在管道的底部,有助于延長光纜的壽命。

6、氣吹機的使用對光纜無應力, 加上管道提供的有效的保護作用,客戶可采用無鎧裝的輕型纜,節(jié)約成本。因此,氣吹法不僅是安全的, 也是目前整體效果較好的敷纜方法。管道方式與直埋方式相比,主要優(yōu)點有:z便于以后的檢修、維護和更換及擴容,綜合維護費用低。z與管道同溝敷設時,光纜敷設可不受管道施工時間的限制,能夠有效的避免直埋光纜施工與管 道施工不同步時人為的斷纜等影響工程質(zhì)量的問題。z能提高光纜的抗腐蝕、抗壓力和抗拉伸能力,延長光纜的使用壽命;直埋光纜的使用理論壽命 為 25(實際 10年左右,管道光纜的使用壽命可達 50年。z抵御外界破壞的能力更強, 能夠有效的防止鼠類和白蟻的侵害以及減少打孔盜油分子對

7、光纜的 破壞。光纜采用管道敷設可以降低被破壞幾率,并能延長光纜一倍以上的使用壽命;為改善一般同溝直埋光 纜與管道施工不同步以及跳躍式分段作業(yè)對光纜敷設質(zhì)量的影響,有效地提高光纜使用壽命、降低日后光 纜搶修、換纜的維護費用,同時考慮到打孔盜油對管道、光纜的威脅。因此,同溝敷設硅管后期氣吹光纜 的施工方式應是新建輸油氣管道最為適宜的工藝方式。但目前普通管道光纜氣吹方式在實際同溝敷設中也存在一定缺陷,當前國內(nèi)吹纜施工主要采用普通架 空光纜作為管道光纜敷設,因纜體較粗重,摩擦阻力大,對氣吹壓力要求高,另外,硅管與輸油管道同溝 敷設往往很難做到墊層夯實平整,微彎很多,大大限制了單次氣吹距離,一般工程僅能

8、達到平均不到 1km。 三、現(xiàn)代氣吹工藝的新發(fā)展-微管微纜技術(shù)國外已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)向采用管道吹纜專用微型管道光纜氣吹敷設工藝(即母管+子管+微纜敷設技術(shù), 作為一門光纜布放新技術(shù),利用氣吹敷纜的方法,先將微管吹進已敷設的母管中,然后根據(jù)客戶需求,可 分批次將微纜吹進微管中。該技術(shù)可廣泛應用于骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)中。采用“氣吹法”敷設微纜, 將氣吹機產(chǎn)生的高壓、高速壓縮空氣吹入微管,管壁內(nèi)層固體硅膠極低的摩擦系數(shù)大大減小纜線前進時的 磨擦力, 這種高速氣流在微纜表面形成一種均勻附著在微纜外皮的推力, 使該微纜不會受到任何機械損傷, 在高速氣流的帶動下微纜在管道中高速前進,平均速度達 70m/min,

9、其形象的比喻就如同磁懸浮列車在軌 道上空高速前進。整個施工過程安全、快捷、方便。微纜系統(tǒng)技術(shù)包括三個部分:一是微管技術(shù),微管在制作工藝等方面具有較高的技術(shù)含量,其內(nèi)壁采 用具有同步擠壓的永久性固體潤滑硅芯層,選擇縱向?qū)獠?凹槽結(jié)構(gòu),進一步降低了摩擦系數(shù);二是 微纜技術(shù),微纜的共同特點是外徑較小,可吹入小直徑塑料導管中;三是氣吹技術(shù),采用氣吹技術(shù)敷設微 纜、微管,安全、方便、快捷,氣吹微纜時利用空氣動力使微纜在管內(nèi)保持懸浮,敷設完畢后,微纜自由、 松馳地停在微管底部,有助于延長微纜使用壽命。普 通 管 道 光 纜 系 統(tǒng) 、 微 管 微 纜 系 統(tǒng) 一 般 技 術(shù) 比 較 表市區(qū)及建筑群彈性的

10、網(wǎng)絡設計, 不需要知道確切的用戶數(shù)量 以及用戶需要的光纖類型 必須預知用戶數(shù)量,以確定光纖芯數(shù),并確定 光纖類型(單模/多模垂直通道占用一次,整體完成主干管道的安 裝,進行一次防火復原,用戶有需求時再敷纖 初裝時的光纜容量太大, 會造成資源的長期閑 置和浪費;太小,將多次布纜,施工費增加線, 可直接將光纖自主機房或總配線架接至桌 面 次熔接,不但使線路衰減增加,障礙點增多, 而且成本增加施工過程安靜,氣吹敷纖時并非要用空壓機,高壓氣瓶也可由于多次開鑿墻(地板洞,施工干擾較大 不需維護許多光纖(部分是空管 需要維護所有已安裝的光纖隨著光纖光纜產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展, 可保證隨 時采用高新技術(shù)產(chǎn)品 一

11、旦布放完畢,無法更改,除非拆除舊纜,布 放新纜利用多余的空管可以租用 無此功能分期投資,可以降低初期的費用投資 一次性投資,資源利用率低線路分歧靈活,可以通過“Y”接頭進行點對 點的平行分歧和縱向擴容 必須主干線留有預留, 然后進行線路割接進行 分歧,線路擴容困難。然后利用氮氣瓶敷設微纜。 光纜的敷設只能采用人力牽引 利用倒盤器或多臺氣吹機可以達到長距離微纜的目的。光纜太粗,采用這種方法效率較低雙層 HDPE 管道保護,有較高的抗沖擊能力。 且母管不被嚴重壓扁(70%以上的話,一般 一層 HDPE 管道保護,一旦母管有變形或較大 折彎容易造成吹纜堵塞失敗。不會影響子管和微纜。微纜系統(tǒng)技術(shù)的光纜

12、結(jié)構(gòu)是在吸收傳統(tǒng)普通光纜優(yōu)點基礎上進行創(chuàng)造性改進,以適應不同安裝環(huán)境及 施工方法。對于輸油輸氣管線同溝敷設光纜系統(tǒng),微纜系統(tǒng)技術(shù)除具備前述普通管道光纜的優(yōu)點外,其優(yōu) 勢更體現(xiàn)在:1. 微纜直徑小,重量輕,因而一次性氣吹長度更大,吹放速度更快,可有效地縮短工程建設周期, 氣吹普通光纜一般設計長度為 2-3km,而氣吹微纜不間斷距離可達 46km,因為氣吹設備和微纜 的重量減輕,使氣吹點可以任意選擇。2. ,這樣可以大大減少線路上人井和手井的數(shù)量,減少整個線路的光纜接頭數(shù)量,初步預計可以減 少 60%以上,大幅度提高線路傳輸質(zhì)量。3. 因微纜氣吹工藝所需接續(xù)容纖占用空間小、氣吹需求壓力小、設備輕便

13、且操作空間需求同比普通 纜氣吹小的多,氣吹人井(孔設置簡單,可以利用微管微纜余留保護箱替代人井(孔,不需 永久征地;4. 在硅芯管和微管的雙重保護作用下,微纜在管道內(nèi)可得到更為穩(wěn)固的保護。遇到特殊情況遭到損 壞時,采取與 PVC 管、梅花管類似的處理方法,利用配套的硅芯管、微管接頭,采用“氣吹法” 方便、快捷地敷設微纜,大大減少故障處理時間,提高線路運行維護質(zhì)量。5. 微管在子管中及子管在母管中的占用空間均小于 50%,大大提高了微纜的抗沖擊能力,只要管路 不產(chǎn)生嚴重壓扁變形,一般不影響微纜的安全。6. 施工造價同比普通纜管道吹纜施工方式相當或略低,而且,隨著該技術(shù)的大量應用,微纜技術(shù)的 成本

14、必將大幅下降,從建設和維護等多方面同比普通管道光纜方式拉開成本優(yōu)勢。7. 備管建設投資低, 可在不增加先期投資的情況下大幅 提高光纜管道的市場價值。8. 大幅降低日后更換纜的投資,便于今后采用新型光 纖,保持技術(shù)領先。如左圖工程實例圖片顯示,采用微纜技術(shù)敷設的光纜因其 輕便并在管道中有良好的自由度,在被挖掘機意外刮出并提升 到地面達半米以上時仍未損傷光纜,這是傳統(tǒng)工藝所不可想象 的,該特點尤其適合于避免或減少輸油管線同溝敷設光纜的建 設與運行期的意外損傷。以下對當前各種同溝敷設技術(shù)技術(shù)經(jīng)濟上分析對比列表如下:直 埋 、 普 通 纜 管 道 、 微 纜 同 溝 敷 設 工 藝 技 術(shù) 比 較 表

15、 施工工藝 同溝直埋 同溝普通纜管道 同溝微管微纜 傳輸質(zhì)量 差 一般 好光纜安全性 差 一般 好受管道施工影響 很大,施工不同步問題多 有一定影響 很少施工工作量 理論上低,但實際二次開挖、接續(xù)工作量很高。一般, 但往往存在因硅管變形堵塞造成二次施工量增加的問題以及人井數(shù)量較多。一般(與普通纜相當 , 無需人井,接續(xù)工作量 少。維護工作量 對地絕緣測試等工作量大 一般 (光纜和接頭盒不能形成完整體系較低 (微管和接頭盒形 成密封體系壽命 短(10年 較長(50年 較長(50年無接續(xù)距離 短,斷點多 單次氣吹 1km 以內(nèi), 無接續(xù)距離平均 2km 以內(nèi)單次氣吹 1-2km, 甚至更 長, 無

16、接續(xù)距離平均 46公里, 可通過串聯(lián)氣吹進 一步大幅提高。征地費用 無 人井需在距管線 5米以上單獨征地建設。 每個約需永久征地10m2。 實際施工中存在不確定性,往往臨時增加。且野外人井安全性差。采用微管微纜余留保護 箱替代人井(孔 ,埋式 可重復開啟, 無需永久征 地更換纜費用 極 高 (數(shù) 倍 于 建 設 投 資 一般 很低實際綜合造價理論上投資少。但實際較 高。返工量大。決算金額公 里造價約 34萬元/公里 較高。 存在不確定性和二次施 工量增加的問題。 決算金額在 3萬元/公里以上 (不含征地 。 較高, 但比較易于確定并 控制工作量。 可控制在 3萬元/公里以內(nèi)。表 3:各 施 工

17、 工 藝 投 資 比 較項 目單獨開溝 直埋 同溝 直埋同溝普纜 管道同溝 微管微纜挖溝及回填(元/公里 2000000 0賠補(元/公里 600002000*0.112000*22000 子管(元/公里 000 1000*2 吹管(元/公里 000 2000*2 12芯光纜(元/公里 70007000*1.15000 6000 放纜/吹纜(元/公里 800080008000 4490 標志帶及布放10001000264900 人(手孔/接續(xù)(10公里投資 200005000030000 10000永久征地0135000 10公里投資總額(元436600224200343500274900由上可見,氣吹微纜施工工藝的發(fā)展給光纜同溝敷設帶來了解決傳統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)實缺陷的契機,從當前技 術(shù)發(fā)展趨勢看,微纜施工已經(jīng)成為 IEC 標準中推薦的光纜施工方式,目前國內(nèi)信息產(chǎn)業(yè)部也正在起草微纜 系統(tǒng)技術(shù)的通信行業(yè)標準,新一代光纜生產(chǎn)工藝、 施工工藝正在形成。 在輸油氣管道光纜同溝敷設中引入微 管微纜氣吹敷設工藝, 將能較好解決傳統(tǒng)同溝敷設技術(shù)的現(xiàn)實缺陷! 筆者在儀征-長嶺原油管道工程中已經(jīng) 進行了具體實踐,該工程建成后不但是氣吹微管微纜同溝敷設工藝的首次應用,也將是目前世界上距離最 長的氣吹微纜長途光纜線路,其平均 34公里的接續(xù)間距將達到當今世界先