作者：波立門特工程設(shè)備(上海)有限公司吳濱

　　引言:

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步,通信技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。老的通信 施工技術(shù)開始被新的施工技術(shù)所取代。1995年以前，我國的長途干線還是采用直埋敷纜方式，利用人拉肩扛將光纜敷入光纜溝內(nèi)。1995年，瑞士波立門特公司開始和原中國郵電部,郵電設(shè)計院以及中國通信建設(shè)總公司合作將氣吹敷纜技術(shù)引進中國，成功地完成了福州至雄江 72KM試驗段的山區(qū)氣吹敷纜項目。1996 年高速公路開始使用氣吹敷纜技術(shù)，1998 年該項技術(shù)又被用于滬-金-南-穗長途干線工程 ，2000年，由于網(wǎng)通長途干線網(wǎng)大范圍的使用氣吹敷纜技術(shù)，使這項技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。到目前為止，氣吹敷纜技術(shù)已經(jīng)被中國各大通信運營商所認可，并認為氣吹敷纜是目前最安全可靠的敷纜方式。21 世紀，波 立門特公司開始和荷蘭 KPN以及其它世界技術(shù)領(lǐng)先的管道和光纜生產(chǎn)商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計公司合作， 一種新型的微管微纜技術(shù)誕生了，該方法可以避免現(xiàn)行技術(shù)的不足，解決了目前網(wǎng)絡(luò)通信擴容難，初期費用高，投資回報慢的問題，是一種敷設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)的新概念。

　　1.牽引法和氣吹敷纜法的比較

　　牽引法是一種傳統(tǒng)的施工方法，一般通過人力或機械將光纜或電纜拉入管道，牽引法是一種線纜端頭受力的牽引方式，必須在線纜的端頭施加一個拉力。由于纜的結(jié)構(gòu)不同，因此牽引力就有了限制,如果牽引力大于纜的額定張力，就會造成光纜或電纜的損壞。我們知道：

　　線纜在直線路由上的牽引力是：

　　F=W×L×μ                                        （1）

　　F：牽引力

　　W：表示纜單位重量

　　L：表示敷纜長度

　　μ：表示摩擦系數(shù)

　　線纜在轉(zhuǎn)彎處形成的牽引力為冪指數(shù)函數(shù)：

　　F2／F1=e μθ                                             （2）

　　F2：表示轉(zhuǎn)彎出口處光纜的牽引張力

　　F1：表示轉(zhuǎn)彎入口處光纜的牽引張力

　　θ：表示轉(zhuǎn)彎角度

　　μ：表示摩擦系數(shù)

　　這種呈指數(shù)的牽引力通常被稱為"絞盤效應(yīng)"。該效應(yīng)是限制一次牽引長度的主要因素。 因此，我們在計算直線路由的牽引長度時往往和實際施工有較大的誤差，其誤差也是由該效應(yīng)引起的。因為管道在敷設(shè)時不可能是筆直的，地理條件，障礙物，溝槽質(zhì)量和回填土都可能導(dǎo)致管道彎曲，根據(jù)公式（2），轉(zhuǎn)彎點可以造成拉力快速上升。為了提高敷纜效率，人們開始采用推進器(輔助牽引機)，安置在線纜的管道入口處、線路的中間或轉(zhuǎn)彎點來降低光(電)纜在進入轉(zhuǎn)彎時的張力，增加牽引長度。象這種一臺牽引機和數(shù)臺推進器聯(lián)合敷纜的方法被稱為"推-拉技術(shù)"。但這種方法在長途管道牽引中需要多處開口，需要較多的設(shè)備并且牽引機和中間推進器需要保持同步。如果線纜較軟，同時推進器的速度高于牽引速度, 管道內(nèi)的光纜就會彎曲，由于光纜自身的內(nèi)在彎曲度，光纜在管道內(nèi)呈螺旋狀，將纜緊壓在管壁上，于是額外的摩擦力就產(chǎn)生了，如果推進器繼續(xù)將線纜送進管道，線纜就會象彈簧一樣被壓縮,最終導(dǎo)致敷纜失敗或使線纜損壞。相反，如果牽引速度高于推纜速度，推纜機相當于增加了牽引機的牽引張力，造成牽引力快速上升。為了避免不同步帶來的諸多問題，人們也常常采用一種緩沖技術(shù)人為的保持牽引同步。因此上述方法較多用于城市的管道系統(tǒng)，以及無法采用氣吹的地方。

　　氣吹敷纜技術(shù)的出現(xiàn)是通信施工史上的一次重大變革，其氣吹原理是：(1)利用一個機械推進器把光(電)纜推進管道，這種推力取決于線纜直徑，管道內(nèi)徑和線纜的硬度。一般纜徑比較細或纜比較軟時，我們建議使用普通氣吹機(CABLEJET)，該機采用氣動馬達，機重20公斤，是一種小巧、便攜的敷纜設(shè)備。如果纜徑較粗或纜的硬度較高時，我們建議使用超級氣吹機(SUPERJET)，該機采用液壓馬達，有一個液壓動力源。設(shè)備的推力主要克服氣吹機密封倉的密封圈對線纜產(chǎn)生的阻力，線纜進入管道時的摩擦阻力，管道內(nèi)氣流對光纜產(chǎn)生的反向作用力并給光纜一個前進推力。通過實踐，我們知道僅靠機械推力是不可能長距離敷纜的，一般機械的推纜的長度約100米。通過線纜的沖擊試驗，我們可知線纜的最大推力，如果在線纜的最大推力作用下，線纜的端頭停止前進，表示線纜已經(jīng)達到了最大的敷設(shè)長度。如果我們繼續(xù)在線纜的入口處增加推力，其結(jié)果將是線纜的螺旋節(jié)距變短，最終擰成一團堵塞管道或從驅(qū)動輪中擠出。因此 ( 2 ) 在推纜的同時，空氣壓縮機把強大的氣流通過氣吹機的密封倉送入管道，這種高速流動的氣流在光纜的表面形成一種拖曳力，促使光纜前進。光纜端頭是開放的，使高速氣流貫穿整條管道，因此光纜在管道內(nèi)前進不是被拉而是被氣流推動前進的，因此線纜在管道轉(zhuǎn)彎處的摩擦阻力非常小。光纜在管道內(nèi)順著地勢起伏或方向的改變順利前進，因為光纜頂部不受力，所以與傳統(tǒng)的牽引技術(shù)相反，光纜沒有任何應(yīng)力。敷纜完畢后，光纜松弛地停在管道的底部，有助于延長光纜的使用壽命。因此氣吹法的敷纜長度不僅要遠遠高于牽引法，同時氣吹法也是目前最安全和最高效的一種敷纜方法。

　　2.影響氣吹敷纜長度的3個主要因素

　　2.1管道

　　2.1.1管道的質(zhì)量

　　我們知道目前采用氣吹方法的管道被稱為HDPE硅芯管道，HDPE是高密度的聚乙烯材料，可以承受氣吹時的高壓氣流。如果將一種具有低摩擦系數(shù)的固體硅附加在HDPE管道的內(nèi)壁，就形成了這種低摩擦系數(shù)可用于長距離氣吹光纜的管道。上文談到光纜在管道里不是靠機械的推拉方式進行長距離敷設(shè)的，而是通過高速流動的氣流在光纜表面形成的拖曳力推動光纜前進的。這就是說，管道和光纜之間的摩擦力越小，氣流產(chǎn)生的拖曳力就可以將光纜敷設(shè)的更遠。因為氣壓是隨著管道的長度逐步下降的，拖曳力也是隨著壓力的下降而減小。因此對氣吹而言，一方面要求管道能夠承受高壓，往往劣質(zhì)管道是不能承受高壓的，特別是在高溫氣流的作用下，低壓也會使管道沿著縱向開裂。另一方面要求管道內(nèi)壁具有較小的摩擦系數(shù)，拖曳力產(chǎn)生的推力可以克服光纜和管道之間的摩擦力，帶動光纜前進。目前我們通過斜板法測量的管道摩擦系數(shù)，最小值可以達到0.065；最大值可以達到0.28，比值可以相差4.3倍。這就說明為什么同樣敷設(shè)的管道，氣吹效果確有很大的不同。我們曾經(jīng)做過一個試驗，首先我們在一個無硅芯潤滑層的管道內(nèi)敷設(shè)光纜，氣吹長度約 650 米，然后我們在管道內(nèi)涂抹了氣吹潤滑劑，氣吹長度達到 了1500米。這說明在管道敷設(shè)質(zhì)量好的情況下，如果管道的摩擦阻力較高，它能在短的距離內(nèi)超過氣流作用在光纜表面上的拖曳力，造成光纜端頭的運動速度下降，此時纜的螺旋節(jié)距開始縮短，產(chǎn)生新的摩擦阻力，最后造成敷纜失敗。

　　2.1.2管道的敷設(shè)質(zhì)量

　　如果我們僅僅將目光放在管道的選擇上，而忽略了管道的敷設(shè)重量，同樣不會得到好的光纜氣吹效果。一般我們要求管道的溝底平整，直線段的溝槽筆直，轉(zhuǎn)彎半徑必須滿足管道的敷設(shè)要求（一般是管道直徑的20倍），野外敷設(shè)時，可以盡量放大管道的轉(zhuǎn)彎半徑，高差出現(xiàn)變化時，要有漸變長度，防止管道騰空。但在實際施工中，由于采用人力施工，溝槽標準和敷管質(zhì)量很難達到上述要求。特別是在同溝敷設(shè)，溝槽內(nèi)有水或沼澤地的條件下敷設(shè)管道，很容易造成管道在溝內(nèi)波浪起伏，形成很多微彎。當高速氣流通過這些微彎時，將產(chǎn)生很大的氣流衰耗。正常情況下，我們在敷設(shè)質(zhì)量好的管道出口處可以聽到氣流的嘯叫，但是如果管道敷設(shè)的質(zhì)量很差 ,我們在1公里的管道出口處，幾乎感覺不到氣流的流動。氣流的衰耗將直接影響作用在光纜表面上的拖曳力，同樣會造成很差的敷纜效果。最差的氣吹效果不會超過100米。另外當管道從盤上放出后，由于管道的繞盤記憶存在會有一定的彎曲，因此管道可以在地面上先松弛的放置一段時間，待記憶消除后再放入溝底。

　　2.2光纜的氣吹指標

　　在光纜的選購中，人們往往關(guān)注光纖的衰耗等技術(shù)指標，而忽略了光纜的氣吹指標，我們在這里指的氣吹指標主要包括光纜的硬度，不圓度以及管道內(nèi)徑和光纜外徑的比值。如果光纜太軟，管道和光纜之間的摩擦阻力就會增加，因為較軟的光纜更容易彎曲，增加了纜和管的接觸面。光纜太硬，在管道的轉(zhuǎn)彎處就會形成較大的摩擦阻力。如果管道的轉(zhuǎn)彎半徑較小，光纜就容易卡在轉(zhuǎn)彎處。因為此時的摩擦力已經(jīng)超過了氣流的拖曳力對光纜產(chǎn)生的推力或者這種推力已經(jīng)不能使光纜的端頭隨管道的彎曲而轉(zhuǎn)變。光纜的不圓度會造成氣流在密封倉內(nèi)的泄露，增加光纜的推進阻力。同時較大的氣流泄漏會降低管道內(nèi)的壓力。光纜外徑和管道內(nèi)徑的最佳氣吹比值是2-2.3倍，如果纜管比值太大，光纜容易彎曲。如果比值太小，將會造成氣流的流動阻力上升。以往人們在采購光纜時，認為GYTA比GYTS輕，因此GYTA的氣吹效果要比GYTS好。但是如果在一根40/33mm的管道內(nèi)氣吹一根10mm直徑的GYTA或GYTS光纜，氣吹效果就大大不同。我們曾經(jīng)在中石化川氣東送項目中，對9家光纜廠的GYTA和GYTS的光纜做了1.5公里管道的氣吹性能測試，其氣吹測試場是由每圈100米共5圈矩形管道和每圈50米共20個8字組成。其結(jié)果是GYTS的氣吹性能要好于GYTA，主要原因就是管道內(nèi)徑和光纜外徑的比值太大，GYTA比GYTS更容易在管道內(nèi)形成彎曲，如果天氣較熱，管道內(nèi)的氣流溫度較高，光纜就更容易變軟而形成螺旋圈。

　　2.3溫度對敷纜長度的影響

　　當外界溫度超過 25°C時，建議使用冷卻器，因為從空氣壓縮機里出來的空氣要比外界溫度高 30-40°C，而當外界溫度超過 50°C 時，管道內(nèi)的高溫氣流會導(dǎo)致光纜的外護套和管道的內(nèi)壁變軟，使管道和光纜之間的摩擦阻力上升，同時也會使管道在氣吹過程中從軟化，膨脹到破裂的可能性。另外熱氣流在管道內(nèi)容易形成水滴，出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，造成氣流的流動阻力增加。氣流衰耗加大。另外不流動的水也會大大增加光纜和管道之間的摩擦阻力，通過摩擦系數(shù)的測試，我們發(fā)現(xiàn)當光纜上出現(xiàn)水珠時，摩擦系數(shù)將會從0.12增加到0.22，這時的氣吹效果就會受到較大的影響。