微管集束管在安徽省高速公路工程中的應(yīng)用探討

張飛飛　田榮榮

[ 作者簡介 ]

張飛飛，女，河南洛陽人，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，中級工程師，碩士研究生，研究方向：高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

田榮榮，女，安徽合肥人，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，副高級工程師，碩士研究生，研究方向：機(jī)電工程。

[ 摘要 ]

高速公路通信管道是通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)性設(shè)施，對機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展有著重要意義。本文從安徽省高速公路通信管道的現(xiàn)狀入手，通過硅芯管和微管集束管的對比分析，全面探討了微管集束管在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

[ 關(guān)鍵詞 ]

高速公路;通信管道;微管集束管;硅芯管;機(jī)電工程

中圖分類號：F54?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.10.063

近年來，由于高速公路外場設(shè)備數(shù)量日益增加，所需管孔資源也越來越多，但高速公路中分帶或邊坡的空間位置有限，因此很多高速公路引入了更加節(jié)省空間和工程造價(jià)的微管集束管。本文基于安徽省高速公路通信管道的建設(shè)，對硅芯管和微管集束管在高速公路中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1? ? 安徽省高速公路通信管道的現(xiàn)狀

截止2021年底，安徽省高速公路通車?yán)锍?146公里，通信管道基本實(shí)現(xiàn)主線、支線全覆蓋。

建設(shè)年份較早的高速公路，采用的通信管道主要有波紋管、梅花管等需要穿纜敷設(shè)的管道。由于敷設(shè)時(shí)間已久，基本不能再繼續(xù)利用，隨著高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建，陸續(xù)更換為新型的硅芯管。

后期隨著硅芯管以及吹纜技術(shù)的推廣應(yīng)用，高效、便捷、節(jié)省造價(jià)的硅芯管迅速成為安徽省高速公路通信管道的首選材料。目前安徽省高速公路主線管道基本都采用φ40/33硅芯管，管孔數(shù)從初期的12孔、14孔硅芯管（如滁州至淮南高速公路、池州長江公路大橋工程、揚(yáng)州至績溪高速公路廣德至寧國段等高速公路主線管道），到后期的8孔、10孔硅芯管（如固鎮(zhèn)至蚌埠高速公路、寧宣杭高速公路貍橋至宣城段、S11蕪湖至黃山高速公路等高速公路主線管道），通信管道利用率存在不均衡的現(xiàn)象。

近年來，隨著微纜、微管的發(fā)展，微管集束管出現(xiàn)在高速公路通信管道的應(yīng)用中。微管集束管的出現(xiàn)，緩解了高速公路中央分隔帶空間局促、管孔數(shù)敷設(shè)過多存在浪費(fèi)、敷設(shè)過少存在冗余度不夠等方面的問題。安徽省高速公路通信管道也在引用微管集束管方面做了嘗試。

2? ? 硅芯管和微管集束管分析對比

硅芯管是由高密度聚乙烯外壁、外層色條和永久性固體硅質(zhì)內(nèi)潤滑層組成，是單孔管。硅芯管內(nèi)可以氣吹敷設(shè)普通光纜、電纜。

微管集束管由不含硅芯層的高密度聚乙烯外管與微型硅芯管組成，是一種將一定數(shù)量的微型高密度聚乙烯管（以下簡稱“微管”）在生產(chǎn)時(shí)集成在一起的通信用管材。常用的是7孔12/9mm（微管外徑Φ12mm，內(nèi)徑Φ9mm）、4孔12/9mm、7孔14/10mm、4孔14/10mm的集束管。微管集束管內(nèi)吹的是微型光纜，簡稱微纜，具有防護(hù)簡單、壁薄、自重輕、外徑小等特點(diǎn)。微纜由纜芯、纖裝密度高和護(hù)層兩部分組成，纜芯有中心管式和層絞式兩種類型。

目前安徽省高速公路采用的硅芯管為φ40/33mm，通信系統(tǒng)采用的光纜的芯數(shù)基本為72芯、96芯，個(gè)別路段采用144芯。1根外徑φ41/36mm的7孔φ12/9mm在外徑尺寸上接近φ40/33mm硅芯管，12/9mm的微管正?？梢源?6芯的微纜，如果采用生產(chǎn)技術(shù)比較好的廠家的微纜，最大能吹到144芯微纜。因此高速公路上最常采用的微管集束管為外徑φ41/36的7孔12/9mm的規(guī)格。下面就這兩種管道在物理化學(xué)性能指標(biāo)、管道價(jià)格、人手孔設(shè)置、光（電）纜的敷設(shè)、施工技術(shù)難度、開挖量等方面的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

2.1? 物理化學(xué)性能指標(biāo)

φ40/33mm硅芯管和φ41/36mm的7孔φ12/9mm微管集束管的物理化學(xué)性能指標(biāo)的要求，根據(jù)交通運(yùn)輸部《公路地下通信管道高密度聚乙烯硅芯塑料管》（JT/T496-2018）的要求如下。

φ40/33mm硅芯管：外壁硬度≥59HD;內(nèi)壁摩擦系數(shù)，靜態(tài)≤0.25（平板法，對HDPE標(biāo)準(zhǔn)試棒），動(dòng)態(tài)≤0.15;拉伸屈服強(qiáng)度≥21MPa;斷裂伸長率≥500%;最大牽引力負(fù)荷≥8000N;冷彎曲半徑≥400mm;環(huán)剛度≥50 kN/m2;縱向收縮率≤3.0%;脆化溫度-75℃。

φ41/36mm的7孔φ12/9mm微管集束管：外壁硬度≥59HD;拉伸屈服強(qiáng)度≥21MPa;斷裂伸長率≥500%;環(huán)剛度≥50kN/m2;縱向收縮率≤3.0%;脆化溫度-75℃。

由此可以看出，微管集束管根據(jù)其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在內(nèi)壁摩擦系數(shù)、最大牽引力負(fù)荷、冷彎曲半徑方面不做要求。在其他方面，硅芯管和微管集束管都是由高密度聚乙烯HDPE和硅芯潤滑料組成的，所以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對兩者在主要的物理化學(xué)性能指標(biāo)上是一致的。但由于微管集束管是新產(chǎn)品、新技術(shù)，且微管管徑小、壁厚薄，數(shù)根微管需要集成一體，基于其自身這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝的高要求，在集束管生產(chǎn)過程中，不能添加再生料和劣質(zhì)原料，否則產(chǎn)品無法成型。這樣就從生產(chǎn)源頭上保證了生產(chǎn)出來的微管集束管是高質(zhì)量的管道。

2.2? 空間占用比較

1孔φ40/33mm硅芯管只能吹一根光纜，一根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管可以吹7根微纜，在敷設(shè)同樣芯束光纖的情況下，微管集束管是硅芯管所需數(shù)量的七分之一，空間占用是硅芯管的七分之一，可以有效節(jié)約開挖、回填方量的人工和機(jī)械成本，節(jié)省施工成本。

2.3? 管材成本比較

一根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管每米價(jià)格約為15元左右，一孔φ40/33mm硅芯管價(jià)格為6元，吹7根光纜需要7孔硅芯管，價(jià)格為6*7=42元;管道過橋需要的保護(hù)管箱規(guī)格也可減小;硅芯管敷設(shè)時(shí)，需要在下方鋪設(shè)5cm以上的砂墊層，微管敷設(shè)時(shí)，可以直接敷設(shè)，不需要砂墊層;要吹入集束管的微纜的成本也比吹入硅芯管的普通光纜成本低20%以上;因此采用微管集束管，在建設(shè)采購成本上整體節(jié)省了約60%以上。

2.4? 人（手）孔和橫穿管設(shè)置數(shù)量比較

硅芯管和微管集束管均可采用氣吹法敷設(shè)，都具有氣吹距離長、安全、可靠的優(yōu)勢。由于安徽高速公路目前實(shí)施了全程監(jiān)控，至少每公里設(shè)置一處橫穿管道，考慮到智慧高速的實(shí)施以及遠(yuǎn)期越來越多的新增外場設(shè)備預(yù)留，在近期的項(xiàng)目中，安徽省高速公路已經(jīng)開始每500米設(shè)置一處橫穿管道。因此，硅芯管和微管集束管均能滿足目前高速公路吹纜距離的要求，在氣吹距離和人（手）孔設(shè)置數(shù)量方面，硅芯管和微管是一樣的。

2.5? 施工技術(shù)難度

微管、微纜由于自身結(jié)構(gòu)的原因，在人手孔中接續(xù)以及保護(hù)箱、接頭盒的安裝等，比采用硅芯管和普通光纜施工技術(shù)難度高，對施工人員的操作規(guī)范性、技術(shù)性要求較高。后期維護(hù)要求也比較高。在安裝配件方面，微管和微纜需要更多投入。

微管集束管在進(jìn)入人（手）孔后，需要將包覆外層撥開，以方便微管分歧、接續(xù)，但微管直徑較小，且在機(jī)械強(qiáng)度方面弱于硅芯管，因此人孔內(nèi)的微管更容易被老鼠啃噬。微纜在拉伸強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、外保護(hù)套厚度、防水、防鼠等方面，由于自身結(jié)構(gòu)原因，弱于普通光纜。微纜在進(jìn)入人（手）孔后，需要由微管保護(hù)進(jìn)入特定的保護(hù)箱中繞盤，再從保護(hù)箱中進(jìn)入到光纜接頭盒中接續(xù)。裸露在外的微纜均需要用金屬軟管進(jìn)行保護(hù)，不能直接暴露在外。且保護(hù)箱和接頭盒需要掛在人孔側(cè)壁上，不能長久浸泡在人（手）孔中的水里。

綜上所述，硅芯管具有應(yīng)用范圍廣、同時(shí)適用于光纜和電纜、施工難度底、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，微管集束管具有節(jié)省空間、管道利用率高、減小工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。

3? ? 安徽省高速公路硅芯管和微管集數(shù)管組合的探討

安徽省高速公路目前主線管道內(nèi)一般敷設(shè)2-3根光纜（1根主干通信光纜、一根全程監(jiān)控設(shè)備用光纜、一根ETC門架用光纜）和1-2根供電電纜（一根外場設(shè)備供電電纜、一根ETC門架供電電纜）。光纜和電纜均在管道內(nèi)采用硅芯管氣吹方式同路由敷設(shè)。微管集束管只能敷設(shè)微纜，不能氣吹電纜。安徽省高速公路實(shí)施全程監(jiān)控，每公里至少一處斷點(diǎn)，全程斷點(diǎn)較多，微纜接續(xù)較復(fù)雜，也不適合頻繁切斷，因此監(jiān)控光纜采用普通光纜更合適。新建、改擴(kuò)建高速公路以及大部分已建成高速公路均采用硅芯管作為主干管道。

結(jié)合硅芯管和微管集束管自身優(yōu)缺點(diǎn)和安徽省高速公路機(jī)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀特點(diǎn)，應(yīng)選擇硅芯管+微管集束管的組合。該組合中硅芯管主要用于電纜和近期光纜敷設(shè)，微管集束管主要用于遠(yuǎn)期技術(shù)更成熟時(shí)微纜的敷設(shè)。

目前主要嘗試7孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管組合的方式取代前期采用的14孔φ40/33mm硅芯管，兩者均能敷設(shè)14根光（電）纜。下面就兩種管道方案進(jìn)行對比。

因此采用7孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的組合方式，在光（電）纜容量上與14孔φ40/33mm硅芯管相等，但可以節(jié)省空間，降低管道成本、運(yùn)輸成本和過橋橋架等輔助材料成本，可以充分達(dá)到資源優(yōu)化配置、減少建設(shè)投資、節(jié)省空間的目的。

4? ? 硅芯管和微管集數(shù)管組合在安徽省高速公路中的應(yīng)用

安徽省高速公路在新建工程、改擴(kuò)建工程中，已經(jīng)有數(shù)個(gè)項(xiàng)目嘗試了硅芯管+微管集束管的組合方式。其中省級高速公路采用7孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的組合方式（如阜陽至淮濱高速公路安徽段、合肥至周口高速公路等項(xiàng)目），國家高速公路采用9孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的組合方式如（G4211寧蕪高速皖蘇界至蕪湖樞紐段改擴(kuò)建等項(xiàng)目），進(jìn)收費(fèi)站管道采用16孔φ40/33mm硅芯管+2根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的組合。

以G4211寧蕪高速皖蘇界至蕪湖樞紐段改擴(kuò)建項(xiàng)目為例，寧蕪高速位于安徽省沿江地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)與活躍的馬鞍山市和蕪湖市境內(nèi)，屬于國家高速公路。本項(xiàng)目原有通信管道采用12孔φ40/33硅芯管，敷設(shè)于在中央分隔帶綠化下，下互通管道采用6孔HDPE93/110雙壁波紋管，敷設(shè)于匝道邊坡內(nèi)。寧蕪高速建設(shè)較早，現(xiàn)有硅芯管使用狀況已經(jīng)很差。

在本項(xiàng)目“四改八”中，根據(jù)主體改擴(kuò)建方案，中央分隔帶需要挖除，因此中央分隔帶內(nèi)現(xiàn)有管道不能保留。而中分帶波形梁護(hù)欄要改為混凝土護(hù)欄，左右幅混凝土護(hù)欄之間的間距只有99.4厘米，整體式路基段左右幅橋梁護(hù)欄之間的凈間距只有約30厘米。中央分隔帶空間緊張，如果采用普通的硅芯管，則過橋時(shí)需要采用306x160mm規(guī)格的聚氨酯復(fù)合橋架，無法通過橋梁。因此本項(xiàng)目主線管道采用了9孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的管道組合，在增加了管道容量的情況下，減少了空間占用，過橋時(shí)只需要250x150mm規(guī)格的聚氨酯復(fù)合橋架，避免了將主線管道敷設(shè)于路側(cè)邊坡。

根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)收費(fèi)站管道敷設(shè)16-18孔硅芯管時(shí)，由于光纜、電纜均存在進(jìn)站、出站兩個(gè)方向的線纜，數(shù)量與主線相比幾乎是翻倍的;而后期在主線增加新設(shè)備、機(jī)電系統(tǒng)改造時(shí)，遷改已有的線纜不便于施工，再加上施工不規(guī)范等原因，普遍采用的做法是直接增加新的光、電纜，這樣就造成進(jìn)站管道在項(xiàng)目建成后幾年時(shí)間，空余的管孔數(shù)已經(jīng)所剩無幾。本項(xiàng)目下匝道管道采用16孔φ40/33mm硅芯管+2根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的組合，相當(dāng)于30孔硅芯管的容量，為將來預(yù)留了較為充足的管道資源，且邊坡開挖量并沒有增加，不會(huì)增大邊坡開挖量大、不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。

因此在高速公路管道敷設(shè)中，這種微管集束管+硅芯管的管道組合方案有眾多優(yōu)點(diǎn)，也將是未來高速公路通信管道建設(shè)的一種發(fā)展方向，隨著微管集束管和微纜技術(shù)的發(fā)展和成熟，必然會(huì)有越來越多的高速公路建設(shè)單位選擇微管集束管。

參考文獻(xiàn)

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