长距离、深埋条件下硅芯管内光纤敷设工艺应用

长距离、深埋条件下硅芯管内光纤敷设工艺应用

邝任廷 ,陈允兵 ,苏可

中国水电八局机电公司  湖南 长沙  410000

摘要：近年来，随着城市水利引水工程的发展，城市引水管道为深埋底下管道，为实现工程输水系统自动控制与智能控制等功能，一般采用专用通信通道(计算机监控、计算机网络、安防、语音、安全监测等系统共用)，专用通信通道选用光缆作为传输介质。而光纤一般需穿过深埋底下硅芯管，目前牵引法施工光纤最长距离约2km，在长距离深埋条件下硅芯管内穿光纤需采用水敷法施工。因此，其施工工艺具有较大的应用价值。

关键字：长距离；深埋；光纤；敷设；

珠江三角洲水资源配置工程土建施工A4标盾构隧洞由于区间隧洞长度达到3.63km，引水隧洞为盾构隧洞内衬钢管型式，在管片和内衬钢管之间敷设φ40/33硅芯管，隧洞内硅芯管不允许设置接头。隧洞盾构管片内径5.4m，钢管内径4.8m，钢管外设置了高度120mm、间距1.2m/档的加劲环，内衬钢管与盾构管片之间距离为160mm，造成硅芯管内敷设光纤施工空间受限。由此需采用水敷法施工，其施工工艺具有较大的推广价值。

1.概况

珠江三角洲水资源配置工程土建施工A4标为输水干线鲤鱼洲取水口至高新沙水库段的一部分。该标段起点为佛山市顺德区勒流街道的SD05#工作井（本标不含该井），线路向东布置，在龙洲公路南、北侧各布置一条隧道，穿过佛江高速南水立交，并在伦教街道仕版村附近设置顺德应急分水口，线路向东南向下穿广州绕城高速后，沿广州绕城高速南侧布置，穿过广进汽车城，至伦教街道的SD08#工作井。隧洞深埋底下约60m，单区间隧洞长度达到3.63km。

每条输水管道在内衬钢管与管片间的自密实混凝土内预埋1道通长的φ40/33硅芯管，连接两个工作井。在内衬钢管内的行车道预埋2道φ50/41硅芯管，φ50/41硅芯管每150米一段，并在行车道内设有硅芯管连接手井。

两条输水管道可形成6个光缆通道，自密实混凝土内硅芯管的光缆敷设利用水流敷设法施工，光缆型号为36芯GYFY，敷设施工地点在光缆端头的工作井底。

2.敷设工艺流程

3.敷设工艺

3.1.总体要求

（1）提前准备满足施工要求的相关设备（水压机、气吹机、光缆线盘、缆盘拖车、举升架等）施工用电，水源等。 

（2）组织施工人员进行相关的技术培训，使施工人员熟练撑握施工器械操作、工器具、设备的使用和光缆架设与相关设备安装技术要领。

（3）合理设置施工器械，按要求做好安全技术措施，必须使用专用工具，保障光缆展放过程设备安全。

（4）光缆施工段内必须保持通信畅通，应设专职指挥员，施工人员必须听从指挥。

（5）光缆到货后，施工单位协同厂家做好到货检测并留相关记录。光缆敷设施工过程中，做好光缆、硅芯管的保护措施，若有损坏及时更换或修复。

（6）光缆架设完成，未经随工验收，不得随意裁剪余缆。

（7）在带电设备的区域施工，应设专责监护人，施工人员应与带电设备保持一定的安全距离。

（8）光缆施工结束后，及时封堵管口，防止泥沙和鼠害。

3.2.准备工作

3.3.水敷法施工工艺

3.3.1 前期准备工作

1）水浮敷设光缆前应认真做好空压机、气吹机、水压机、水箱等主要设备开机前的检验和准备工作以及对设备用电、用水准备情况再次检查确认。

1　检查空压机高气压气流系统的密封性能，并控制好启动、中间、运行和敷设将终时的气压和气流；

2　应检查气吹机压紧轮和驱动轮之间的间隙，保证水浮敷设时驱动轮与光缆之间不打滑且压紧力不损伤水浮敷设光缆，确保当水压机低压输出时，水浮敷设光缆能随着水流进入硅芯管道并移动，同时对气吹机进行无负载检查，在气吹机气控部分低压输出时，气吹机的驱动齿轮能够转动。

2）对硅芯管道的气密性进行检查，将硅芯管两端密封，管内充气0.1Mpa，24小时后压力降低应不小于0.01Mpa。

3）利用高压气流对硅芯管道预先进行清洗。提前准备足够的石蜡和滑石粉，以减少光缆敷设时摩擦力，增加敷设光缆的速度和长度。

3.3.2 敷设一般技术要求

1）敷设光缆前，应对光缆进行单盘测试，对光缆的有关参数、长度等进行认真的检查、核对和测试。

2）光缆的弯曲半径应符合规范要求。

3）牵引力不得超过允许张力的70%，瞬时最大牵引力不得超过张力的100%，且牵引力应加在加强芯上。

4）牵引过程从缆盘上方开始并保持松弛匀速拖放，整个布放过程中应无扭曲，严禁打小圈、浪涌等现象发生。

5）布放光缆必须严密组织，派专人指挥，应有良好的联络手段。

6）光缆布放后，检查是否良好，端头做好密封处理，不得浸水。

7）每个隧道预留了20m硅芯管，为了保证光缆在敷设过程中不会出现弯曲拉断的情况，需要给光缆预留25m的长度。

8）在人（手）孔内硅芯管端口间排列至少保持30mm间距，硅芯管在（人）手孔中伸出长度不小于200mm。 

3.3.3 光缆水浮法敷设计算

根据《珠江三角洲水资源配置工程中光缆水浮敷设应用研究》此篇论文，可以知道水浮法敷设需满足水浮摩擦力大于光缆重力摩擦力，水浮摩擦力和光缆重力摩擦力计算模型分别为：

------重力摩擦力，N；

------浮摩擦力，N；

------光缆在水中的有效重量；

L------光缆水敷长度，最长为LG05#～LG06#区间左线3606m；

f------摩擦系数，0.15；

g------重力加速度，9.8m/

------光缆的外径，10.7mm；

------管道内径，33mm；

------光缆和水的密度，1041kg/、1000kg/；

------最小输入推力（1bar=0.1MPa）；

当水浮摩擦力大于光缆重力摩擦力时，即满足≧时光缆可以前行：

则：

水流量计算模型为：

水流速度计算模型为：

------水流量，L/min；

------有效水流直径；

------水的动态黏度，1×Pa·s；

------管道内径，33mm；

带入数据可算的得：

，，=16.6，；

因此现场敷设水压机最少满足参数要大于基本水压0.7bar，水流量不低于16.6L/min。

3.3.4 主要敷设步骤

1)安装光缆端帽；

2)安装缆盘（选用带缆盘固定卡的盘架）；

3)将导向密封结构和光缆一段连接，放入管道后，在管道口装上密封结构；

4)检查水压机和空压机的输出水流、气流和压力；

5)将水泵出水口通过比例阀接在密封结构的进水口上；

6)在管道入口安装气吹机；

7)将光缆插入硅芯管中，关闭气吹机密封舱，计数器归零；

8)关闭空压机的输气阀和气吹机的进气阀；

9)打开水泵，向管道中注入水，读出管道入口处水压传感器的数值，直至光缆速度保持稳定，并与水压预定值进行比较，并显示当前水压值；

10)通过控制器的编码器模块，读出交流伺服电机的瞬时速度，同时读出交流伺服电机转矩的瞬时值，并都加以显示；

11)利用编码器模块测出的实际转速对电机驱动器进行速度控制和位置控制，调节敷设速度和电机转矩，防止敷设中发生光缆损坏的事故；

12)通过传感器读出检测点的温度值，与设定的温度上限值进行比较，调整光缆进入管道的速率，光缆即将到达时，应通知管道末端人员并降低管道敷设速度；

13)末端施工人员应保证光缆出管口后留有足够的余长，才能通知另外一端的施工人员停止仪器；

14)向管道位置高的一端充气，将水逼出管道，在位置低的管道一端收集残留在管道内的水，过滤之后，回收利用。

3.3.5 水浮敷缆过程中需要注意的事项

1）注意观察敷缆速度，液压机的压力变化，水压机的压力变化；

2）注意观察水箱内的储水量，进水口的过滤网是否通畅，确保储水量满足水浮敷设需求；

3）注意观察润滑剂的使用状况，确保水压机内有足够的润滑剂；

4）注意检查水压机油杯内的储油量；

5）缆盘放缆速度与吹气机吹缆速度应保持一致。

4.光缆续接工艺

4.1.光缆接续的准备工作

1)准备接续环境，防止水汽、灰尘等的影响。当环境温度过低时，应采取升温保温措施，确保人员和设备正常工作；

2)准备接续的仪器、仪表和工具；

3)核对接头位置、光缆的型号规格、光纤类型、色标和芯数；

4)应截去架线牵引时受损的部分，约5至10m，根据要求预留合适长度；

5)安装接头盒支架系统或工作台。

4.2.开剥光缆

应根据光缆的结构型式和接头盒的不同结构及盘纤方式开剥光缆的各部分结构。

4.3.接头盒部件（支架）装配

应根据不同接头盒的装配说明和程序进行装配。

4.4.光缆续接技术要求

光缆接续包括光纤接续、铜导线、护套、加强芯的连接，接头损耗的测量，接头盒的封装及接头的保护安装等：

1)纤序接续准确、纤芯接续损耗符合要求；

2)裸纤余长合理、纤芯接续及盘纤工艺好；

3)光缆接续结构组装可靠、接头水密性好；

4)接头构件安装安全稳固、外部感观良好；

5)光缆成端工艺良好、布线合理标识清楚；

6)光缆接续应选择在干燥环境下进行。

4.5.护层和加强芯处理

光缆的加强芯和金属护层应根据设计要求分别或同时作电气连通、电气绝缘、引出接地或引出监测线。

4.6.光单元处理

1)应从光缆结构中分离出光单元，按色谱或标记区分，其长度应满足接头盒的要求。应用专用工具将光单元中的光纤分离出来，其长度通常为0.8m；

2)光纤表面的油膏应用适当的方法清除，在清除的过程中避免光纤的过小的弯曲或折、扭转等现象；

3)光单元在接头盒内的固定或盘曲应满足光缆和接头盒的技术条件。

4.7.光纤熔接

1)光纤接头编号和标识：每个光纤接头都必须有编号和相对应的标识；

2)根据所用的熔接机的特性和操作程序对每一对光纤进行熔接，每个光纤熔接点都应有可靠的接续损耗数据并储存或如实记录，用光时域反射仪（OTDR）在远端监测接头损耗，其数据是两个测试方向的算术平均值；

3)每个光纤接头一般用热收缩管保护；

4)一般要求每个光纤接头的损耗不大于0.06dB。

4.8.光纤收容

熔接封装合格的光纤应收容盘绕在接头盒内，盘留光纤在任意一处的弯曲半径应不小于30mm且排放整齐，用OTDR对盘留后的光纤接头进行全测。

4.9.接头盒封装和固定

必须严格按接头盒的密封程序进行封装，如果有必要，可用OTDR对接头盒封装后的光纤接头进行抽测或全测，接头盒安装固定在设计位置上。

4.10.余缆处理

应严格按设计要求，普通光缆的余缆盘留固定在管道等位置。

4.11.复测

单个光缆接续工作完成后，应对每个光纤接头进行一次复测，记录损耗的变化。

4.12.全程测试

全部光缆接续工作完成后，应对全程进行测试。

5.光缆成端

（1）按设计留足预留长度光缆，按合适的曲率半径盘留，一般情况下不应小于硅芯管外径的40倍，特殊情况下不应小于硅芯管外径的15倍。

（2）光缆终端盒安装应平稳，远留热源。

（3）光纤在终端盒内的死结头应稳妥固定，余纤在盒内盘绕的弯曲半径应大于规定值。

（4）从光缆终端盒引出单芯光缆或尾巴光缆所带的连结器，按设计要求插入ODF的插座，暂时不用的插头和插座均应盖上防尘防侵蚀的塑料帽。

（5）光缆中的金属层应按设计要求进行接地或终结处理。

6.ODF配线柜安装要求

（1）柜体搬运过程中固定牢靠，以防受力不均，柜体变形或损坏部件。

（2）柜体应安装稳固，水平度和垂直度、位置误差以及柜面误差和柜间接缝允许偏差应满足规范和产品要求。

（3）ODF架安装位置不能影响后续施工。

7.水敷法关键点要求

（1）管道敷设：管道铺设减少“微波动”，避免扭绞、急弯，减小弯曲起伏程度。

（2）管道贯通：管道中吹放海绵球，清除沿管道方向阻塞的积水和灰尘，检查管道贯通性。

（3）降低摩擦力：管道内塞入海绵球、注入专用润滑剂，再塞入一个海绵球，气流吹送海绵球与润滑剂，直至两个海绵球从管道的另一端吹出，水箱中加入专用润滑剂。

（4）光缆选型：水浮敷设光缆密度应接近于水的密度，气吹微缆应符合行业标准。

（5）管道选型：螺旋气槽硅芯管，更有利于水浮敷设。

8.结束语

珠江三角洲水资源配置工程土建施工A4标硅芯管光纤全部敷设完成，其光纤波长衰减值测量均满足规范要求。长距离深埋条件下硅芯管光纤水敷法工艺有较高的实际应用价值，具有广阔的推广前景。

参考文献

[1]赖万斌,刘斌,龚德文.基于PLC的电力电缆敷设控制系统设计与应用[J].仪表技术与传感器,2022(10):64-68.

[2]毛基层,杜尚峰,马辉,杨兵,张施展.电缆输送机在敷设电缆中的应用[J].通信电源技术,2019,36(03):229-230.DOI:10.19399/j.cnki.tpt.2019.03.092.