作者：吳濱

　　90年代末期，光纜的管道化發展促進了一種新技術的發展和應用，我們稱之為水敷法或漂浮法。它和氣吹法一起被稱之當今世界上最安全，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徑的比值，不需要考慮微管束的外面積之和是否是保護管內面積的一半，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，在同等的敷設距離條件下，管道內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，管道內的水不是充滿整個管道，因此不必擔心光纜和保護管上璧之間的摩擦。水敷設的長度最少是氣吹長度的2倍。

　　比氣吹法更加安全：水壓機不產生高溫，不會軟化管道的內壁，使管道可以承受比空氣壓縮機更高的壓力，管道不會因為高溫出現爆裂現象。并且能很容易地移出采用其它方法敷設的纜。

　　1.水敷設的工作原理

　　水敷法的定義和氣吹法基本相同，這兩種技術都包括：

　　1.1 一個基本的機械推力。

　　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。當光纜的密度等于水的密度時，敷纜效果最佳。例如當光纜的密度等于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，由地心引力產生的在保護管內壁和光纜外護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生的側向摩擦力；這種力是不可能避免的。另外在山區施工時，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，當比較氣吹技術和水敷技術時必須考慮到這一點。

　　3.管道內徑，光纜外徑和用水量之間的關系

　　法國電信研究中心CNET曾經做過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備可以達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備可以達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到1根32/26mm的管道中。結果表明，用水敷法可以輕易地達到4500m 的敷設距離(線路呈水平環形)，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到上述規格的管道中。敷設距離2200m，用水量不到1m3。測試的結果表明，管道內徑和光纜外徑的比值越小，用水量越少。當管道內徑和光纜外徑的比值達1.13時，水敷纜仍然有較長的敷設長度，這在氣吹法里是不可能的。氣吹光纜要求管道內徑和光纜外徑的比值最小為2。

　　4.實際案例：水敷設光纜在中石化“川氣東送”項目上的應用

　　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，南潯的雙林鎮附近。該地區水源充足，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遠程供應。

　　在水敷纜的試驗段開始之前，施工方已經在該地段進行了氣吹敷纜。由于該試驗段位于軟土地質和水網地段，地下水位較高，為了達到輸氣管道的埋設深度和減少塌方的影響，有的作業帶寬度高達到10米。因此在輸氣管道回填土時，土塊的作用力容易造成通信管道出現水平位移和縱向起伏。同時在溝坎處，由于地基較軟，經過一段時間的地質沉降，管道在擋土墻下沉的作用下，也容易出現管道的原有彎曲半徑變小和產生新的微彎。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，一個22人的作業班組，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需要開挖一個作業坑。為此該工程的項目部準備在該地段采用水敷纜技術，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，管道已經潤滑，因此管道內壁和光纜外護套之間不可能產生過高的摩擦系數。

　　4.2.3 光纜進入護坎和護坡時，經常會出現液壓機的壓力突然上升和管道出口氣流減弱的現象，該情況表明在護坎和護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和水網地段，地下水位較高，管道的敷設質量很難得到控制，特別是同溝敷設，通信管道的敷設質量往往受到輸氣管道的回填土影響，因此管道在溝槽內容易出現較多的波浪起伏，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，不僅有自身重力產生的摩擦力，也有光纜通過轉彎點時，由于氣流的推力而和管壁產生的側摩擦力。

　　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質量產生的。大量的管道微彎可以造成氣吹距離的嚴重下降。

　　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。根據密度公式：

　　ρ＝m/V

　　m：表示質量，

　　V：表示體積

　　可知光纜的密度為1.4g/cm2，根據模擬計算的結果，如果管道的敷設質量沒有問題，氣吹長度應該在1700米至2300米之間，水敷設的長度應該在2600米至7000米之間。但是根據實際的氣吹效果可見，該地段的管道敷設質量很差。如果根據水敷設的長度最少應該是氣吹長度的2倍的理論和實踐經驗，那么在該地段的水敷設長度應該是300米至1400米。管道和光纜的主要參數見表1。

　　表1：管道和光纜的參數

　　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，設備只能安置在B點，采用中間緩沖敷設法，見圖2。先用水敷法從B點向C點敷設光纜，當光纜的敷設長度達到1760m時，光纜停止前進。根據路由圖，C點位于線路的一個轉彎點。然后光纜在B點倒盤采用氣吹法敷設，從B點向A點敷設光纜，氣吹長度240米，到達光纜的第一個接續點。光纜第一天敷設的長度是2000米

　　圖2: 光纜第一天的敷設情況

　　CB表示氣吹，CF表示水敷設

　　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法，見圖3。從D點向C點水敷設光纜610米到達光纜的第二個接續點，從D點向E點水敷設光纜995米到達光纜的第三個接續點。然后設備轉移到F點，從F點向E點水敷設光纜895米，然后從F點向G方向水敷設，當光纜端頭到達G點時，光纜突然停止前進，根據路由圖，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彎點。光纜第二天敷設的長度是2720米。

　　圖3：光纜第二天的敷設情況

　　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，加上氣流產生的推力比水流產生的推力大，因此決定在F點嘗試采用氣吹技術，觀察氣吹技術是否能幫助光纜的端頭通過這個轉彎點，見圖4。如果氣流可以幫助光纜的端頭通過這個障礙點，不僅可以節約光纜倒盤和設備轉移的時間，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彎點，為了檢測光纜在氣吹條件下的敷設長度，當光纜端頭通過了該障礙點之后，光纜繼續氣吹前進，最后在H點停止。氣吹效果表明，如果采用氣吹技術，光纜在該地段可以敷設的長度是452米。從路由圖上看，光纜在H點的位置沒有轉彎點。為了了解水敷法和氣吹法在相同的地理條件和管道敷設條件下的長度區別，決定在F點的位置繼續采用水敷法。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，水敷設的長度是2070米，是氣吹法的4.5倍。最后，為了加快施工進度，在I點的位置采用了混合敷纜法的接力氣吹。水敷設光纜從F點到I點，然后氣吹機在I點再將光纜敷設到J點，到達第四個光纜接續點。光纜第三天敷設的長度是2280米，三天總計敷纜7000米。

　　圖4：光纜第三天的敷設情況

　　4.5 結論

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

　　水敷法在實際項目的應用中具有以下特點：

　　4.5.1 水敷法和氣吹法各有優勢，主要取決于施工條件和施工環境。

　　4.5.2 水敷設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，水敷纜設備由于其小巧和輕便，可以利用人力搬運到任何施工地點。

　　4.5.4 水敷設時間3天，敷設光纜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，其敷設長度一般可以達到2000m以上。

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

　　4.5.7 液壓機的壓力變化可以反映光纜水敷設的難易程度。

　　4.5.8 加大水排量對光纜的敷設速度沒有影響，由于光纜的敷設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，光纜的敷設速度也會隨之變慢。因此，從光纜的敷設速度也可以反映出光纜水敷設的難易程度。

　　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。如果管道的敷設質量可以達到設計的要求，水敷設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，水敷纜的一次敷設長度可以達到10km。

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

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

　　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，管道的微彎對敷設長度的影響較大。就一般而言，即使在管道敷設質量較差的情況下，水敷的光纜長度也可以達到1000米。但是管道轉彎點的彎曲半徑，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。