作者：吴滨
90年代末期，光缆的管道化发展促进了一种新技术的发展和应用，我们称之为水敷法或漂浮法。它和气吹法一起被称之当今世界上最安全，最有效的2种敷缆方法。水敷缆的工作原理如同气吹敷缆，但是作用在光缆上的推力不是高速流动的气体而是水。与气吹法相比，水敷缆的主要优点有：
比气吹法具有更高的管道利用率：水敷法不需要考虑光缆或微缆的直径和管道内径的比值，不需要考虑微管束的外面积之和是否是保护管内面积的一半，而这些在气吹法里都是需要考虑的。水敷缆在管道内径和光缆外径之间的比值很小的情况下仍能保持很高的效率。
比气吹法的用途更加广泛：由于水敷缆采用的是漂浮原理，在同等的敷设距离条件下，管道内的水压比气吹时的空气压力低，可以用于一些不能承受高压的管道。
比气吹法敷设的距离更长：由于阿基米德的浮力定律，水敷缆时可以减少甚至消除光缆或微缆与保护管道底部之间的摩擦力。另外，采用水敷法时，由于漂浮的原理，管道内的水不是充满整个管道，因此不必担心光缆和保护管上璧之间的摩擦。水敷设的长度最少是气吹长度的2倍。
比气吹法更加安全：水压机不产生高温，不会软化管道的内壁，使管道可以承受比空气压缩机更高的压力，管道不会因为高温出现爆裂现象。并且能很容易地移出采用其它方法敷设的缆。
1.水敷设的工作原理
水敷法的定义和气吹法基本相同，这两种技术都包括：
1.1 一个基本的机械推力。
1.2 利用气体或液体施加在光缆的表面上形成向前的推力。
图1水敷法的原理图
2.缆的密度对水敷缆的影响
水敷法有一个与气吹法不同的特征，这就是非常有意义的阿基米德的“浮力定律”，对敷缆效果有着重大的影响。当光缆的密度等于水的密度时，敷缆效果最佳。例如当光缆的密度等于1 g/cm3。这种缆在水里就如同一个没有重量的物体。作为一种直接推理，由地心引力产生的在保护管内壁和光缆外护套之间的摩擦力就会被完全抵消。但是，我们必须注意的是其它的摩擦力还可能存在。如硬度较高的光缆与弯曲的管道之间产生的侧向摩擦力；这种力是不可能避免的。另外在山区施工时，水压受地形高差的影响比较大，海拔高度差1m，水压将下降1kg/cm2，当比较气吹技术和水敷技术时必须考虑到这一点。
3.管道内径，光缆外径和用水量之间的关系
法国电信研究中心CNET曾经做过2项测试。第一项测试采用1根小直径的光缆用来观察一套设备可以达到的敷缆长度和用水量，另一项测试采用1根大直径的光缆来观察一套设备可以达到的敷缆长度和用水量。在第一个测试中，将1根直径13mm的光缆利用水敷法敷设到1根32/26mm的管道中。结果表明，用水敷法可以轻易地达到4500m 的敷设距离(线路呈水平环形)，用水量4m3，速度约30m/min。在第二项的测试中，将1根直径23mm的光缆利用水敷法敷设到上述规格的管道中。敷设距离2200m，用水量不到1m3。测试的结果表明，管道内径和光缆外径的比值越小，用水量越少。当管道内径和光缆外径的比值达1.13时，水敷缆仍然有较长的敷设长度，这在气吹法里是不可能的。气吹光缆要求管道内径和光缆外径的比值最小为2。
4.实际案例：水敷设光缆在中石化“川气东送”项目上的应用
4.1工程描述：
水敷缆试验段是中石化国家重点工程“川气东送”项目的一部分，位于浙江安吉至上海之间，南浔的双林镇附近。该地区水源充足，但在可供选择的水敷缆点附近没有水源，敷缆用水需要用抽水机远程供应。
在水敷缆的试验段开始之前，施工方已经在该地段进行了气吹敷缆。由于该试验段位于软土地质和水网地段，地下水位较高，为了达到输气管道的埋设深度和减少塌方的影响，有的作业带宽度高达到10米。因此在输气管道回填土时，土块的作用力容易造成通信管道出现水平位移和纵向起伏。同时在沟坎处，由于地基较软，经过一段时间的地质沉降，管道在挡土墙下沉的作用下，也容易出现管道的原有弯曲半径变小和产生新的微弯。这些因素都大大降低了光缆的气吹长度。因此在实际气吹敷缆的14天内，一个22人的作业班组，总共气吹光缆7000米，最长的气吹距离700m，最短的气吹距离仅120m，平均每318m需要开挖一个作业坑。为此该工程的项目部准备在该地段采用水敷缆技术，来了解水敷法是否能在气吹困难地段提高敷缆效率。
4.2 前期的气吹效果分析：
4.2.1气吹前，管道都进行了贯通检查，因此可以排除由于管道变形造成气吹距离变短的原因。
4.2.2 气吹前，管道已经润滑，因此管道内壁和光缆外护套之间不可能产生过高的摩擦系数。
4.2.3 光缆进入护坎和护坡时，经常会出现液压机的压力突然上升和管道出口气流减弱的现象，该情况表明在护坎和护坡下方的管道有弯曲半径变小的可能。
4.2.4 由于该试验段位于软土地质和水网地段，地下水位较高，管道的敷设质量很难得到控制，特别是同沟敷设，通信管道的敷设质量往往受到输气管道的回填土影响，因此管道在沟槽内容易出现较多的波浪起伏，造成气流通过管道的阻力增加，加大了气流的衰耗，同时也增加了光缆通过管道转弯点的摩擦阻力。因此，光缆在气吹的过程中，不仅有自身重力产生的摩擦力，也有光缆通过转弯点时，由于气流的推力而和管壁产生的侧摩擦力。
通过以上的分析可知，光缆气吹效果差的主要原因是由于管道的敷设质量产生的。大量的管道微弯可以造成气吹距离的严重下降。
4.3光缆的重量和密度
该工程采用了12km/盘的超长光缆盘长，光缆的单位重量110g/m，光缆的直径10mm。根据密度公式：
ρ＝m/V
m：表示质量，
V：表示体积
可知光缆的密度为1.4g/cm2，根据模拟计算的结果，如果管道的敷设质量没有问题，气吹长度应该在1700米至2300米之间，水敷设的长度应该在2600米至7000米之间。但是根据实际的气吹效果可见，该地段的管道敷设质量很差。如果根据水敷设的长度最少应该是气吹长度的2倍的理论和实践经验，那么在该地段的水敷设长度应该是300米至1400米。管道和光缆的主要参数见表1。
表1：管道和光缆的参数
4.4 实际的水敷缆情况
4.4.1 2009年4月25日
由于道路的限制，设备只能安置在B点，采用中间缓冲敷设法，见图2。先用水敷法从B点向C点敷设光缆，当光缆的敷设长度达到1760m时，光缆停止前进。根据路由图，C点位于线路的一个转弯点。然后光缆在B点倒盘采用气吹法敷设，从B点向A点敷设光缆，气吹长度240米，到达光缆的第一个接续点。光缆第一天敷设的长度是2000米
图2: 光缆第一天的敷设情况
CB表示气吹，CF表示水敷设
4.4.2 2009年4月26日
同样是由于道路的限制，只能采用中间缓冲敷设法，见图3。从D点向C点水敷设光缆610米到达光缆的第二个接续点，从D点向E点水敷设光缆995米到达光缆的第三个接续点。然后设备转移到F点，从F点向E点水敷设光缆895米，然后从F点向G方向水敷设，当光缆端头到达G点时，光缆突然停止前进，根据路由图，G点位于一条大开挖的河边，从路由图看，该点是管道的一个转弯点。光缆第二天敷设的长度是2720米。
图3：光缆第二天的敷设情况
4.4.3 2009年4月27日
考虑到光缆的端头离敷缆点仅有220米，加上气流产生的推力比水流产生的推力大，因此决定在F点尝试采用气吹技术，观察气吹技术是否能帮助光缆的端头通过这个转弯点，见图4。如果气流可以帮助光缆的端头通过这个障碍点，不仅可以节约光缆倒盘和设备转移的时间，也可以避免开挖工作坑。在高速气流的不断冲击下，光缆的端头终于通过了这个转弯点，为了检测光缆在气吹条件下的敷设长度，当光缆端头通过了该障碍点之后，光缆继续气吹前进，最后在H点停止。气吹效果表明，如果采用气吹技术，光缆在该地段可以敷设的长度是452米。从路由图上看，光缆在H点的位置没有转弯点。为了了解水敷法和气吹法在相同的地理条件和管道敷设条件下的长度区别，决定在F点的位置继续采用水敷法。光缆在水流的作用下一直漂浮到I点的位置。由此可见，如果没有障碍点，在相同的线路条件下，水敷设的长度是2070米，是气吹法的4.5倍。最后，为了加快施工进度，在I点的位置采用了混合敷缆法的接力气吹。水敷设光缆从F点到I点，然后气吹机在I点再将光缆敷设到J点，到达第四个光缆接续点。光缆第三天敷设的长度是2280米，三天总计敷缆7000米。
图4：光缆第三天的敷设情况
4.5 结论
到目前为止，水敷缆技术已经在中石化和中石油的长途通信干线上得到了应用，同时也在福州移动分公司的市话管道扩容中得到了应用。波立门特公司利用水敷法，将3根10/8mm的微管敷设进1根30/26mm的PE子管内。对于仅能承受5-6bar气压的PE子管而言，在8bar的水压下，没有出现任何问题。
水敷法在实际项目的应用中具有以下特点：
4.5.1 水敷法和气吹法各有优势，主要取决于施工条件和施工环境。
4.5.2 水敷设是一种比气吹法距离更长，成本更低的新型施工方式。
4.5.3 在水源充足的地区，水敷缆设备由于其小巧和轻便，可以利用人力搬运到任何施工地点。
4.5.4 水敷设时间3天，敷设光缆7000米，最长的敷缆距离2070m，平均每天敷缆量2330m，平均施工效率是气吹敷缆的4.66倍。
4.5.5 从试验段的水敷缆效果来看，如果没有障碍点，其敷设长度一般可以达到2000m以上。
4.5.6 在同等压力条件下，水敷缆的长度更长。因此，水敷设可以用于城市管道内的传统PE子管上。
4.5.7 液压机的压力变化可以反映光缆水敷设的难易程度。
4.5.8 加大水排量对光缆的敷设速度没有影响，由于光缆的敷设速度主要取决于水流的速度。如果管道的弯曲过多，水的流速就会变慢，光缆的敷设速度也会随之变慢。因此，从光缆的敷设速度也可以反映出光缆水敷设的难易程度。
4.5.9 采用水敷法，加大光缆的盘长有利于增加施工的灵活性和减少光缆的接头。如果管道的敷设质量可以达到设计的要求，水敷设的光缆盘长可以增加到气吹光缆盘长的一倍以上。在国外的水敷缆案例中，水敷缆的一次敷设长度可以达到10km。
4.5.10 水敷缆采用的是漂流技术，因此对于障碍点和转弯半径的敏感度远远大于气吹法。如果管道的转弯半径比较小或光缆的硬度比较高，光缆就容易卡在转弯点上。
4.5.11水敷缆要注意W的地形，例如2条相邻的顶管线路，如果管道内有水，采用水敷缆时，管道内的水和水敷缆的水之间会在W的中间高地产生真空，使水压不断升高，导致敷缆失败。
4.5.12 在城市施工存在水源问题和排水的问题。利用一般的自来水管装满1立方的水需要较长的时间。
4.5.13 从试验段的效果看，管道的微弯对敷设长度的影响较大。就一般而言，即使在管道敷设质量较差的情况下，水敷的光缆长度也可以达到1000米。但是管道转弯点的弯曲半径，W地形的真空和光缆的硬度却是水敷缆需要重点考虑的因数。
(审核编辑: 小王子)
