吴滨
自从1995年气吹技术引进到中国以来，我们对气吹性能始终都没有1个明确的认识，我们也不了解为什么有时缆的气吹效果很好，为什么有时缆的气吹效果不好。由于气吹效果的好坏关联到许多因素，就像我以前在"如何确保气吹敷缆的成功"一文中提到的，影响气吹效果的主要因素有以下3个，见表1。
但是在我国，人们对于气吹项目，一般都是把注意力放在了管道上，很少有人对缆提出气吹要求以及我们在气吹敷缆时是否需要采用冷却器。于是在气吹的施工过程中，我们经常可以看到运营商将缆厂，管厂和施工方召集在一起讨论为什么气吹效果差或者管道为什么会在气吹的过程中爆裂等问题。但是这种讨论的效果一般都很差，因为气吹敷缆已经是线路施工的最后一道工序，在这个工序里，有的问题可以在气吹过程中弥补，有些问题却不能。缆不同于管道，对于管道而言，从选购管道到敷设都有规范的要求，通过厂检和施工监理可以根据规范来判断管道的出厂质量和施工质量。如果管道的摩擦系数较高，在气吹的过程中可以通过在管道内涂抹润滑剂来降低管道和缆之间的摩擦系数。在炎热的环境温度下施工，可以要求安装冷却器来降低空气压缩机输出的温度，降低管道爆裂的风险和缆管软化的可能。但是对于缆是否适合气吹，没有1个标准。什么样的缆适合气吹？什么样的缆不适合气吹？如果将不适合气吹的光缆提供给施工方，就会增加施工成本和影响施工工期。因此对于气吹缆来说，有必要在选购前对缆的气吹性能进行测试或对选购的管和缆一起做气吹性能的测试。这样才能保证选购的缆和管都能达到气吹的要求。否则，即使你选购的管道再好，也不能达到良好的气吹效果。
中国波立门特自成立之日起，就一直致力于气吹技术的推广，2002年建立了中国首个8字形光缆气吹性能测试场，为客户提供气吹技术的培训和演示。2004年根据市场的需求建立了微缆气吹性能测试场，2008年建立了符合欧洲IEC标准的微缆气吹性能测试场，2011年又建立了微管微缆匹配性气吹性能测试场。这4个测试场可以为客户提供各种型号的光缆，微缆，光纤束以及微管的气吹性能测试和气吹演示。
2004年，中石化用微管微缆技术打造的全球最长的长途干线-仪长线全线开工，这条干线全长1010km，从江苏仪征至湖南长岭，途径江苏，安徽，江西，湖北和湖南5省，见图1。在这条长途干线上，中石化仪长项目部在中国首次提出了要对采购的微缆做气吹性能测试，并于2004年9月委托中国波立门特公司来完成这次微缆的气吹性能测试。考虑到长途干线的复杂性，波立门特将1km的10/8mm的微管设计成不规则的形状，来检测微缆通过转弯点的能力，见表2。在微缆的气吹过程中，缆厂开始发现要微缆达到1km长的气吹长度并不是件容易的事。大部分厂家的微缆在第一次的气吹过程中，效果并不理想，主要是非金属中心管束式微缆的硬度达不到气吹的要求。波立门特通过气吹长度模拟计算软件对微缆的硬度进行了计算和分析，在光缆厂家的不断改进下，5家光缆厂的微缆最终都通过了这次1km长度的气吹性能测试。
2005年1月，仪长项目部为了验证经过气吹性能测试的微缆在实际路由上的气吹效果。在湖北黄梅做了1个2km的通信管道和石油管道同沟敷设的试验段，波立门特公司同样承担了该试验段的具体实施。由于该路由仅有1条道路可以使大型空气压缩机进入工地，因此将线路分成了2段，1段长为1300m，另外1段长为700m，波立门特采用了从中间向2端气吹的方法，在1根已经随石油管道同沟敷设完毕的40/33mm的硅芯管内向2端分别气吹了5根由1个厂家生产的同一批次的10/8mm微管，5根微管在1300m段的出口速度为35米/分，微管在气吹点连接。然后将微缆气吹机和小型空气压缩机搬运到2km段长的一端，分别将5家光缆厂的微缆吹入微管中，2Km长的微缆一次气吹成功，微缆的出口速度为50米/分，见表3。事实证明能通过波立门特气吹性能测试场1km的微缆，在野外的实际线路中都达到了2km的气吹长度，而且气吹效果良好。该试验段同时也证明了一件事，经过气吹性能测试的缆管，如果气吹效果不好，其主要原因在于管道的敷设质量，而不是缆管的气吹性能。在波立门特承担的从仪征到安徽省界120km的气吹微管和微缆的施工中，工作时间60天，平均每天2km线路长度的管和缆，微缆的最长气吹距离达到了2.3km。
图3；微缆在野外实际线路上的气吹效果
2007年5月，中石化国家重点项目-川气东送又将光缆气吹性能测试的任务交给了波立门特。根据该工程途径山区和平原的特点，波立门特对气吹测试场地做了一些改进，见图4。气吹采用先易后难的气吹方式，主要检验光缆的硬度是否适合转弯较多的线路，观察在不同的压力下的气吹长度和气吹速度的变化。
在光缆气吹性能测试的初期，共有3家光缆厂的光缆参加了这次测试。通过对3家光缆厂的GYTA和GYTS的光缆气吹性能测试，我们发现原本被许多人用于气吹的GYTA光缆的气吹效果并不如GYTS。从重量上看，GYTA要比GYTS轻，那么从光缆和管道内壁产生的摩擦系数上看，GYTA要比GYTS小，那么为什么GYTA的气吹效果要比GYTS差？其实问题的实质不在于重量，因为GYTS比GYTA仅重18%，对摩擦力的影响不大。问题的实质在于光缆的硬度和硅芯管的内径。由于中石化在该项目中要求的光缆纤芯为24芯，光缆的直径约为10mm，那么硅芯管内径就是光缆外径的3.3倍，管道和光缆的填充比值越大，光缆就越容易在管道内产生螺旋圈，管道内的螺旋圈就容易使在管道内由高速流动的气流产生在光缆上的推力下降。如果管道的内径是光缆外径的2倍，也许气吹的效果就不同了。因此对于同一厂家的光缆，GYTS的气吹效果要比GYTA好，见图5。如果从气吹长度，管道压力和速度的变化来分析，可见2种型号的光缆在矩形的气吹场地里，速度没有出现变化。当2种光缆在8字气吹场地进入到第2圈时，都同时出现速度下滑。将管道压力提升至7.5bar之后，2种光缆的速度恢复到气吹设定的速度。但是当光缆GYTA走到750m的位置后，速度又出现下滑，该现象表明，光缆在管道内已经出现了较多的螺旋圈，而当前的管道压力已经不能将光缆端头的速度提升，因此必须通过增加管道的压力来提升光缆端头的速度。一旦管道内的压力达到最大值后，光缆的速度便会随着管道内光缆的螺旋圈增多而下降，见图6。
但是对于不同厂家的同一型号的光缆，气吹效果发生了很大的变化，光缆加强芯的直径变化很大，从1.1至2.5mm，从气吹效果看，1.1mm加强芯的光缆硬度比较软，当管道的内径和光缆的外径比值较大时，很容易产生螺旋圈。而2.5mm加强芯的光缆硬度较高，因此当这种硬度较高的光缆进入转弯点之后，就容易被卡在转弯点，因为当气流产生的推力不足时，便无法使光缆的端头通过转弯点。一般硬度较高的光缆可以通过500米的矩形测试场，但是一旦进入1km的8字形的测试场，光缆就很容易被卡在转弯点上见图7。
图7: 不同厂家的GYTS光缆的气吹性能测试报告
这就是说，由于不同厂家的光缆在制造工艺、加强芯的直径和材料选择上的不同，直接反映到光缆的硬度上；光缆盘内圈的直径大小也反映出光缆的扭力和记忆的释放时间。因此即使是同样型号的光缆在气吹时的气吹效果也大不相同。在传统的光缆施工中，管道光缆主要用于短距离牵引，因此光缆的承受拉力和施工后的抗拉力是主要的施工指标，光缆的直径、硬度和弯曲记忆在短距离的牵引过程中可以不考虑。但是作为气吹敷缆，光缆的硬度是否合适，光缆直径和管道内经的比值是否合适，弯曲记忆是否小却是能否气吹更长距离的关键指标（在摩擦系数和敷管质量相同的情况下）。根据气吹原理，高压空气在管道内的高速流动，将会在光缆的表面产生一种拖曳力，带动光缆前进。如果光缆的硬度过高，光缆就会在管道的转弯点产生较大的摩擦力，消耗一部分拖曳力，如果光缆太软或者光缆的弯曲记忆太强，在进入管道时就会根据盘上的弯曲出现周期性的螺旋圈，造成拖曳力分散和摩擦阻力加大。如果光缆的拖曳力不能带动光缆端头前进时，光缆的敷设也就结束了。如果这时盲目地增加气吹机的推力，只会造成光缆在管道内的扭距变短，光缆呈密集的螺旋圈外，敷设距离很难增加。这就是为什么目前在气吹敷缆的施工中，有时可以敷设很长的距离，有时又达不到好的气吹效果的原因。
由于初次气吹的效果打破了人们以往对气吹光缆的认识，于是中石化川气东送项目部将原有的3家光缆厂扩大到了9家光缆厂，并要求每家光缆厂的加强芯和光缆的外径都必须达到统一的要求，在第二次气吹性能测试时，经过改进后的光缆的气吹效果远远好于先前的光缆，都达到了项目部对气吹长度的要求。3个A表示在光缆气吹完毕后，还有较大的备用气压，备用气压越高，可以继续气吹的长度也就越长。3个B表示，光缆的气吹速度非常平稳，在气吹的末端速度和气吹的初始速度没有很大的变化，这说明光缆在通过转弯点时没有产生较大的摩擦阻力，在管道内也没有产生较多的螺旋圈。
图8：川气东送项目的光缆气吹性能测试
从表3可见，虽然9个光缆样本都达到了1420m的气吹长度，但是气吹效果却不同，有的光缆样本的速度变化在20%以内，有的速度变化却达到了60%。速度变化在20%以内，表示光缆的气吹速度从开始至结束都十分平稳。速度变化在60%的光缆，表示光缆的速度下降很快。一般当管道压力达到最大值时，如果光缆的速度出现快速下降，证明光缆即将结束气吹。样本E的气吹效果最好，在8bar的气压下就完成了1420m的气吹，并且速度的变化幅度很小，证明该样品缆还可以气吹更长的距离。如果对气吹效果做一个比较，气吹效果好的样本是D，E和H，光缆的硬度从0.99至1.06（见橘色区域）。气吹效果较差的样本是B，G和I，光缆的硬度从1.28至2.03（见紫色区域）。这3种样本缆的管道压力都已经达到了最大值，并且速度有较大幅度的下降。根据气吹敷缆的原理，高速流动的气流在管道内高速的流动将产生一种拖曳力作用在光缆的表面带动光缆前进。因此越小的空气压力所能带动光缆前进越长的距离，则可证明该光缆具有更好的气吹效果。
图9: 气吹试验段的地形
2008年7月，中石化川气东送项目部在重庆梁平文化镇同样做了光缆实际路由气吹试验段，该地段为典型的山区地形地貌，全境属大巴山脉向南延伸的丘陵体系，为川东平行岭谷区，呈台升地带，略高于毗邻县，平均海拔600m。七里峡背斜山脉和南门场背斜山脉环绕南北，明月峡背斜山脉横贯中部，将境内划分为前后两厢，形成三低山夹两向斜的丘陵地形。地势由东北向西南倾斜。试验段地形由多个U，V型山地组成，见图9。
图10：川气东送项目气吹试验段
该试验段由中国通信建设第三工程局负责实施，见图10。中国波立门特被项目部聘请作为该山区气吹试验段的技术顾问，对试验段的气吹方案做了审核和补充。由于线路的气吹地形比较复杂，坡度陡峭，管道全部顺着山势上下起伏，最大的高度差为154m。针对线路情况，该次气吹试验段选用从中间向2端气吹的方法，目的是通过山地气吹试验段的数据收集，为后续的山区全面气吹选择最佳的气吹方案。
试验段的实施：
气吹点设置在BLP016，气吹方向从BLP016至BLPG052，气吹长度860m，线路呈V形，最大坡度200m。气吹过程是：管道压力10bar，液压机压力35bar，光缆气吹速度的变化在38-52m/min以内，见图11。当光缆到达终点后，将盘上剩余的光缆倒盘，然后从BLP016向BLPG0100气吹，气吹长度1060m，线路呈W形，最大坡度180m。气吹过程是，管道压力10bar，液压机压力40bar，光缆速度35-53m/min，见图12。从气吹的数据可见，在山区气吹由于地形的变化可以使速度发生较大的变化。当光缆上坡时，速度下降，液压机的压力出现上升，表示作用在光缆上的推力加大。当光缆下坡时，速度开始上升，液压机的压力开始下降，表示作用在光缆上的推力下降，见图11和图12。因此，在山区气吹时，建议采用中间气吹法。单方向的气吹长度不宜超过1500m，避免因为一次的气吹长度不够而需要转移设备。另外在山地气吹时，由于需要较长的高压气管连接空气压缩机和气吹机，因此空气压缩机的输出压力会根据气流传输的长度而下降，当连接气管的长度超过100米之后，压力会下降2bar左右。通过试验段的气吹过程可知，光缆的气吹性能测试是十分重要的。如果选用了不适合气吹的光缆用于山地气吹，可想而知气吹效果是很差的。因为从速度的变化率来看，气吹性能测试效果差的光缆，在山区气吹是达不到1km的气吹长度的。另外在野外施工，寻找气吹点比较困难的，因为气吹点必须通路，可以使大型空气压缩机到达气吹点。如果选择不适合的气吹光缆，就会在施工中增加许多气吹点，有些气吹点也许没有道路可以进入，特别在山区，有时要找一条能到气吹点的路要花很多的时间。
(审核编辑: 小王子)
