在役輸氣管道附屬光纜路由優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

摘要：根據(jù)工程慣例，通信工程師首先推薦光纜與油氣管道同溝敷設(shè)的技術(shù)方案。然而，研究者突破思維定勢(shì)，結(jié)合某改造項(xiàng)目所在地的地形、地貌和氣候條件，綜合分析，獨(dú)創(chuàng)性地將該段光纜由與管道同溝敷設(shè)優(yōu)化整改為架空敷設(shè)的技術(shù)方案。該方案徹底解決了本段光纜中斷的問(wèn)題，有效保障了輸氣管道生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全平穩(wěn)傳輸，減輕了通信運(yùn)維人員的運(yùn)維壓力，同時(shí)為今后類似管道光纜改線項(xiàng)目提供了參考。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；同溝敷設(shè)；架空光纜；管道光纜；油木桿

中圖分類號(hào)：TE973，TN913.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）35-0089-03開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

我國(guó)油氣管道（包括國(guó)內(nèi)管道和中國(guó)投資的國(guó)外管道）總里程已達(dá)16.5萬(wàn)公里，作為世界上最安全、最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式，管道輸送在能源儲(chǔ)運(yùn)中發(fā)揮著重要作用[1]。與管道同期設(shè)計(jì)、同期施工的通信光纜，相當(dāng)于是管道的“神經(jīng)”，它通過(guò)光纜負(fù)責(zé)將閥室、站場(chǎng)及管道沿線的壓力、溫度、流程等數(shù)據(jù)上傳至調(diào)控中心，使調(diào)控中心可以實(shí)時(shí)獲取管道的運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)指標(biāo)，并進(jìn)行分析判斷，以便及時(shí)采取措施防止?jié)撛诘墓收?，為管道的安全、穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。光纜因其強(qiáng)大的可靠性，一般作為油氣管道的主用通信方式。若光纜中斷，雖然還有備用通信方式如衛(wèi)星通信或公網(wǎng)，但無(wú)法保證極端惡劣情況的發(fā)生，即主用通信方式和備用通信方式同時(shí)中斷，則對(duì)管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行所造成的直接和間接損失是不可估量的。

1項(xiàng)目背景

庫(kù)米什山澗管段位于新疆托克遜縣庫(kù)米什鎮(zhèn)西南部，地處喀拉克孜勒塔格山末端，地表以砂礫石松散堆積為主，植被稀少，小型沖溝發(fā)育。管道通信傳輸光纜與輸氣管道同溝敷設(shè)于河床邊緣。

自2011年至2019年，庫(kù)米什山澗管段多次發(fā)生季節(jié)性降雨導(dǎo)致的洪水，洪水夾雜著上游沖刷下來(lái)的泥沙、碎石，造成山谷內(nèi)多處管道被洪水沖擊，西部某天然氣長(zhǎng)輸A管道管樁號(hào)367#+500至管樁號(hào)373#段和西部某天然氣長(zhǎng)輸B管道管樁號(hào)368#至管樁號(hào)372#+500段的管道通信光纜多次被沖斷。A管線涉及整改段光纜長(zhǎng)度約7.82km，B管道光纜線路約為7.68km，其中兩條管道線路有7.33km為共享管道路由。由于維搶修人員進(jìn)入困難，致使該區(qū)域的管道通信專用網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間多次中斷，影響管道操作和維護(hù)的決策，甚至直接影響沿線管道及站場(chǎng)的安全生產(chǎn)[2]。表1為庫(kù)米什山谷光纜的2019年春季檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2光纜路由整改的必要性分析

A管道和B管道通信光纜分別承載著A管道和B管道SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步數(shù)字體系）光通信網(wǎng)絡(luò)，主要為沿線管道的SCADA（Supervi?soryControlAndDataAcquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）、辦公網(wǎng)絡(luò)、視頻會(huì)議、調(diào)度語(yǔ)音、工業(yè)電視、周界安全防范等業(yè)務(wù)提供服務(wù)，近幾年，由于庫(kù)米什山澗管段管道光纜多次被季節(jié)性洪水沖斷，且維搶修人員進(jìn)入困難，影響管道光通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致管道沿線及上下游站場(chǎng)的部分通信業(yè)務(wù)被迫中斷，影響管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行，并多次被北京油氣調(diào)控中心通報(bào)。因此，有必要對(duì)A管道和B管道庫(kù)米什山澗管段通信光纜進(jìn)行整改，以保證管道光通信網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)。

3光纜敷設(shè)方式的選擇

目前，光纜的敷設(shè)方式主要有埋式敷設(shè)和架空敷設(shè)兩種方式，以下是對(duì)兩種敷設(shè)方式的對(duì)比分析。

3.1埋式敷設(shè)

埋式敷設(shè)包括直埋和管道兩種敷設(shè)方式，即將光纜線路埋藏于地下一定深度；其中，直埋方式是將光纜直接埋設(shè)于地下，管道方式則是先將管道（硅芯管）埋設(shè)于地下，再將光纜采用“氣吹法”吹入硅芯管中，實(shí)現(xiàn)光纜的管道敷設(shè)。

管道敷設(shè)比直埋敷設(shè)的光纜安全性更好，被損害的概率也更低，但在地勢(shì)起伏較大的區(qū)域采用管道敷設(shè)不利于后期進(jìn)行吹纜作業(yè)，而且管道敷設(shè)需要更高的投資，更長(zhǎng)的施工周期。在保證光纜質(zhì)量的前提下，直埋敷設(shè)光纜一次開溝后就可完成光纜的敷設(shè)，施工速度要快于管道敷設(shè)，建設(shè)費(fèi)用也相對(duì)較低。

3.2架空敷設(shè)

架空敷設(shè)是將架空光纜架掛在電桿上進(jìn)行敷設(shè)，架空桿路可采用自建桿路或租用運(yùn)營(yíng)商已有桿路，自建桿路的光纜線路可根據(jù)工程實(shí)際需求進(jìn)行建設(shè)。租用桿路則取決于運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有桿路走向，光纜線路基本是不能改變的。

租用桿路的光纜路由只能根據(jù)公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商部門現(xiàn)有桿路走向進(jìn)行敷設(shè)，基本沒有選擇性，在人口稠密地區(qū)光纜也容易遭受施工等因素的破壞，安全性沒有保障；并且一旦運(yùn)營(yíng)商的桿路隨著城市規(guī)劃更改，光纜線路路由也只能隨之更改，光纜的路由長(zhǎng)度也就沒有保障；自建桿路架空敷設(shè)則可以避免上述問(wèn)題，光纜線路走向自主性比較強(qiáng)，桿路可以沿管道線路路由設(shè)置，避免光纜路由長(zhǎng)度繞道而增加。缺點(diǎn)是初期投資較高，建設(shè)周期較長(zhǎng)，需要征地和架桿，后期桿路需要自行維護(hù)，維護(hù)成本也較高。

光纜敷設(shè)方式對(duì)比詳見表2。

通過(guò)上述對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：架空敷設(shè)整體具有低成本、高效率的鮮明特點(diǎn)；埋式敷設(shè)的投資要高于架空敷設(shè)，且工期也相對(duì)比較長(zhǎng)。

綜上所述，本工程光纜線路敷設(shè)方式主要從直埋敷設(shè)和自建架空敷設(shè)兩種方式中進(jìn)行選擇。

方案一：沿管線單獨(dú)直埋敷設(shè)。特點(diǎn)開挖土方工程量比較大，整體投資高，光纜抵抗泥石流、滑坡等自然災(zāi)害破壞的能力較差。

方案二：自建桿路架空敷設(shè)。特點(diǎn)是光纜線路自主性強(qiáng)，線路可以盡量避開農(nóng)田、林地、果園等不易施工地段；沿公路、山梁等地段敷設(shè)，使光纜線路施工比較快速、簡(jiǎn)單，整體投資較低，后期光纜增加或更換簡(jiǎn)單方便；光纜抗風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)、冰凌等自然災(zāi)害破壞的能力較差，架空線路距離適當(dāng)變長(zhǎng)，并且需要自建桿路永久征地，后期桿路需要單獨(dú)巡線和維護(hù)。

本段沿線地帶地形起伏稍大，若采用直埋敷設(shè)方式，整體投資較高；若采用自建桿路架空敷設(shè)方式，施工較直埋敷設(shè)簡(jiǎn)單快速，整體投資較低，另結(jié)合項(xiàng)目整改段光纜位于山谷，為山洪暴發(fā)時(shí)的重災(zāi)區(qū)，本次推薦整改段光纜由與管道同溝敷設(shè)優(yōu)化整改為架空敷設(shè)，以避免光纜被洪水再次沖斷的可能性。

4光纜選型

A管道光纜線路采用與管道同溝敷設(shè)48芯管道光纜，光纜型號(hào)為GYTA36B1+12B4，光纖為36芯G.652型+12芯G.655型。B管道光纜線路采用與管道同溝敷設(shè)16芯直埋光纜，光纜型號(hào)為GYTA5316B1.3d，光纖為G.652D型。

本工程只是改造A管道和B管道光纜線路的一部分，光纖類型應(yīng)與現(xiàn)有光纜的纖芯型號(hào)一致，以保證傳輸質(zhì)量；同時(shí)應(yīng)選用適合架空敷設(shè)的光纜型號(hào)，因此，A管道光纜型號(hào)與現(xiàn)有光纜保持一致，光纜型號(hào)為GYTA36B1.3d+12B4；B管道選用適合架空敷設(shè)的光纜，型號(hào)為GYTA16B1.3d。

5電桿選型及敷設(shè)

按照《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50135）4.3.2條覆冰區(qū)域劃分，庫(kù)米什地區(qū)不屬于重覆冰區(qū)域和輕覆冰區(qū)域，本項(xiàng)目的光纜冰凌厚度可以按照小于5mm計(jì)算[3]。

按照《通信線路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51158）7.4架空電纜敷設(shè)安裝要求，“新設(shè)桿路應(yīng)采用鋼筋混凝土電桿，桿路應(yīng)減少立桿后的變動(dòng)遷移，設(shè)在較為定型的道路一側(cè)”[4]。要求新設(shè)置的桿路應(yīng)采用鋼筋混凝土電桿，但經(jīng)過(guò)綜合考慮，本工程推薦采用油木桿，原因如下：

1）前期現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察，架空光纜經(jīng)過(guò)地段場(chǎng)地環(huán)境類型對(duì)混凝土具有一定腐蝕作用。

2）同時(shí)考慮本工程在山區(qū)丘陵地帶，為便于材料運(yùn)輸和節(jié)省工程造價(jià)，另經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，鋼筋混凝土電桿需要在施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑，本項(xiàng)目所在地現(xiàn)場(chǎng)依托條件差。

3）油木桿桿體比鋼筋混凝土電桿自重輕，二次搬運(yùn)成本低。

4）經(jīng)過(guò)防腐處理的杉木等硬質(zhì)木本植物，具有耐腐蝕、韌性好、便于山區(qū)搬運(yùn)等優(yōu)點(diǎn)[5]。

6光纜線路割接方案

本工程光纜線路作為A管道和B管道光傳輸系統(tǒng)的一部分，光纜線路改造將造成光通信系統(tǒng)中斷，應(yīng)盡量縮短光纜中斷時(shí)間，改線光纜須在兩端設(shè)置光纜接續(xù)手孔，并在接續(xù)手孔內(nèi)進(jìn)行光纜割接。接續(xù)手孔位置應(yīng)在改線段兩端與原有干線光纜交接處，應(yīng)注意預(yù)留出原有光纜割接后的盤留長(zhǎng)度（兩側(cè)各約12m）。由于光纜割接需要先斷開主干光纜，應(yīng)提前上報(bào)業(yè)主，申請(qǐng)施工時(shí)間段，最好選擇在數(shù)據(jù)量傳輸較小的時(shí)間段進(jìn)行，并預(yù)先制定割接方案和應(yīng)急預(yù)案，做好前期施工準(zhǔn)備，割接時(shí)，應(yīng)本著在保證接續(xù)質(zhì)量的前提下，以最短的時(shí)間完成割接工作[6-7]。

7實(shí)施效果

項(xiàng)目實(shí)施完畢后將在山澗洪溝敷設(shè)的光纜改為在洪水水平面之上的山澗兩側(cè)架空敷設(shè)，庫(kù)米什山澗管段的A管道和B管道通信光纜將不受山洪影響，完全杜絕了通信光纜被山洪沖斷的可能，使庫(kù)米什山澗管段在山洪暴發(fā)期間通信通暢。施工完畢一年后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)建設(shè)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)回訪，據(jù)建設(shè)單位反饋，光纜在山洪多發(fā)的6～9月份未曾中斷，光纜指標(biāo)良好，有力地保障了西部某長(zhǎng)輸油氣管道公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)安全平穩(wěn)進(jìn)行。

8結(jié)論

同一長(zhǎng)輸油氣管道項(xiàng)目中，由于光纜與管道同溝敷設(shè)具有很多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)踐中，大多采用較單一的敷設(shè)方式，建議在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，通信工程師應(yīng)結(jié)合管道所經(jīng)過(guò)的地形地貌、高程等信息，采用靈活的光纜敷設(shè)方式，以達(dá)到對(duì)管道附屬光纜的重點(diǎn)保護(hù)作用。本項(xiàng)目將整改段光纜由地埋敷設(shè)調(diào)整為架空敷設(shè)，為將來(lái)油氣管道光纜整改項(xiàng)目提供了極其重要的參考依據(jù)和借鑒意義。

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