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路面微槽敷设微管微缆技术的研究与应用

http://www.c114.net ( 2013/12/23 17:03 )

摘要  本文报告了通信业务发展导致管道资源逐步不足的现状,对路面微槽敷设微管微缆技术进行了介绍和分析。该技术由路面切槽工艺和微缆气吹工艺组成,使用材料包括排式集束管或单根厚壁直埋微管以及气吹微型光缆。较传统通信管道光缆技术,具有路由建设及光缆敷设效率高、施工成本低、管孔利用率高、对道路交通阻碍和环境污染少、对现有管线或路面设施破坏小的特点。欧美和东南亚等地区的通信运营商已在城域网FTTH建设中应用了该项技术,并快速、高效实现了其通信网络服务的开展。

随着2013年4月1日住建部和工信部联合下发贯彻落实国家标准《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》及《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程施工及验收规范》的要求,新建住宅将全面实施光纤到户(FTTH),同时各大运营商的4G网络业务也将迎来大规模建设,城域网与接入网的光缆需求量势必大幅增长。而在通信管网资源日益减少并紧缺的当下,须增大现有管道利用率或通过其它技术手段实现新建管道路由,以完成未来通信网络建设的发展并保证国家《宽带网络基础设施“十二五”规划》的正常实现。受限于国内多数大型城市市政规划中对新建管道路由的限制,道路大面积开挖敷设传统通信管道方式几无可能,而通过采用开微槽并结合气吹敷设微缆技术,可以在完全无管道资源情况下完成通信网络的建设,为管道资源紧张的通信企业解决燃眉之急。

一、通信网络建设现状

通信网络建设方式主要有管道、架空和直埋等方式,其中核心层光缆主要以管道方式敷设,配线及中继联接多以管道及架空方式敷设,业务节点入户的接入光缆大多数采用架空方式敷设。而目前大量地方政府因市容市貌等原因禁止市区内光缆凌乱架空现象,并将现有架空光缆整改至地下通信管道,管道资源紧缺状况将更加明显。20世纪90年代进入光通信时代后,国内通信网络在城域通信管道建设方面仍然采用适合铜缆布放的水泥管道。在2000年前后,各地的城域网建设逐步开始使用塑料管道,先是大量使用内径100mm左右的波纹塑料管(穿放光缆前,在大管孔内一次性穿放几根32/28mm或30/25mm的塑料子管以提高管孔使用率),后又衍生出了塑料栅格管道、5孔/7孔梅花型塑料管道以及适应气吹法施工的硅芯管等。2010年后国内多个城市出现了在40/33mm硅芯管中气吹或牵引多根小直径微管,然后在微管中气吹微缆的管道高利用率建设方式。但新建通信管道依然存在建造周期长、成本高、市政审批难等问题,利用技术手段实现在完全无管道资源的条件下建设通信网络线路将是极具现实意义的创新之法。

二、路面微槽敷设微管微缆技术简介

路面微槽气吹技术是采用路面开槽机在道路边切割一条宽度在15mm-30mm、深度在150-350mm的槽道,在槽道底垂直布放厚壁、排式微管(可布放前即在其中气吹敷设微缆),回填水泥或混凝土后再利用气吹机和空压机将微缆敷设到微管中。路面微槽技术包括切槽工艺、气吹施工、排式集束管、气吹微缆光缆等技术要素。微管在道路中状态如图1所示。

图1:路面微槽敷设微管后截面图

1、  切槽工艺

传统路面开挖技术需要使用大型挖掘机进行施工,工作界面大且对交通阻碍严重,开挖和回填周期较长,工程造价高昂,对环境污染较大。而路面微槽技术仅须使用小型路面切槽机即可实现,其施工具有开挖及回填效率高、施工成本低、对道路交通环境阻碍和污染少以及对现有管线或路面设施破坏小等特点。目前国际上多采用宽度及深度可控的自动化开槽设备以适应不同通信设计(微缆、微管外径不同)的需要,小型化切槽机如图2所示。

图2:路面小型化切槽机

小型化的路面切槽机仅须单人操作,开挖的细、窄槽道可满足微管敷设,实施区域可涵盖高速公路路面、城区混凝土路面、岩石路面、沙漠地区以及泥田路面等(不同地质开挖速度不同)。开挖前须根据市政规划与探查的实际地下管线情况确定路由并做好相关标记。开挖时根据路由标记切槽,须注意微槽转弯半径应大于微管和微缆的最小弯曲半径,开挖速度在70-120m/h范围内,开槽完成后使用人工或机械方式对开挖废料进行清理。在敷设微管前应先在槽底布放少量细沙,以防止槽底不平整而划坏微管。微管塞入后应使用细窄工具将其压至槽底,回填应采用与路基密度相同、流动性好、强度高的混凝土填充,须保证回填后槽道的力学和结构性能与开挖前相近。微管HDPE材料受热可能会产生氧化变性现象,故不能使用热拌沥青回填。根据不同路面情况,回填方式有所不同。如果是水泥道路则仅须使用混凝土回填至原路面高度,如果是沥青路面则回填混凝土须与路面高度预留一定高度(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沥青材料,如图3所示。某些地质结构或道路情况不好的地区,微管敷设后可在上方加垫同外径尺寸泡沫棒,防止上方回填材料下陷对微管产生挤压力,如图4所示。开槽一般选取为靠近路沿位置,且宽度较小,故车辆轮胎不会直接作用于微槽上方,回填材料不会出现传统路面修复产生的沉陷现象,微管不会受较大挤压力。

图3:路面微槽结构示意图                        图4:泡沫棒

2、  气吹工艺

气吹技术是通过高压空气和气吹机的机械推力共同作用,使微缆在微管中快速、平稳的前进敷设。由于路面微槽技术中使用的排式集束管与普通直埋微管规格相同,可使用与普通微缆气吹机相同的气吹机和相关配件。气吹微缆施工需综合考虑微管、微缆以及环境等影响因素,以获得最优气吹效果。微管在布放敷设时即要注意避免起伏和扭曲,气吹前须做贯通和添加润滑剂以降低其摩擦系数。微缆在气吹前应在其端头加装子弹头,可使微缆在微管中转向灵活,并且使得高压气体不会从端头进入微缆造成其表皮破裂。吹放前也须注意微缆的存放,不得将沾有泥沙、雨水的微缆气吹到微管中去,以免降低气吹速度。施工环境温度高于35℃时应在空压机后加装冷却器,应为空压机排出的压缩气体温度至少比环境温度高20℃,而管道和光缆护套材料遇高温均会发生软化,造成摩擦系数增大从而影响气吹效率。施工环境湿度较大时须在空压机后加装水分离器,防止过多水分进入微管,水面张力粘附微缆阻碍其前进。

3、  排式集束管

与传统微管和完全对称结构(圆形或正方形)的集束管不同,竖排状的排式集束管更易于放入路面微槽中,能起到节省空间和便捷施工的作用。排式集束管是由多根微管通过一层薄HDPE材料并排连接组成,分为半包和全包两种,分别如图5(a)、(b)所示。

图5(a):半包排式集束管                图5(b):全包排式集束管

集束管中微管即耐压性更强的直埋型微管(尺寸有10/6mm、12/8mm、14/10mm、16/12mm等),抗压力在2000N以上。在管道敷设完毕、道路回填完成后可使用气吹方式将微缆气吹到排式集束管中。排式集束管多采用8孔、6孔、4孔及2孔的结构,在微槽内垂直布放且易于转弯。半包结构的排式集束管质量更轻、分歧更加灵活、布放也更为简便。全包结构的排式集束管耐压性能更好,安全性较高。排式集束管的施工及布放所需工具与普通集束管相同,是一种适用于路面微槽技术、结构优化的集束管产品。

4、  微缆

气吹微型光缆是一种尺寸较小的松套层绞式光缆,采用非金属加强芯并且无铠装结构,可通过气流吹送方式敷设到微管中。突破了现有管道光缆布放技术的局限性,提高了管道利用效率。微缆利于随时随地进行分歧,易于平行和纵向扩容。微缆具备护套摩擦系数低、直径小、重量轻、硬度适中的特点,在微管中气吹敷设速度可达50m/min或更高,一次最大气吹距离可达1000m以上,光缆布放效率大幅提高。同时微缆可根据业务量需求状况分批布放,可在排式集束管中根据需求量的增加逐步增加光缆,投资分布进行。后期也可利用气流将微缆吹出管道,便于维护或更换、升级新品种光纤光缆。微缆结构如图6所示。

图6:微缆结构图

长飞光纤光缆有限公司微缆芯数与适于气吹微管尺寸数据见表1,其最大芯数已达288芯(可在YD/T 1460.1-2006标准场地中12mm内径的微管中气吹1.2km以上)。全系列微缆可满足任何城域网和接入网的通信设计需要,在路面微槽路由中利用气吹方式灵活布放。微缆的气吹布放可在路面微槽回填完毕后进行,微缆气吹机与小型空压机占地面积小,对道路交通影响有限,施工快捷迅速。

三、路面微槽敷设微管微缆技术特点与优势

1、  路由建设及光缆敷设效率高

路面微槽气吹技术所采用的开窄、浅槽道方式较传统开挖路面方式效率更高。由于微管体积较小,故开挖土方较少,挖掘速率也更高。开挖后可立即敷设排式集束管并进行回填,回填量少故道路恢复时间也更短。而由于排式集束管可后期分批进行气吹,故光缆敷设可在路由完全建设好、道路交通恢复后进行,且微缆的气吹敷设速率也比传统牵引或直埋方式布放更快。采用路面微槽气吹技术的通信网络工程施工效率和建设周期较传统的架空、直埋和牵引方式要优化很多。

2、  施工成本低

传统通信管道路由建设须采用大型挖掘机开挖路面后敷设大直径管道并回填,其设备运输、施工折旧与损耗、人力及材料成本均较高。路面微槽气吹技术中核心的微型管道和微型光缆使得开挖、回填、敷设等工序更加便捷、小型化,因此设备、人力以及材料等方面均产生一定比例的减少。开挖体积少使得设备损耗更少,小型化的开槽机其运行成本也较低。高效率的施工模式及机械化的开槽机、吹缆机等可使人工工日减少,人力成本降低。而微槽回填料、排式集束管和微缆等原材料也较传统通信路由建设用料更省。

3、  管孔利用率高

根据气吹占空比选择,在12mm内径微管中已可气吹288芯微缆,而8mm内径的微管中也至少可以气吹96芯微缆。其单位体积内光纤密度远高于传统普通光缆,且集束管本身由于其设计特点即是在单位体积内形成最多的管孔资源,是一种空间利用最优的方式。而目前微缆小体积、高密度的发展趋势也会使得管孔的资源利用率越来越高。

4、  对道路交通阻碍和环境污染少

市政管理中出于市容和交通方面考虑,现已很少有大型城市允许路面开挖。而路面微槽模式对交通和环境几无影响,开微槽仅须较小工作界面且施工、回填迅速。开挖土方量较传统开挖减少很多,可人工或机械方式快速清理。在无法大面积开挖敷设路由的场景下进行小型化的“微槽+微管+微缆”施工方式,可在市政影响程度最低的情况下完成路由建设。

5、  对现有管线或路面设施破坏小

路面大面积开挖难以避免会造成已有公共建筑或设施的损坏,开挖也存在破坏其他电力、输气等管道的风险,而路面微槽气吹方式的安全保障性要高很多。由于其开挖深度、宽度都很小,对现有设施的破坏将至最低程度,同时普通电力和输气管线埋深都在600mm以上,路面微槽的开挖深度不至影响到其他管线。

四、路面微槽敷设微管微缆技术应用实例

2013年初美国电信运营商Verizon出于无管道资源和急于开展其FTTH业务等原因,在美国东海岸最大城市纽约曼哈顿街区,采用路面微槽气吹技术,在路面切割出尺寸宽度20mm、深度300mm的微槽,随后布放竖排微管并在其中气吹微缆(图6)。实现了管道资源的快速增加且并未对纽约繁华城区的交通和环境产生较大影响,线路开通后成功开展通信业务,使得全美第二大运营商能够提供更快的网络服务以及受众更广的用户。

图6:纽约路面微槽施工现场

2013年马来西亚某电信运营商采用路面微槽气吹技术进行城市FTTH建设,施工采用大功率切槽机,施工效率高,开挖废料少,采用人工方式清理(图7)。该项目埋入的是厚壁微管,由于微槽宽度较小,多根微管垂直布放进入后还是处于竖排状态。布放微管后即回填水泥,对道路交通影响降至最低。

图7:马来西亚路面微槽施工现场

五、小结

随着光纤到户(FTTH)的大力发展和管道资源的逐渐减少,采用路面开微槽加气吹微缆的施工模式将更具经济效益和现实意义。特别是在城域环网到住宅用户之间存在大量且无法规划的网络连接需求,而大面积开挖或者架空模式已难以通过市政审批的情况下,施工单位采用路面微槽敷设微管和气吹微缆技术即可完成小型化的管道和线路建设,从而实现高速、便捷、经济的光网络组建模式。同时集束管可为今后的管道扩容提供空间,而气吹微缆也可为更为便利的进行线路升级、改造。路面微槽敷设微管微缆将是一项改善传统施工技艺、推进通信建设发展的革命性技术。
作者简介:刘畅(1987---),男,硕士,主要从事气吹施工技术方面的研究。光纤光缆制备技术国家重点实验室,长飞光纤光缆有限公司营销中心,武汉市关山二路4号,430073

作者:刘畅   来源:中国信息产业网

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