光缆同沟敷设技术对比及微缆系统技术应用

1、光 缆 同 沟 敷 设 技 术 对 比 及 微 缆 系 统 技 术 应 用张 微 波 李 桂 成 中 国 石 化 管 道 科 学 研 究 院摘 要 :本 文 对 当 前 输 油 (气 管 道 通 信 光 缆 同 沟 敷 设 当 前 多 种 的 方 式 对 比 分 析 , 探 讨 微 管 微 缆 同 沟 敷 设 技 术 应 用 的 现 实 意 义 。主 题 词 :长 输 管 道 光 缆 同 沟 敷 设 微 管 微 缆 气 吹通信系统是管道工程的重要组成部分,将为管道运营管理提供重要支持。通信光缆伴随输油管道同沟 敷设可以大幅降低通信工程的造价提高输油管道的市场价值。目前,随管道同沟敷设光缆已经是

2、国内外管 道建设中一项通行的做法。光缆同沟敷设方式有采用铠装光缆直埋敷设和通信管道敷设方式两种,其中管道方式又可分为采用一 般架空/管道光缆在高密度聚乙烯硅芯管道内敷设 (以下简称普通管道缆敷设 和目前新兴的气吹微缆系统 技术。一、同沟直埋光缆敷设工艺的现实缺陷采用直埋方式时,选用直埋光缆,与输油管道同沟埋设;根据近年来同沟直埋工程实践和施工实际状 况看,因输油管道与光缆施工分属刚性介质和柔性介质,相互配合中交叉作业很多,有很多现实弊端: 1. 直埋光缆与管道施工不同步以及输油管道跳跃式分段作业对光缆敷设质量影响很大, 往往造成接 续数量过多,施工造价后期上升很大。2. 直埋光缆的施工受季节的

3、影响较大,在多雨地区,因输油管道管沟需尽快回填以防塌方,因此光 缆往往不能按设计要求减少接续,有些地段不得不随输油管道 200300米一下沟,造成人为断缆 和盘留缆损伤。3. 在地质沉降地区, 直埋光缆在土壤内没有自由度, 常因沉降紧绷造成损耗突然上升甚至传输中断。4. 直埋光缆抵御外部冲击的能力较弱,容易受到外部力量的破坏。实际工程中时常发生施工队输油 管道抢修中意外挖断光缆的情况。5. 由于直埋光缆在缆沟内是绷直的,障碍点往往处因不能提供足够的接续余长,不得不需要大量动 土开挖较长一段挤出余长进行接续。 延误抢维修的时间。 抢修费用高, 存在季节因素和青苗赔偿。 6. 直埋光缆为了尽量提高

4、使用寿命,需保证铠装层、加强芯的对地绝缘,需每年进行各段的对地绝 缘检查,因其直埋的先天因素,分段多,对地绝缘的查找和处理非常困难;后期维护费用很高。7. 老鼠的啃咬以及土壤中的酸碱物对光缆外护套及光缆寿命影响严重。8. 系统不能根据新技术的出现而随时更新光缆。9. 直埋光缆使用寿命短,因施工质量以及铠装层腐蚀等原因,实际寿命往往只能在 10年左右。二 次动土更换光缆费用极高,数倍与初期光缆建设费用。从当前已完成工程实例,如临濮线、济淄线、沧津燕线,以及在建的甬沪宁进口原油管道、大西南成 品油管道等工程的现实施工情况来看,同沟直埋方式均不能很好满足最终工程质量的要求,不但工程质量 差、后期维护

5、费用高,也没能达到起到降低投资的目的。因此,笔者认为同沟直埋方式已不适宜作为管道 通信同沟敷设光缆线路主要施工方式。二 、同沟普通管道光缆敷设工艺的现实缺陷采用管道方式敷设时,选用管道光缆,用吹气法敷设在光缆套管(高密度聚乙烯硅芯管 HDPE内。气吹 法敷缆是用机械推缆器把通信光缆推进管道,同时空压机把强大的气流打进管道,这种高速气流在光缆的 表面形成一种拖曳力,促使光缆前进。因此,光缆不是被拉而是被气流推动前进。光缆在管道里顺着地势 起伏或方向的改变顺利前进,因为光缆顶端不受力或受力很小,所以与传统牵引敷缆相反,光缆基本没有 应力。敷缆完毕后,光缆松弛地停在管道的底部,有助于延长光缆的寿命。

6、气吹机的使用对光缆无应力, 加上管道提供的有效的保护作用,客户可采用无铠装的轻型缆,节约成本。因此,气吹法不仅是安全的, 也是目前整体效果较好的敷缆方法。管道方式与直埋方式相比,主要优点有:z便于以后的检修、维护和更换及扩容,综合维护费用低。z与管道同沟敷设时,光缆敷设可不受管道施工时间的限制,能够有效的避免直埋光缆施工与管 道施工不同步时人为的断缆等影响工程质量的问题。z能提高光缆的抗腐蚀、抗压力和抗拉伸能力,延长光缆的使用寿命;直埋光缆的使用理论寿命 为 25(实际 10年左右,管道光缆的使用寿命可达 50年。z抵御外界破坏的能力更强, 能够有效的防止鼠类和白蚁的侵害以及减少打孔盗油分子对

7、光缆的 破坏。光缆采用管道敷设可以降低被破坏几率,并能延长光缆一倍以上的使用寿命;为改善一般同沟直埋光 缆与管道施工不同步以及跳跃式分段作业对光缆敷设质量的影响,有效地提高光缆使用寿命、降低日后光 缆抢修、换缆的维护费用,同时考虑到打孔盗油对管道、光缆的威胁。因此,同沟敷设硅管后期气吹光缆 的施工方式应是新建输油气管道最为适宜的工艺方式。但目前普通管道光缆气吹方式在实际同沟敷设中也存在一定缺陷,当前国内吹缆施工主要采用普通架 空光缆作为管道光缆敷设,因缆体较粗重,摩擦阻力大,对气吹压力要求高,另外,硅管与输油管道同沟 敷设往往很难做到垫层夯实平整,微弯很多,大大限制了单次气吹距离,一般工程仅能

8、达到平均不到 1km。 三、现代气吹工艺的新发展-微管微缆技术国外已经逐步转向采用管道吹缆专用微型管道光缆气吹敷设工艺(即母管+子管+微缆敷设技术, 作为一门光缆布放新技术,利用气吹敷缆的方法,先将微管吹进已敷设的母管中,然后根据客户需求,可 分批次将微缆吹进微管中。该技术可广泛应用于骨干网、城域网、接入网中。采用“气吹法”敷设微缆, 将气吹机产生的高压、高速压缩空气吹入微管,管壁内层固体硅胶极低的摩擦系数大大减小缆线前进时的 磨擦力, 这种高速气流在微缆表面形成一种均匀附着在微缆外皮的推力, 使该微缆不会受到任何机械损伤, 在高速气流的带动下微缆在管道中高速前进,平均速度达 70m/min,

9、其形象的比喻就如同磁悬浮列车在轨 道上空高速前进。整个施工过程安全、快捷、方便。微缆系统技术包括三个部分:一是微管技术,微管在制作工艺等方面具有较高的技术含量,其内壁采 用具有同步挤压的永久性固体润滑硅芯层,选择纵向导气槽(凹槽结构,进一步降低了摩擦系数;二是 微缆技术,微缆的共同特点是外径较小,可吹入小直径塑料导管中;三是气吹技术,采用气吹技术敷设微 缆、微管,安全、方便、快捷,气吹微缆时利用空气动力使微缆在管内保持悬浮,敷设完毕后,微缆自由、 松驰地停在微管底部,有助于延长微缆使用寿命。普 通 管 道 光 缆 系 统 、 微 管 微 缆 系 统 一 般 技 术 比 较 表市区及建筑群弹性的

10、网络设计, 不需要知道确切的用户数量 以及用户需要的光纤类型 必须预知用户数量,以确定光纤芯数,并确定 光纤类型(单模/多模垂直通道占用一次,整体完成主干管道的安 装,进行一次防火复原,用户有需求时再敷纤 初装时的光缆容量太大, 会造成资源的长期闲 置和浪费;太小,将多次布缆,施工费增加线, 可直接将光纤自主机房或总配线架接至桌 面 次熔接,不但使线路衰减增加,障碍点增多, 而且成本增加施工过程安静,气吹敷纤时并非要用空压机,高压气瓶也可由于多次开凿墙(地板洞,施工干扰较大 不需维护许多光纤(部分是空管 需要维护所有已安装的光纤随着光纤光缆产品技术的不断发展, 可保证随 时采用高新技术产品 一

11、旦布放完毕,无法更改,除非拆除旧缆,布 放新缆利用多余的空管可以租用 无此功能分期投资,可以降低初期的费用投资 一次性投资,资源利用率低线路分歧灵活,可以通过“Y”接头进行点对 点的平行分歧和纵向扩容 必须主干线留有预留, 然后进行线路割接进行 分歧,线路扩容困难。然后利用氮气瓶敷设微缆。 光缆的敷设只能采用人力牵引 利用倒盘器或多台气吹机可以达到长距离微缆的目的。光缆太粗,采用这种方法效率较低双层 HDPE 管道保护,有较高的抗冲击能力。 且母管不被严重压扁(70%以上的话,一般 一层 HDPE 管道保护,一旦母管有变形或较大 折弯容易造成吹缆堵塞失败。不会影响子管和微缆。微缆系统技术的光缆

12、结构是在吸收传统普通光缆优点基础上进行创造性改进,以适应不同安装环境及 施工方法。对于输油输气管线同沟敷设光缆系统,微缆系统技术除具备前述普通管道光缆的优点外,其优 势更体现在:1. 微缆直径小,重量轻,因而一次性气吹长度更大,吹放速度更快,可有效地缩短工程建设周期, 气吹普通光缆一般设计长度为 2-3km,而气吹微缆不间断距离可达 46km,因为气吹设备和微缆 的重量减轻,使气吹点可以任意选择。2. ,这样可以大大减少线路上人井和手井的数量,减少整个线路的光缆接头数量,初步预计可以减 少 60%以上,大幅度提高线路传输质量。3. 因微缆气吹工艺所需接续容纤占用空间小、气吹需求压力小、设备轻便

13、且操作空间需求同比普通 缆气吹小的多,气吹人井(孔设置简单,可以利用微管微缆余留保护箱替代人井(孔,不需 永久征地;4. 在硅芯管和微管的双重保护作用下,微缆在管道内可得到更为稳固的保护。遇到特殊情况遭到损 坏时,采取与 PVC 管、梅花管类似的处理方法,利用配套的硅芯管、微管接头,采用“气吹法” 方便、快捷地敷设微缆,大大减少故障处理时间,提高线路运行维护质量。5. 微管在子管中及子管在母管中的占用空间均小于 50%,大大提高了微缆的抗冲击能力,只要管路 不产生严重压扁变形,一般不影响微缆的安全。6. 施工造价同比普通缆管道吹缆施工方式相当或略低,而且,随着该技术的大量应用,微缆技术的 成本

14、必将大幅下降,从建设和维护等多方面同比普通管道光缆方式拉开成本优势。7. 备管建设投资低, 可在不增加先期投资的情况下大幅 提高光缆管道的市场价值。8. 大幅降低日后更换缆的投资,便于今后采用新型光 纤,保持技术领先。如左图工程实例图片显示,采用微缆技术敷设的光缆因其 轻便并在管道中有良好的自由度,在被挖掘机意外刮出并提升 到地面达半米以上时仍未损伤光缆,这是传统工艺所不可想象 的,该特点尤其适合于避免或减少输油管线同沟敷设光缆的建 设与运行期的意外损伤。以下对当前各种同沟敷设技术技术经济上分析对比列表如下:直 埋 、 普 通 缆 管 道 、 微 缆 同 沟 敷 设 工 艺 技 术 比 较 表

15、 施工工艺 同沟直埋 同沟普通缆管道 同沟微管微缆 传输质量 差 一般 好光缆安全性 差 一般 好受管道施工影响 很大,施工不同步问题多 有一定影响 很少施工工作量 理论上低,但实际二次开挖、接续工作量很高。一般, 但往往存在因硅管变形堵塞造成二次施工量增加的问题以及人井数量较多。一般(与普通缆相当 , 无需人井,接续工作量 少。维护工作量 对地绝缘测试等工作量大 一般 (光缆和接头盒不能形成完整体系较低 (微管和接头盒形 成密封体系寿命 短(10年 较长(50年 较长(50年无接续距离 短,断点多 单次气吹 1km 以内, 无接续距离平均 2km 以内单次气吹 1-2km, 甚至更 长, 无

16、接续距离平均 46公里, 可通过串联气吹进 一步大幅提高。征地费用 无 人井需在距管线 5米以上单独征地建设。 每个约需永久征地10m2。 实际施工中存在不确定性,往往临时增加。且野外人井安全性差。采用微管微缆余留保护 箱替代人井(孔 ,埋式 可重复开启, 无需永久征 地更换缆费用 极 高 (数 倍 于 建 设 投 资 一般 很低实际综合造价理论上投资少。但实际较 高。返工量大。决算金额公 里造价约 34万元/公里 较高。 存在不确定性和二次施 工量增加的问题。 决算金额在 3万元/公里以上 (不含征地 。 较高, 但比较易于确定并 控制工作量。 可控制在 3万元/公里以内。表 3:各 施 工

17、 工 艺 投 资 比 较项 目单独开沟 直埋 同沟 直埋同沟普缆 管道同沟 微管微缆挖沟及回填(元/公里 2000000 0赔补(元/公里 600000 0 硅芯管(元/公里 6000*0.16000*0.116000*2 6000 放管(元/公里 2000*0.12000*0.112000*22000 子管(元/公里 000 1000*2 吹管(元/公里 000 2000*2 12芯光缆(元/公里 70007000*1.15000 6000 放缆/吹缆(元/公里 800080008000 4490 标志带及布放100010001000 1000 10公里投资小计 41660030000026

18、4900 人(手孔/接续(10公里投资 200005000030000 10000永久征地0135000 10公里投资总额(元436600224200343500274900由上可见,气吹微缆施工工艺的发展给光缆同沟敷设带来了解决传统技术现实缺陷的契机,从当前技 术发展趋势看,微缆施工已经成为 IEC 标准中推荐的光缆施工方式,目前国内信息产业部也正在起草微缆 系统技术的通信行业标准,新一代光缆生产工艺、 施工工艺正在形成。 在输油气管道光缆同沟敷设中引入微 管微缆气吹敷设工艺, 将能较好解决传统同沟敷设技术的现实缺陷! 笔者在仪征-长岭原油管道工程中已经 进行了具体实践,该工程建成后不但是气吹微管微缆同沟敷设工艺的首次应用,也将是目前世界上距离最 长的气吹微缆长途光缆线路,其平均 34公里的接续间距将达到