作者：吳濱

　　90年代末期，光纜的管道化發(fā)展促進(jìn)了一種新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我們稱之為水敷法或漂浮法。它和氣吹法一起被稱之當(dāng)今世界上最安全，最有效的2種敷纜方法。水敷纜的工作原理如同氣吹敷纜，但是作用在光纜上的推力不是高速流動的氣體而是水。與氣吹法相比，水敷纜的主要優(yōu)點有：

　　比氣吹法具有更高的管道利用率：水敷法不需要考慮光纜或微纜的直徑和管道內(nèi)徑的比值，不需要考慮微管束的外面積之和是否是保護(hù)管內(nèi)面積的一半，而這些在氣吹法里都是需要考慮的。水敷纜在管道內(nèi)徑和光纜外徑之間的比值很小的情況下仍能保持很高的效率。

　　比氣吹法的用途更加廣泛：由于水敷纜采用的是漂浮原理，在同等的敷設(shè)距離條件下，管道內(nèi)的水壓比氣吹時的空氣壓力低，可以用于一些不能承受高壓的管道。

　　比氣吹法敷設(shè)的距離更長：由于阿基米德的浮力定律，水敷纜時可以減少甚至消除光纜或微纜與保護(hù)管道底部之間的摩擦力。另外，采用水敷法時，由于漂浮的原理，管道內(nèi)的水不是充滿整個管道，因此不必?fù)?dān)心光纜和保護(hù)管上璧之間的摩擦。水敷設(shè)的長度最少是氣吹長度的2倍。

　　比氣吹法更加安全：水壓機(jī)不產(chǎn)生高溫，不會軟化管道的內(nèi)壁，使管道可以承受比空氣壓縮機(jī)更高的壓力，管道不會因為高溫出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。并且能很容易地移出采用其它方法敷設(shè)的纜。

　　1.水敷設(shè)的工作原理

　　水敷法的定義和氣吹法基本相同，這兩種技術(shù)都包括：

　　1.1 一個基本的機(jī)械推力。

　　1.2 利用氣體或液體施加在光纜的表面上形成向前的推力。

　　圖1水敷法的原理圖

　　2.纜的密度對水敷纜的影響

　　水敷法有一個與氣吹法不同的特征，這就是非常有意義的阿基米德的“浮力定律”，對敷纜效果有著重大的影響。當(dāng)光纜的密度等于水的密度時，敷纜效果最佳。例如當(dāng)光纜的密度等于1 g/cm3。這種纜在水里就如同一個沒有重量的物體。作為一種直接推理，由地心引力產(chǎn)生的在保護(hù)管內(nèi)壁和光纜外護(hù)套之間的摩擦力就會被完全抵消。但是，我們必須注意的是其它的摩擦力還可能存在。如硬度較高的光纜與彎曲的管道之間產(chǎn)生的側(cè)向摩擦力；這種力是不可能避免的。另外在山區(qū)施工時，水壓受地形高差的影響比較大，海拔高度差1m，水壓將下降1kg/cm2，當(dāng)比較氣吹技術(shù)和水敷技術(shù)時必須考慮到這一點。

　　3.管道內(nèi)徑，光纜外徑和用水量之間的關(guān)系

　　法國電信研究中心CNET曾經(jīng)做過2項測試。第一項測試采用1根小直徑的光纜用來觀察一套設(shè)備可以達(dá)到的敷纜長度和用水量，另一項測試采用1根大直徑的光纜來觀察一套設(shè)備可以達(dá)到的敷纜長度和用水量。在第一個測試中，將1根直徑13mm的光纜利用水敷法敷設(shè)到1根32/26mm的管道中。結(jié)果表明，用水敷法可以輕易地達(dá)到4500m 的敷設(shè)距離(線路呈水平環(huán)形)，用水量4m3，速度約30m/min。在第二項的測試中，將1根直徑23mm的光纜利用水敷法敷設(shè)到上述規(guī)格的管道中。敷設(shè)距離2200m，用水量不到1m3。測試的結(jié)果表明，管道內(nèi)徑和光纜外徑的比值越小，用水量越少。當(dāng)管道內(nèi)徑和光纜外徑的比值達(dá)1.13時，水敷纜仍然有較長的敷設(shè)長度，這在氣吹法里是不可能的。氣吹光纜要求管道內(nèi)徑和光纜外徑的比值最小為2。

　　4.實際案例：水敷設(shè)光纜在中石化“川氣東送”項目上的應(yīng)用

　　4.1工程描述：

　　水敷纜試驗段是中石化國家重點工程“川氣東送”項目的一部分，位于浙江安吉至上海之間，南潯的雙林鎮(zhèn)附近。該地區(qū)水源充足，但在可供選擇的水敷纜點附近沒有水源，敷纜用水需要用抽水機(jī)遠(yuǎn)程供應(yīng)。

　　在水敷纜的試驗段開始之前，施工方已經(jīng)在該地段進(jìn)行了氣吹敷纜。由于該試驗段位于軟土地質(zhì)和水網(wǎng)地段，地下水位較高，為了達(dá)到輸氣管道的埋設(shè)深度和減少塌方的影響，有的作業(yè)帶寬度高達(dá)到10米。因此在輸氣管道回填土?xí)r，土塊的作用力容易造成通信管道出現(xiàn)水平位移和縱向起伏。同時在溝坎處，由于地基較軟，經(jīng)過一段時間的地質(zhì)沉降，管道在擋土墻下沉的作用下，也容易出現(xiàn)管道的原有彎曲半徑變小和產(chǎn)生新的微彎。這些因素都大大降低了光纜的氣吹長度。因此在實際氣吹敷纜的14天內(nèi)，一個22人的作業(yè)班組，總共氣吹光纜7000米，最長的氣吹距離700m，最短的氣吹距離僅120m，平均每318m需要開挖一個作業(yè)坑。為此該工程的項目部準(zhǔn)備在該地段采用水敷纜技術(shù)，來了解水敷法是否能在氣吹困難地段提高敷纜效率。

　　4.2 前期的氣吹效果分析：

　　4.2.1氣吹前，管道都進(jìn)行了貫通檢查，因此可以排除由于管道變形造成氣吹距離變短的原因。

　　4.2.2 氣吹前，管道已經(jīng)潤滑，因此管道內(nèi)壁和光纜外護(hù)套之間不可能產(chǎn)生過高的摩擦系數(shù)。

　　4.2.3 光纜進(jìn)入護(hù)坎和護(hù)坡時，經(jīng)常會出現(xiàn)液壓機(jī)的壓力突然上升和管道出口氣流減弱的現(xiàn)象，該情況表明在護(hù)坎和護(hù)坡下方的管道有彎曲半徑變小的可能。

　　4.2.4 由于該試驗段位于軟土地質(zhì)和水網(wǎng)地段，地下水位較高，管道的敷設(shè)質(zhì)量很難得到控制，特別是同溝敷設(shè)，通信管道的敷設(shè)質(zhì)量往往受到輸氣管道的回填土影響，因此管道在溝槽內(nèi)容易出現(xiàn)較多的波浪起伏，造成氣流通過管道的阻力增加，加大了氣流的衰耗，同時也增加了光纜通過管道轉(zhuǎn)彎點的摩擦阻力。因此，光纜在氣吹的過程中，不僅有自身重力產(chǎn)生的摩擦力，也有光纜通過轉(zhuǎn)彎點時，由于氣流的推力而和管壁產(chǎn)生的側(cè)摩擦力。

　　通過以上的分析可知，光纜氣吹效果差的主要原因是由于管道的敷設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生的。大量的管道微彎可以造成氣吹距離的嚴(yán)重下降。

　　4.3光纜的重量和密度

　　該工程采用了12km/盤的超長光纜盤長，光纜的單位重量110g/m，光纜的直徑10mm。根據(jù)密度公式：

　　ρ＝m/V

　　m：表示質(zhì)量，

　　V：表示體積

　　可知光纜的密度為1.4g/cm2，根據(jù)模擬計算的結(jié)果，如果管道的敷設(shè)質(zhì)量沒有問題，氣吹長度應(yīng)該在1700米至2300米之間，水敷設(shè)的長度應(yīng)該在2600米至7000米之間。但是根據(jù)實際的氣吹效果可見，該地段的管道敷設(shè)質(zhì)量很差。如果根據(jù)水敷設(shè)的長度最少應(yīng)該是氣吹長度的2倍的理論和實踐經(jīng)驗，那么在該地段的水敷設(shè)長度應(yīng)該是300米至1400米。管道和光纜的主要參數(shù)見表1。

　　表1：管道和光纜的參數(shù)

　　4.4 實際的水敷纜情況

　　4.4.1 2009年4月25日

　　由于道路的限制，設(shè)備只能安置在B點，采用中間緩沖敷設(shè)法，見圖2。先用水敷法從B點向C點敷設(shè)光纜，當(dāng)光纜的敷設(shè)長度達(dá)到1760m時，光纜停止前進(jìn)。根據(jù)路由圖，C點位于線路的一個轉(zhuǎn)彎點。然后光纜在B點倒盤采用氣吹法敷設(shè)，從B點向A點敷設(shè)光纜，氣吹長度240米，到達(dá)光纜的第一個接續(xù)點。光纜第一天敷設(shè)的長度是2000米

　　圖2: 光纜第一天的敷設(shè)情況

　　CB表示氣吹，CF表示水敷設(shè)

　　4.4.2 2009年4月26日

　　同樣是由于道路的限制，只能采用中間緩沖敷設(shè)法，見圖3。從D點向C點水敷設(shè)光纜610米到達(dá)光纜的第二個接續(xù)點，從D點向E點水敷設(shè)光纜995米到達(dá)光纜的第三個接續(xù)點。然后設(shè)備轉(zhuǎn)移到F點，從F點向E點水敷設(shè)光纜895米，然后從F點向G方向水敷設(shè)，當(dāng)光纜端頭到達(dá)G點時，光纜突然停止前進(jìn)，根據(jù)路由圖，G點位于一條大開挖的河邊，從路由圖看，該點是管道的一個轉(zhuǎn)彎點。光纜第二天敷設(shè)的長度是2720米。

　　圖3：光纜第二天的敷設(shè)情況

　　4.4.3 2009年4月27日

　　考慮到光纜的端頭離敷纜點僅有220米，加上氣流產(chǎn)生的推力比水流產(chǎn)生的推力大，因此決定在F點嘗試采用氣吹技術(shù)，觀察氣吹技術(shù)是否能幫助光纜的端頭通過這個轉(zhuǎn)彎點，見圖4。如果氣流可以幫助光纜的端頭通過這個障礙點，不僅可以節(jié)約光纜倒盤和設(shè)備轉(zhuǎn)移的時間，也可以避免開挖工作坑。在高速氣流的不斷沖擊下，光纜的端頭終于通過了這個轉(zhuǎn)彎點，為了檢測光纜在氣吹條件下的敷設(shè)長度，當(dāng)光纜端頭通過了該障礙點之后，光纜繼續(xù)氣吹前進(jìn)，最后在H點停止。氣吹效果表明，如果采用氣吹技術(shù)，光纜在該地段可以敷設(shè)的長度是452米。從路由圖上看，光纜在H點的位置沒有轉(zhuǎn)彎點。為了了解水敷法和氣吹法在相同的地理條件和管道敷設(shè)條件下的長度區(qū)別，決定在F點的位置繼續(xù)采用水敷法。光纜在水流的作用下一直漂浮到I點的位置。由此可見，如果沒有障礙點，在相同的線路條件下，水敷設(shè)的長度是2070米，是氣吹法的4.5倍。最后，為了加快施工進(jìn)度，在I點的位置采用了混合敷纜法的接力氣吹。水敷設(shè)光纜從F點到I點，然后氣吹機(jī)在I點再將光纜敷設(shè)到J點，到達(dá)第四個光纜接續(xù)點。光纜第三天敷設(shè)的長度是2280米，三天總計敷纜7000米。

　　圖4：光纜第三天的敷設(shè)情況

　　4.5 結(jié)論

　　到目前為止，水敷纜技術(shù)已經(jīng)在中石化和中石油的長途通信干線上得到了應(yīng)用，同時也在福州移動分公司的市話管道擴(kuò)容中得到了應(yīng)用。波立門特公司利用水敷法，將3根10/8mm的微管敷設(shè)進(jìn)1根30/26mm的PE子管內(nèi)。對于僅能承受5-6bar氣壓的PE子管而言，在8bar的水壓下，沒有出現(xiàn)任何問題。

　　水敷法在實際項目的應(yīng)用中具有以下特點：

　　4.5.1 水敷法和氣吹法各有優(yōu)勢，主要取決于施工條件和施工環(huán)境。

　　4.5.2 水敷設(shè)是一種比氣吹法距離更長，成本更低的新型施工方式。

　　4.5.3 在水源充足的地區(qū)，水敷纜設(shè)備由于其小巧和輕便，可以利用人力搬運(yùn)到任何施工地點。

　　4.5.4 水敷設(shè)時間3天，敷設(shè)光纜7000米，最長的敷纜距離2070m，平均每天敷纜量2330m，平均施工效率是氣吹敷纜的4.66倍。

　　4.5.5 從試驗段的水敷纜效果來看，如果沒有障礙點，其敷設(shè)長度一般可以達(dá)到2000m以上。

　　4.5.6 在同等壓力條件下，水敷纜的長度更長。因此，水敷設(shè)可以用于城市管道內(nèi)的傳統(tǒng)PE子管上。

　　4.5.7 液壓機(jī)的壓力變化可以反映光纜水敷設(shè)的難易程度。

　　4.5.8 加大水排量對光纜的敷設(shè)速度沒有影響，由于光纜的敷設(shè)速度主要取決于水流的速度。如果管道的彎曲過多，水的流速就會變慢，光纜的敷設(shè)速度也會隨之變慢。因此，從光纜的敷設(shè)速度也可以反映出光纜水敷設(shè)的難易程度。

　　4.5.9 采用水敷法，加大光纜的盤長有利于增加施工的靈活性和減少光纜的接頭。如果管道的敷設(shè)質(zhì)量可以達(dá)到設(shè)計的要求，水敷設(shè)的光纜盤長可以增加到氣吹光纜盤長的一倍以上。在國外的水敷纜案例中，水敷纜的一次敷設(shè)長度可以達(dá)到10km。

　　4.5.10 水敷纜采用的是漂流技術(shù)，因此對于障礙點和轉(zhuǎn)彎半徑的敏感度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣吹法。如果管道的轉(zhuǎn)彎半徑比較小或光纜的硬度比較高，光纜就容易卡在轉(zhuǎn)彎點上。

　　4.5.11水敷纜要注意W的地形，例如2條相鄰的頂管線路，如果管道內(nèi)有水，采用水敷纜時，管道內(nèi)的水和水敷纜的水之間會在W的中間高地產(chǎn)生真空，使水壓不斷升高，導(dǎo)致敷纜失敗。

　　4.5.12 在城市施工存在水源問題和排水的問題。利用一般的自來水管裝滿1立方的水需要較長的時間。

　　4.5.13 從試驗段的效果看，管道的微彎對敷設(shè)長度的影響較大。就一般而言，即使在管道敷設(shè)質(zhì)量較差的情況下，水敷的光纜長度也可以達(dá)到1000米。但是管道轉(zhuǎn)彎點的彎曲半徑，W地形的真空和光纜的硬度卻是水敷纜需要重點考慮的因數(shù)。