地下綜合管廊用通信管道的應(yīng)用研究

梁健雄， 陸國(guó)泰

（廣東聯(lián)塑科技實(shí)業(yè)有限公司， 廣東 佛山 528318）

0 引言

在社會(huì)高速發(fā)展的當(dāng)下，各種供人民日常生活需要的管道系統(tǒng)數(shù)量隨著城市化推進(jìn)過程也在快速增長(zhǎng)，過多的管道在地下無規(guī)律的鋪設(shè)會(huì)對(duì)其后期維修帶來很多不便以及安全隱患。 為了解決上述問題，國(guó)內(nèi)各城市也加快了地下綜合管廊的建設(shè)。 地下綜合管廊是一個(gè)建于城市地下，具有把各種市政管道（如電力、通信、燃?xì)?、供熱、給排水等）集中敷設(shè)的公共隧道，并且管廊內(nèi)，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)和管理，是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線。 當(dāng)一個(gè)城市建設(shè)了地下綜合管廊，意味著城市居民的各項(xiàng)市政公共服務(wù)得到有效保證，意味著城市中各種地面開挖，管線鋪設(shè)及維修的次數(shù)得到有效減少，也意味著城市美觀被各種架空電線電桿破壞的問題得到有效解決。 但隨著地下綜合管廊的廣泛應(yīng)用，以及人們對(duì)管廊用通信管道的功能性需求增加， 我們需要針對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)分析并探討如何優(yōu)化通信管道其自身功能來滿足地下綜合管廊的發(fā)展趨勢(shì)， 最終使其更好的應(yīng)用到管廊建設(shè)中。

1 目前管廊通信管道系統(tǒng)需要解決的問題

1.1 低煙高阻燃環(huán)保管道產(chǎn)品成本高，推廣難度大

PVC-U 是全球第二大的通用塑料， 由于其具有良好的物理力學(xué)性能、耐腐蝕性、電絕緣性、成本低廉、質(zhì)量輕、同時(shí)具有自熄阻燃特性， 因此被廣泛應(yīng)用于建筑家居、電子電器、汽車內(nèi)飾材料產(chǎn)品中。 而管廊內(nèi)部的電力通信管道幾乎是采用PVC-U 材料擠出成型的， 很多管材的生產(chǎn)廠家在其加工過程中為了改善其加工性能添加了大量非阻燃環(huán)保加工助劑和含鉛鎘等重金屬添加劑等，如果管廊內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)管材會(huì)散發(fā)大量且有毒煙霧，降低人類逃生幾率。 目前行業(yè)大多采用直接添加阻燃抑煙劑到PVC-U混配料的方法， 這種添加方式如需達(dá)到較好的阻燃抑煙效果需要添加大量的高成本阻燃抑煙劑， 從而使最終制備出來的管道產(chǎn)品成本偏高，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

1.2 電力管道對(duì)通信管道的電磁干擾

國(guó)內(nèi)目前的埋地電纜管道會(huì)把電力管道與通信管道分開布置， 但管廊內(nèi)的電力管道和通信管道因都屬于電纜管道，而會(huì)被劃分在同一倉室，并受總體空間限制，兩類管材放置的距離較近。 由于電力管道內(nèi)部的電纜線一定條件下會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)， 交變磁場(chǎng)在沒有進(jìn)行屏蔽的情況下距離電纜線一定距離的范圍內(nèi)仍存在一定大小的周期性變化的磁感應(yīng)強(qiáng)度， 通信電線如果離電纜線距離太近會(huì)受到此交變磁場(chǎng)的干擾進(jìn)而出現(xiàn)信號(hào)失真的情況，嚴(yán)重影響終端客戶對(duì)各種有線信號(hào)的使用需求。

1.3 管道后期維修及更換不便

管廊內(nèi)的通信電纜是通過專用的通信管道進(jìn)行保護(hù)，但其在布線時(shí)會(huì)存在一定的問題。因?yàn)橥ㄐ殴艿篱L(zhǎng)度較長(zhǎng)，第一會(huì)在管道穿線的時(shí)會(huì)帶來一定的不方便性，第二在線路維護(hù)時(shí)， 由于用于保護(hù)通信電纜的通信管道并不是透明可視，而電纜又是被藏在管道內(nèi)，在檢查線路時(shí)很難檢測(cè)到管道內(nèi)的電纜。 如需要檢查整個(gè)電纜系統(tǒng)中某一段的電纜時(shí)， 必須把該段電纜的管道向前或者向后移動(dòng)一定距離， 但通常管道也是會(huì)和電纜一樣通過配件的連接形成了一整段連續(xù)的管道系統(tǒng)，很難移動(dòng)其距離。如果在不能夠移動(dòng)管道的前提下， 就只能把有電纜損壞那部分的管道破壞掉，被破壞掉的管道還不能夠用回到原來的位置上對(duì)電纜進(jìn)行保護(hù)。后續(xù)要填補(bǔ)該處管道的方法是把整段管道進(jìn)行更換，但這樣則需要把通信線纜割斷出一個(gè)缺口， 把管道從該缺口取出替換后再把電纜拼接上。 該處理辦法工程量大且工作效率低下、工程造價(jià)高，并且有可能對(duì)通信線纜造成破損，帶來極大的不方便。

2 解決管廊通信管道系統(tǒng)問題的可行辦法

2.1 管材配方制備方法的創(chuàng)新性

本研發(fā)團(tuán)隊(duì)所采用的阻燃抑煙助劑制備方法是首先將鋅離子化合物和鉬離子化合物按照一定的摩爾比例加入到一定體積的水或者氨水中攪拌溶解， 然后根據(jù)需要的負(fù)載量加入一定質(zhì)量比例的納米埃洛石載體， 在室溫?cái)嚢?h 后再超聲分散5min， 接著在50℃下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，最后在250℃煅燒2h，從而使抑煙劑達(dá)到納米級(jí)分散，制備出納米級(jí)阻燃抑煙雙功能助劑。

通過對(duì)是否完成負(fù)載的埃洛石進(jìn)行透射電鏡進(jìn)行觀察得知，負(fù)載前的埃洛石為納米管狀結(jié)構(gòu)，納米管中間有納米通道，管外表面界面較為清晰和光滑。負(fù)載鉬鋅復(fù)合氧化物組份后管外壁粘附有很多納米小顆?；虼?。 納米管的兩端已經(jīng)被鉬鋅復(fù)合氧化物堵塞， 鉬鋅復(fù)合氧化物在埃洛石的納米管外表面基本呈現(xiàn)均勻分布。 這樣相對(duì)于非負(fù)載且獨(dú)立添加的氧化鉬和氧化鋅抑煙劑來說，負(fù)載后的納米級(jí)鉬鋅復(fù)合氧化物不僅具有極大的表面積可以充分的和PVC-U 基體樹脂相互作用，而且鉬、鋅和納米埃洛石各組份之間還可以發(fā)生同時(shí)阻燃和抑煙的相互協(xié)同作用。這樣不僅可以降低昂貴的鉬酸鹽的用量，而且也提高了阻燃抑煙組份的作用效率。另外，在低煙阻燃環(huán)保PVC-U 材料的制備中原來要分三次添加的程序，現(xiàn)在只需要一步添加即可，這樣既提高了效率，又可避免稱量誤差，便于準(zhǔn)確的質(zhì)量控制。

當(dāng)納米級(jí)的阻燃抑煙助劑制成后， 把PVC-U 樹脂粉、阻燃抑煙助劑、鈣鋅熱穩(wěn)定劑、以及其他助劑按比例稱量后放置到混料機(jī)中進(jìn)行混合， 再把材料加入到擠出機(jī)中擠出管材。 通過添加不同比例的阻燃抑煙助劑所擠出的管材性能進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)， 隨著混配料中阻燃抑煙助劑負(fù)載量和添加份數(shù)的增多，其阻燃抑煙性能逐漸提升。并且隨著阻燃抑煙組份中鉬元素比例的增加， 阻燃抑煙效率逐漸提高。 其中綜合性能最佳的是抑煙劑和PVC-U質(zhì)量份數(shù)比28/100 的配方料為與同樣量鉬鋅添加比例的對(duì)比例相比較，分散負(fù)載的雙功能抑煙劑復(fù)合的PVCU 材料的氧指數(shù)和煙密度性能明顯優(yōu)于對(duì)比例， 這也說明分散負(fù)載后的阻燃抑煙助劑的效率要明顯優(yōu)于相同添加量的非分散負(fù)載的阻燃抑煙劑。

2.2 管材功能的創(chuàng)新性

為了解決強(qiáng)弱電一起安裝時(shí)強(qiáng)電對(duì)弱電信號(hào)干擾所出現(xiàn)信號(hào)失真的電磁干擾問題， 提出一種電磁屏蔽的復(fù)合管材，從而提高管廊空間的使用率以及布線的方便性。電磁屏蔽管是在擠出成型的塑料管材中間包覆一層由低碳鋼組成的金屬管材， 而中間所包覆的金屬管材是通過連續(xù)成型機(jī)把多層較薄的帶狀金屬片卷成環(huán)形而得，其在拼接處就能實(shí)現(xiàn)多層錯(cuò)位對(duì)接，省去了高溫焊接工序，避免了因焊接工藝所產(chǎn)生的高溫對(duì)塑料層造成的破壞。

整個(gè)管材兼顧了塑料的耐腐蝕性及鋼材良好的強(qiáng)度，大大的提高了管材的抗壓能力。 由于低碳鋼內(nèi)，使電源線的磁場(chǎng)不會(huì)泄露在電線管的外部。

我們把通電材質(zhì)組成的金屬層具有良好的導(dǎo)磁性能， 可以很好的將電源線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在我們的電磁屏蔽管導(dǎo)線分別穿入普通管道與電磁屏蔽管內(nèi)并貼合管材內(nèi)壁放置， 然后通過檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)出管材外表面磁感應(yīng)強(qiáng)度分布， 來模擬普通管材與電磁屏蔽管材在不同電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的屏蔽效果。在實(shí)際的模擬試樣中發(fā)現(xiàn)，電磁屏蔽管對(duì)20A 及以下電流在線管表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減可達(dá)69%。

而借助有限元分析軟件也可以更直觀的看出兩種不同管材的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布， 當(dāng)電纜線放置在普通管材內(nèi)腔邊緣時(shí)，電磁感應(yīng)會(huì)穿過管材輻射到管材外面；當(dāng)把管材換成電磁屏蔽管后， 把電纜線放置在普通管的相同位置時(shí)，由于內(nèi)嵌金屬層的屏蔽作用，電磁感應(yīng)不會(huì)擊穿管材，管材外表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度非常弱小甚至為零。 因此，當(dāng)管廊內(nèi)的通信管道改用上述電磁屏蔽管后， 無論在再狹小的空間，電力管道與通信管道布置距離再小，電力管道內(nèi)電力電纜所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)理論上也不會(huì)對(duì)通信管道內(nèi)的通信電纜造成電磁干擾，從而導(dǎo)致信號(hào)失真。

2.3 管材結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性

通常我們的電力通訊管道是埋設(shè)在地下的， 地下的工作環(huán)境與管廊相比有著很大的區(qū)別， 而因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的不同， 能夠給于我們對(duì)管材結(jié)構(gòu)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)改變的機(jī)會(huì)。 第一，管廊中的通信管道是直接鋪設(shè)在支架上的，因此它不會(huì)像埋地電纜管道那樣受到很大的外部壓力，所以在優(yōu)化管材結(jié)構(gòu)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際的使用情況降低管材的環(huán)剛度和扁平等性能的要求。第二，由于管廊中的管道不像埋地管道那樣子有泥土包著， 埋地電纜只能通過管材兩個(gè)端口進(jìn)線， 而管廊中的管材能夠在除了端口外的其他地方進(jìn)線。

開合管是一種外形結(jié)構(gòu)為圓形或類圓形， 對(duì)其施加一定作用力后， 管材截面能夠在封閉與開口兩種狀態(tài)之間進(jìn)行切換的管材。 雖然管材截面不再是一個(gè)完整的封閉截面，其抗壓性能會(huì)略遜于同規(guī)格圓型管材，但由于管廊內(nèi)的管道所受到的外壓力減少， 開合管的抗壓能力也能符合管廊用管的需求。 并且當(dāng)開合管的沿著其旋轉(zhuǎn)軸把封閉的橫截面打開時(shí)， 管道內(nèi)部的情況可以通過縫隙一覽清晰，并且能夠從該縫隙進(jìn)行物件的放取。基于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)， 開合管非常適合應(yīng)用于對(duì)原線路不做任何改變而需要對(duì)管材進(jìn)行維修更換的工況中。

本研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的開合管是由上蓋與下蓋兩部分組合，而上蓋和下蓋兩部分均為類半圓形結(jié)構(gòu)，每個(gè)半圓兩端均有相應(yīng)的扣位使兩者進(jìn)行連接， 兩端扣位分別有著不同的功能。當(dāng)把用于開合一端的扣位打開時(shí)，上蓋和下蓋能夠通過以另外一端的類C 型扣位為軸心， 實(shí)現(xiàn)兩者的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。 這樣的打開結(jié)構(gòu)方式相比直接在管材端切出一道開口的打開方式，打開的縫隙間隔更大，并且不會(huì)擔(dān)心管材因用力過度而使管材產(chǎn)生塑性變形， 導(dǎo)致開口不能合閉。 此開合管不像傳統(tǒng)管道， 需要先把管道鋪設(shè)好，再通過在管道內(nèi)進(jìn)行電纜的鋪設(shè)。而是可以先把電纜按需求鋪設(shè)到位， 然后再把開合管的開口端打開套進(jìn)電纜的外表面，然后再把開口端封閉即可，這樣就能夠很方便的達(dá)到了線管保護(hù)電纜的作用。 對(duì)管道內(nèi)電纜的檢修操作也如此， 只需把開合管的開口端打開即可對(duì)內(nèi)部的電纜進(jìn)行檢修。

該產(chǎn)品除了可以用在管廊的線管布置外， 還能夠應(yīng)用到社會(huì)上很多的地方，如用來起警示作用的斜拉線管?，F(xiàn)在的拉線護(hù)套管材是在圓管上后加工切割一條縫隙，在安裝時(shí)把縫隙拉大套入到拉線即可。 而當(dāng)使用這種新型的開合管時(shí)，因?yàn)槠浔旧硪呀?jīng)有一個(gè)開合機(jī)制，就不需要像現(xiàn)有的管材那樣后加工一條槽， 減少了加工步驟以及人工。只需要在管材上貼上反光膜，就能夠很好的達(dá)到斜拉線管的效果。

上述所描述到的開合管是一種實(shí)壁管的管材形式，我們是可以把開合的這一特征延伸到非實(shí)壁管管材上，從而使該具有創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展， 例如本團(tuán)隊(duì)所研究的另外一種新型管材：分體式波紋管。

分體式波紋管結(jié)構(gòu)有別于現(xiàn)有傳統(tǒng)的橫截面是全封閉，一體成型的波紋管，而是采用把封閉的橫截面一分為二。 分體式波紋管的管材部分主要由上蓋、底座、外壓環(huán)和內(nèi)撐環(huán)4 個(gè)部件組成。內(nèi)撐環(huán)放置在底座的波峰內(nèi)，然后把上蓋從上往下壓入底座。往下壓的過程中，以上蓋處于波峰位置的扣位扣入到底座波峰位置的凹缺位為止，然后把外壓環(huán)卡在與內(nèi)撐環(huán)放置位置相鄰的上蓋波谷處。在原本上蓋扣位與底座凹缺位的相互扣緊的情況下，能夠使原來分開的兩者組合成一個(gè)整體。 再加上內(nèi)撐環(huán)與外壓環(huán)的作用，能夠保證兩者裝配后不易松脫。 反之，把兩者扣位松開就能實(shí)現(xiàn)管材的打開。 并且其能結(jié)合波紋管易彎曲，變向容易的特性，能夠在鋪管方向的軸心不統(tǒng)一的環(huán)境下進(jìn)行鋪管。 新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)使管材能夠承受更大的正壓力，以及提高維修效率，降低維修成本，在波紋管明裝時(shí)的堆放更方便。

3 結(jié)束語

綜上所述，管廊在新時(shí)代的發(fā)展速度是有目共睹的，并且管廊在國(guó)家未來的城市建設(shè)中也會(huì)占有十分重要的地位， 因此在管廊中所用到的各種通信管道也需要隨著管廊的發(fā)展步伐，優(yōu)化其自身的結(jié)構(gòu)來滿足管廊的發(fā)展?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的通信管道應(yīng)用在管廊系統(tǒng)中仍存在著或多或少的問題，而我們必須根據(jù)管廊中電纜鋪設(shè)的特點(diǎn)：從管材配方上進(jìn)行創(chuàng)新，通過新穎的配方制作工藝，在保證管材各方面性能合格的前提下，降低管道生產(chǎn)成本，提高管道的生產(chǎn)效率；從管材功能上進(jìn)行創(chuàng)新，通過多種材料特性的疊加，在滿足可應(yīng)用生產(chǎn)的前提下，使強(qiáng)弱電纜能緊密排布，提高管廊空間利用率；從管材結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，通過對(duì)傳統(tǒng)管道截面的變革， 在滿足實(shí)際工況使用的前提下，提高管材維修效率，節(jié)約材料及人工成本。