作者：波立门特工程设备(上海)有限公司吴滨
引言:
随着科学技术的不断进步,通信技术也得到了飞速的发展。老的通信 施工技术开始被新的施工技术所取代。1995年以前，我国的长途干线还是采用直埋敷缆方式，利用人拉肩扛将光缆敷入光缆沟内。1995年，瑞士波立门特公司开始和原中国邮电部,邮电设计院以及中国通信建设总公司合作将气吹敷缆技术引进中国，成功地完成了福州至雄江 72KM试验段的山区气吹敷缆项目。1996 年高速公路开始使用气吹敷缆技术，1998 年该项技术又被用于沪-金-南-穗长途干线工程 ，2000年，由于网通长途干线网大范围的使用气吹敷缆技术，使这项技术得到了迅猛的发展。到目前为止，气吹敷缆技术已经被中国各大通信运营商所认可，并认为气吹敷缆是目前最安全可靠的敷缆方式。21 世纪，波 立门特公司开始和荷兰 KPN以及其它世界技术领先的管道和光缆生产商和网络设计公司合作， 一种新型的微管微缆技术诞生了，该方法可以避免现行技术的不足，解决了目前网络通信扩容难，初期费用高，投资回报慢的问题，是一种敷设光纤网络的新概念。
1.牵引法和气吹敷缆法的比较
牵引法是一种传统的施工方法，一般通过人力或机械将光缆或电缆拉入管道，牵引法是一种线缆端头受力的牵引方式，必须在线缆的端头施加一个拉力。由于缆的结构不同，因此牵引力就有了限制,如果牵引力大于缆的额定张力，就会造成光缆或电缆的损坏。我们知道：
线缆在直线路由上的牵引力是：
F=W×L×μ （1）
F：牵引力
W：表示缆单位重量
L：表示敷缆长度
μ：表示摩擦系数
线缆在转弯处形成的牵引力为幂指数函数：
F2／F1=e μθ （2）
F2：表示转弯出口处光缆的牵引张力
F1：表示转弯入口处光缆的牵引张力
θ：表示转弯角度
μ：表示摩擦系数
这种呈指数的牵引力通常被称为"绞盘效应"。该效应是限制一次牵引长度的主要因素。 因此，我们在计算直线路由的牵引长度时往往和实际施工有较大的误差，其误差也是由该效应引起的。因为管道在敷设时不可能是笔直的，地理条件，障碍物，沟槽质量和回填土都可能导致管道弯曲，根据公式（2），转弯点可以造成拉力快速上升。为了提高敷缆效率，人们开始采用推进器(辅助牵引机)，安置在线缆的管道入口处、线路的中间或转弯点来降低光(电)缆在进入转弯时的张力，增加牵引长度。象这种一台牵引机和数台推进器联合敷缆的方法被称为"推-拉技术"。但这种方法在长途管道牵引中需要多处开口，需要较多的设备并且牵引机和中间推进器需要保持同步。如果线缆较软，同时推进器的速度高于牵引速度, 管道内的光缆就会弯曲，由于光缆自身的内在弯曲度，光缆在管道内呈螺旋状，将缆紧压在管壁上，于是额外的摩擦力就产生了，如果推进器继续将线缆送进管道，线缆就会象弹簧一样被压缩,最终导致敷缆失败或使线缆损坏。相反，如果牵引速度高于推缆速度，推缆机相当于增加了牵引机的牵引张力，造成牵引力快速上升。为了避免不同步带来的诸多问题，人们也常常采用一种缓冲技术人为的保持牵引同步。因此上述方法较多用于城市的管道系统，以及无法采用气吹的地方。
气吹敷缆技术的出现是通信施工史上的一次重大变革，其气吹原理是：(1)利用一个机械推进器把光(电)缆推进管道，这种推力取决于线缆直径，管道内径和线缆的硬度。一般缆径比较细或缆比较软时，我们建议使用普通气吹机(CABLEJET)，该机采用气动马达，机重20公斤，是一种小巧、便携的敷缆设备。如果缆径较粗或缆的硬度较高时，我们建议使用超级气吹机(SUPERJET)，该机采用液压马达，有一个液压动力源。设备的推力主要克服气吹机密封仓的密封圈对线缆产生的阻力，线缆进入管道时的摩擦阻力，管道内气流对光缆产生的反向作用力并给光缆一个前进推力。通过实践，我们知道仅靠机械推力是不可能长距离敷缆的，一般机械的推缆的长度约100米。通过线缆的冲击试验，我们可知线缆的最大推力，如果在线缆的最大推力作用下，线缆的端头停止前进，表示线缆已经达到了最大的敷设长度。如果我们继续在线缆的入口处增加推力，其结果将是线缆的螺旋节距变短，最终拧成一团堵塞管道或从驱动轮中挤出。因此 ( 2 ) 在推缆的同时，空气压缩机把强大的气流通过气吹机的密封仓送入管道，这种高速流动的气流在光缆的表面形成一种拖曳力，促使光缆前进。光缆端头是开放的，使高速气流贯穿整条管道，因此光缆在管道内前进不是被拉而是被气流推动前进的，因此线缆在管道转弯处的摩擦阻力非常小。光缆在管道内顺着地势起伏或方向的改变顺利前进，因为光缆顶部不受力，所以与传统的牵引技术相反，光缆没有任何应力。敷缆完毕后，光缆松弛地停在管道的底部，有助于延长光缆的使用寿命。因此气吹法的敷缆长度不仅要远远高于牵引法，同时气吹法也是目前最安全和最高效的一种敷缆方法。
2.影响气吹敷缆长度的3个主要因素
2.1管道
2.1.1管道的质量
我们知道目前采用气吹方法的管道被称为HDPE硅芯管道，HDPE是高密度的聚乙烯材料，可以承受气吹时的高压气流。如果将一种具有低摩擦系数的固体硅附加在HDPE管道的内壁，就形成了这种低摩擦系数可用于长距离气吹光缆的管道。上文谈到光缆在管道里不是靠机械的推拉方式进行长距离敷设的，而是通过高速流动的气流在光缆表面形成的拖曳力推动光缆前进的。这就是说，管道和光缆之间的摩擦力越小，气流产生的拖曳力就可以将光缆敷设的更远。因为气压是随着管道的长度逐步下降的，拖曳力也是随着压力的下降而减小。因此对气吹而言，一方面要求管道能够承受高压，往往劣质管道是不能承受高压的，特别是在高温气流的作用下，低压也会使管道沿着纵向开裂。另一方面要求管道内壁具有较小的摩擦系数，拖曳力产生的推力可以克服光缆和管道之间的摩擦力，带动光缆前进。目前我们通过斜板法测量的管道摩擦系数，最小值可以达到0.065；最大值可以达到0.28，比值可以相差4.3倍。这就说明为什么同样敷设的管道，气吹效果确有很大的不同。我们曾经做过一个试验，首先我们在一个无硅芯润滑层的管道内敷设光缆，气吹长度约 650 米，然后我们在管道内涂抹了气吹润滑剂，气吹长度达到 了1500米。这说明在管道敷设质量好的情况下，如果管道的摩擦阻力较高，它能在短的距离内超过气流作用在光缆表面上的拖曳力，造成光缆端头的运动速度下降，此时缆的螺旋节距开始缩短，产生新的摩擦阻力，最后造成敷缆失败。
2.1.2管道的敷设质量
如果我们仅仅将目光放在管道的选择上，而忽略了管道的敷设重量，同样不会得到好的光缆气吹效果。一般我们要求管道的沟底平整，直线段的沟槽笔直，转弯半径必须满足管道的敷设要求（一般是管道直径的20倍），野外敷设时，可以尽量放大管道的转弯半径，高差出现变化时，要有渐变长度，防止管道腾空。但在实际施工中，由于采用人力施工，沟槽标准和敷管质量很难达到上述要求。特别是在同沟敷设，沟槽内有水或沼泽地的条件下敷设管道，很容易造成管道在沟内波浪起伏，形成很多微弯。当高速气流通过这些微弯时，将产生很大的气流衰耗。正常情况下，我们在敷设质量好的管道出口处可以听到气流的啸叫，但是如果管道敷设的质量很差 ,我们在1公里的管道出口处，几乎感觉不到气流的流动。气流的衰耗将直接影响作用在光缆表面上的拖曳力，同样会造成很差的敷缆效果。最差的气吹效果不会超过100米。另外当管道从盘上放出后，由于管道的绕盘记忆存在会有一定的弯曲，因此管道可以在地面上先松弛的放置一段时间，待记忆消除后再放入沟底。
2.2光缆的气吹指标
在光缆的选购中，人们往往关注光纤的衰耗等技术指标，而忽略了光缆的气吹指标，我们在这里指的气吹指标主要包括光缆的硬度，不圆度以及管道内径和光缆外径的比值。如果光缆太软，管道和光缆之间的摩擦阻力就会增加，因为较软的光缆更容易弯曲，增加了缆和管的接触面。光缆太硬，在管道的转弯处就会形成较大的摩擦阻力。如果管道的转弯半径较小，光缆就容易卡在转弯处。因为此时的摩擦力已经超过了气流的拖曳力对光缆产生的推力或者这种推力已经不能使光缆的端头随管道的弯曲而转变。光缆的不圆度会造成气流在密封仓内的泄露，增加光缆的推进阻力。同时较大的气流泄漏会降低管道内的压力。光缆外径和管道内径的最佳气吹比值是2-2.3倍，如果缆管比值太大，光缆容易弯曲。如果比值太小，将会造成气流的流动阻力上升。以往人们在采购光缆时，认为GYTA比GYTS轻，因此GYTA的气吹效果要比GYTS好。但是如果在一根40/33mm的管道内气吹一根10mm直径的GYTA或GYTS光缆，气吹效果就大大不同。我们曾经在中石化川气东送项目中，对9家光缆厂的GYTA和GYTS的光缆做了1.5公里管道的气吹性能测试，其气吹测试场是由每圈100米共5圈矩形管道和每圈50米共20个8字组成。其结果是GYTS的气吹性能要好于GYTA，主要原因就是管道内径和光缆外径的比值太大，GYTA比GYTS更容易在管道内形成弯曲，如果天气较热，管道内的气流温度较高，光缆就更容易变软而形成螺旋圈。
2.3温度对敷缆长度的影响
当外界温度超过 25°C时，建议使用冷却器，因为从空气压缩机里出来的空气要比外界温度高 30-40°C，而当外界温度超过 50°C 时，管道内的高温气流会导致光缆的外护套和管道的内壁变软，使管道和光缆之间的摩擦阻力上升，同时也会使管道在气吹过程中从软化，膨胀到破裂的可能性。另外热气流在管道内容易形成水滴，出现虹吸现象，造成气流的流动阻力增加。气流衰耗加大。另外不流动的水也会大大增加光缆和管道之间的摩擦阻力，通过摩擦系数的测试，我们发现当光缆上出现水珠时，摩擦系数将会从0.12增加到0.22，这时的气吹效果就会受到较大的影响。
(审核编辑: 小王子)
