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路面微槽敷設微管微纜技術的研究與應用

時間: 2014-09-03 17:49 來源: 中國信息產業網

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摘要 本文報告了通信業務發展導致管道資源逐步不足的現狀,對路面微槽敷設微管微纜技術進行了介紹和分析。該技術由路面切槽工藝和微纜氣吹工藝組成,使用材料包括排式集束管或單根厚壁直埋微管以及氣吹微型。較傳統通信管道光纜技術,具有路由建設及光纜敷設效率高、施工成本低、管孔利用率高、對道路交通阻礙和環境污染少、對現有管線或路面設施破壞小的特點。歐美和東南亞等地區的通信已在和建設中應用了該項技術,并快速、高效實現了其通信服務的開展。

隨著2013年4月1日住建部和聯合下發貫徹落實國家標準《住宅區和住宅建筑內到戶通信設施工程設計規范》及《住宅區和住宅建筑內光纖到戶通信設施工程施工及驗收規范》的要求,新建住宅將全面實施光纖到戶(FTTH),同時各大運營商的網絡業務也將迎來大規模建設,城域網與的光纜需求量勢必大幅增長。而在通信管網資源日益減少并緊缺的當下,須增大現有管道利用率或通過其它技術手段實現新建管道路由,以完成未來通信網絡建設的發展并保證國家《網絡基礎設施“十二五”規劃》的正常實現。受限于國內多數大型城市市政規劃中對新建管道路由的限制,道路大面積開挖敷設傳統通信管道方式幾無可能,而通過采用開微槽并結合氣吹敷設微纜技術,可以在完全無管道資源情況下完成通信網絡的建設,為管道資源緊張的通信企業解決燃眉之急。

一、通信網絡建設現狀

通信網絡建設方式主要有管道、架空和直埋等方式,其中核心層光纜主要以管道方式敷設,配線及中繼聯接多以管道及架空方式敷設,業務節點入戶的接入光纜大多數采用架空方式敷設。而目前大量地方政府因市容市貌等原因禁止市區內光纜凌亂架空現象,并將現有架空光纜整改至地下通信管道,管道資源緊缺狀況將更加明顯。20世紀90年代進入時代后,國內通信網絡在城域通信管道建設方面仍然采用適合銅纜布放的水泥管道。在2000年前后,各地的城域網建設逐步開始使用塑料管道,先是大量使用內徑100mm左右的波紋塑料管(穿放光纜前,在大管孔內一次性穿放幾根32/28mm或30/25mm的塑料子管以提高管孔使用率),后又衍生出了塑料柵格管道、5孔/7孔梅花型塑料管道以及適應氣吹法施工的硅芯管等。2010年后國內多個城市出現了在40/33mm硅芯管中氣吹或牽引多根小直徑微管,然后在微管中氣吹微纜的管道高利用率建設方式。但新建通信管道依然存在建造周期長、成本高、市政審批難等問題,利用技術手段實現在完全無管道資源的條件下建設通信網絡線路將是極具現實意義的創新之法。

二、路面微槽敷設微管微纜技術簡介

路面微槽氣吹技術是采用路面開槽機在道路邊切割一條寬度在15mm-30mm、深度在150-350mm的槽道,在槽道底垂直布放厚壁、排式微管(可布放前即在其中氣吹敷設微纜),回填水泥或混凝土后再利用氣吹機和空壓機將微纜敷設到微管中。路面微槽技術包括切槽工藝、氣吹施工、排式集束管、氣吹微纜光纜等技術要素。微管在道路中狀態如圖1所示。

路面微槽敷設微管微纜技術的研究與應用

圖1:路面微槽敷設微管后截面圖

1、 切槽工藝

傳統路面開挖技術需要使用大型挖掘機進行施工,工作界面大且對交通阻礙嚴重,開挖和回填周期較長,工程造價高昂,對環境污染較大。而路面微槽技術僅須使用小型路面切槽機即可實現,其施工具有開挖及回填效率高、施工成本低、對道路交通環境阻礙和污染少以及對現有管線或路面設施破壞小等特點。目前國際上多采用寬度及深度可控的自動化開槽設備以適應不同通信設計(微纜、微管外徑不同)的需要,小型化切槽機如圖2所示。

路面微槽敷設微管微纜技術的研究與應用

圖2:路面小型化切槽機

小型化的路面切槽機僅須單人操作,開挖的細、窄槽道可滿足微管敷設,實施區域可涵蓋高速公路路面、城區混凝土路面、巖石路面、沙漠地區以及泥田路面等(不同地質開挖速度不同)。開挖前須根據市政規劃與探查的實際地下管線情況確定路由并做好相關標記。開挖時根據路由標記切槽,須注意微槽轉彎半徑應大于微管和微纜的最小彎曲半徑,開挖速度在70-120m/h范圍內,開槽完成后使用人工或機械方式對開挖廢料進行清理。在敷設微管前應先在槽底布放少量細沙,以防止槽底不平整而劃壞微管。微管塞入后應使用細窄工具將其壓至槽底,回填應采用與路基密度相同、流動性好、強度高的混凝土填充,須保證回填后槽道的力學和結構性能與開挖前相近。微管HDPE材料受熱可能會產生氧化變性現象,故不能使用熱拌瀝青回填。根據不同路面情況,回填方式有所不同。如果是水泥道路則僅須使用混凝土回填至原路面高度,如果是瀝青路面則回填混凝土須與路面高度預留一定高度(至少5cm),待混凝土凝固后在其上方填入具有防水和密封功能的瀝青材料,如圖3所示。某些地質結構或道路情況不好的地區,微管敷設后可在上方加墊同外徑尺寸泡沫棒,防止上方回填材料下陷對微管產生擠壓力,如圖4所示。開槽一般選取為靠近路沿位置,且寬度較小,故車輛輪胎不會直接作用于微槽上方,回填材料不會出現傳統路面修復產生的沉陷現象,微管不會受較大擠壓力。

路面微槽敷設微管微纜技術的研究與應用

圖3:路面微槽結構示意圖 圖4:泡沫棒

2、 氣吹工藝

氣吹技術是通過高壓空氣和氣吹機的機械推力共同作用,使微纜在微管中快速、平穩的前進敷設。由于路面微槽技術中使用的排式集束管與普通直埋微管規格相同,可使用與普通微纜氣吹機相同的氣吹機和相關配件。氣吹微纜施工需綜合考慮微管、微纜以及環境等影響因素,以獲得最優氣吹效果。微管在布放敷設時即要注意避免起伏和扭曲,氣吹前須做貫通和添加潤滑劑以降低其摩擦系數。微纜在氣吹前應在其端頭加裝子彈頭,可使微纜在微管中轉向靈活,并且使得高壓氣體不會從端頭進入微纜造成其表皮破裂。吹放前也須注意微纜的存放,不得將沾有泥沙、雨水的微纜氣吹到微管中去,以免降低氣吹速度。施工環境溫度高于35℃時應在空壓機后加裝冷卻器,應為空壓機排出的壓縮氣體溫度至少比環境溫度高20℃,而管道和光纜護套材料遇高溫均會發生軟化,造成摩擦系數增大從而影響氣吹效率。施工環境濕度較大時須在空壓機后加裝水,防止過多水分進入微管,水面張力粘附微纜阻礙其前進。

3、 排式集束管

與傳統微管和完全對稱結構(圓形或正方形)的集束管不同,豎排狀的排式集束管更易于放入路面微槽中,能起到節省空間和便捷施工的作用。排式集束管是由多根微管通過一層薄HDPE材料并排連接組成,分為半包和全包兩種,分別如圖5(a)、(b)所示。

路面微槽敷設微管微纜技術的研究與應用

圖5(a):半包排式集束管 圖5(b):全包排式集束管

集束管中微管即耐壓性更強的直埋型微管(尺寸有10/6mm、12/8mm、14/10mm、16/12mm等),抗壓力在2000N以上。在管道敷設完畢、道路回填完成后可使用氣吹方式將微纜氣吹到排式集束管中。排式集束管多采用8孔、6孔、4孔及2孔的結構,在微槽內垂直布放且易于轉彎。半包結構的排式集束管質量更輕、分歧更加靈活、布放也更為簡便。全包結構的排式集束管耐壓性能更好,安全性較高。排式集束管的施工及布放所需工具與普通集束管相同,是一種適用于路面微槽技術、結構優化的集束管產品。

4、 微纜

氣吹微型光纜是一種尺寸較小的松套層絞式光纜,采用非金屬加強芯并且無鎧裝結構,可通過氣流吹送方式敷設到微管中。突破了現有管道光纜布放技術的局限性,提高了管道利用效率。微纜利于隨時隨地進行分歧,易于平行和縱向擴容。微纜具備護套摩擦系數低、直徑小、重量輕、硬度適中的特點,在微管中氣吹敷設速度可達50m/min或更高,一次最大氣吹距離可達1000m以上,光纜布放效率大幅提高。同時微纜可根據業務量需求狀況分批布放,可在排式集束管中根據需求量的增加逐步增加光纜,投資分布進行。后期也可利用氣流將微纜吹出管道,便于維護或更換、升級新品種。微纜結構如圖6所示。

路面微槽敷設微管微纜技術的研究與應用

圖6:微纜結構圖

路面微槽敷設微管微纜技術的研究與應用

光纖光纜有限公司微纜芯數與適于氣吹微管尺寸數據見表1,其最大芯數已達288芯(可在YD/T 1460.1-2006標準場地中12mm內徑的微管中氣吹1.2km以上)。全系列微纜可滿足任何城域網和接入網的通信設計需要,在路面微槽路由用氣吹方式靈活布放。微纜的氣吹布放可在路面微槽回填完畢后進行,微纜氣吹機與小型空壓機占地面積小,對道路交通影響有限,施工快捷迅速。

三、路面微槽敷設微管微纜技術特點與優勢

1、 路由建設及光纜敷設效率高

路面微槽氣吹技術所采用的開窄、淺槽道方式較傳統開挖路面方式效率更高。由于微管體積較小,故開挖土方較少,挖掘速率也更高。開挖后可立即敷設排式集束管并進行回填,回填量少故道路恢復時間也更短。而由于排式集束管可后期分批進行氣吹,故光纜敷設可在路由完全建設好、道路交通恢復后進行,且微纜的氣吹敷設速率也比傳統牽引或直埋方式布放更快。采用路面微槽氣吹技術的通信網絡工程施工效率和建設周期較傳統的架空、直埋和牽引方式要優化很多。

2、 施工成本低

傳統通信管道路由建設須采用大型挖掘機開挖路面后敷設大直徑管道并回填,其設備運輸、施工折舊與損耗、人力及材料成本均較高。路面微槽氣吹技術中核心的微型管道和微型光纜使得開挖、回填、敷設等工序更加便捷、小型化,因此設備、人力以及材料等方面均產生一定比例的減少。開挖體積少使得設備損耗更少,小型化的開槽機其運行成本也較低。高效率的施工模式及機械化的開槽機、吹纜機等可使人工工日減少,人力成本降低。而微槽回填料、排式集束管和微纜等原材料也較傳統通信路由建設用料更省。

3、 管孔利用率高

根據氣吹占空比選擇,在12mm內徑微管中已可氣吹288芯微纜,而8mm內徑的微管中也至少可以氣吹96芯微纜。其單位體積內光纖密度遠高于傳統普纜,且集束管本身由于其設計特點即是在單位體積內形成最多的管孔資源,是一種空間利用最優的方式。而目前微纜小體積、高密度的發展趨勢也會使得管孔的資源利用率越來越高。

4、 對道路交通阻礙和環境污染少

市政管理中出于市容和交通方面考慮,現已很少有大型城市允許路面開挖。而路面微槽模式對交通和環境幾無影響,開微槽僅須較小工作界面且施工、回填迅速。開挖土方量較傳統開挖減少很多,可人工或機械方式快速清理。在無法大面積開挖敷設路由的場景下進行小型化的“微槽+微管+微纜”施工方式,可在市政影響程度最低的情況下完成路由建設。

5、 對現有管線或路面設施破壞小

路面大面積開挖難以避免會造成已有公共建筑或設施的損壞,開挖也存在破壞其他電力、輸氣等管道的風險,而路面微槽氣吹方式的安全保障性要高很多。由于其開挖深度、寬度都很小,對現有設施的破壞將至最低程度,同時普通電力和輸氣管線埋深都在600mm以上,路面微槽的開挖深度不至影響到其他管線。

四、路面微槽敷設微管微纜技術應用實例

2013年初美國運營商出于無管道資源和急于開展其FTTH業務等原因,在美國東海岸最大城市紐約曼哈頓街區,采用路面微槽氣吹技術,在路面切割出尺寸寬度20mm、深度300mm的微槽,隨后布放豎排微管并在其中氣吹微纜(圖6)。實現了管道資源的快速增加且并未對紐約繁華城區的交通和環境產生較大影響,線路開通后成功開展通信業務,使得全美第二大運營商能夠提供更快的網絡服務以及受眾更廣的用戶。

路面微槽敷設微管微纜技術的研究與應用

圖6:紐約路面微槽施工現場

2013年馬來西亞某電信運營商采用路面微槽氣吹技術進行城市FTTH建設,施工采用大功率切槽機,施工效率高,開挖廢料少,采用人工方式清理(圖7)。該項目埋入的是厚壁微管,由于微槽寬度較小,多根微管垂直布放進入后還是處于豎排狀態。布放微管后即回填水泥,對道路交通影響降至最低。

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圖7:馬來西亞路面微槽施工現場

五、小結

隨著光纖到戶(FTTH)的大力發展和管道資源的逐漸減少,采用路面開微槽加氣吹微纜的施工模式將更具經濟效益和現實意義。特別是在城域環網到住宅用戶之間存在大量且無法規劃的網絡連接需求,而大面積開挖或者架空模式已難以通過市政審批的情況下,施工單位采用路面微槽敷設微管和氣吹微纜技術即可完成小型化的管道和線路建設,從而實現高速、便捷、經濟的組建模式。同時集束管可為今后的管道擴容提供空間,而氣吹微纜也可為更為便利的進行線路升級、改造。路面微槽敷設微管微纜將是一項改善傳統施工技藝、推進通信建設發展的革命性技術。作者簡介:劉暢(1987---),男,碩士,主要從事氣吹施工技術方面的研究。光纖光纜制備技術國家重點實驗室,長飛光纖光纜有限公司營銷中心,武漢市關山二路4號,430073

(責任編輯:6g下載網)
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