吳濱

　　自從1995年氣吹技術引進到中國以來，我們對氣吹性能始終都沒有1個明確的認識，我們也不了解為什么有時纜的氣吹效果很好，為什么有時纜的氣吹效果不好。由于氣吹效果的好壞關聯(lián)到許多因素，就像我以前在"如何確保氣吹敷纜的成功"一文中提到的，影響氣吹效果的主要因素有以下3個，見表1。

　　但是在我國，人們對于氣吹項目，一般都是把注意力放在了管道上，很少有人對纜提出氣吹要求以及我們在氣吹敷纜時是否需要采用冷卻器。于是在氣吹的施工過程中，我們經?？梢钥吹竭\營商將纜廠，管廠和施工方召集在一起討論為什么氣吹效果差或者管道為什么會在氣吹的過程中爆裂等問題。但是這種討論的效果一般都很差，因為氣吹敷纜已經是線路施工的最后一道工序，在這個工序里，有的問題可以在氣吹過程中彌補，有些問題卻不能。纜不同于管道，對于管道而言，從選購管道到敷設都有規(guī)范的要求，通過廠檢和施工監(jiān)理可以根據(jù)規(guī)范來判斷管道的出廠質量和施工質量。如果管道的摩擦系數(shù)較高，在氣吹的過程中可以通過在管道內涂抹潤滑劑來降低管道和纜之間的摩擦系數(shù)。在炎熱的環(huán)境溫度下施工，可以要求安裝冷卻器來降低空氣壓縮機輸出的溫度，降低管道爆裂的風險和纜管軟化的可能。但是對于纜是否適合氣吹，沒有1個標準。什么樣的纜適合氣吹？什么樣的纜不適合氣吹？如果將不適合氣吹的光纜提供給施工方，就會增加施工成本和影響施工工期。因此對于氣吹纜來說，有必要在選購前對纜的氣吹性能進行測試或對選購的管和纜一起做氣吹性能的測試。這樣才能保證選購的纜和管都能達到氣吹的要求。否則，即使你選購的管道再好，也不能達到良好的氣吹效果。

　　中國波立門特自成立之日起，就一直致力于氣吹技術的推廣，2002年建立了中國首個8字形光纜氣吹性能測試場，為客戶提供氣吹技術的培訓和演示。2004年根據(jù)市場的需求建立了微纜氣吹性能測試場，2008年建立了符合歐洲IEC標準的微纜氣吹性能測試場，2011年又建立了微管微纜匹配性氣吹性能測試場。這4個測試場可以為客戶提供各種型號的光纜，微纜，光纖束以及微管的氣吹性能測試和氣吹演示。

　　2004年，中石化用微管微纜技術打造的全球最長的長途干線-儀長線全線開工，這條干線全長1010km，從江蘇儀征至湖南長嶺，途徑江蘇，安徽，江西，湖北和湖南5省，見圖1。在這條長途干線上，中石化儀長項目部在中國首次提出了要對采購的微纜做氣吹性能測試，并于2004年9月委托中國波立門特公司來完成這次微纜的氣吹性能測試。考慮到長途干線的復雜性，波立門特將1km的10/8mm的微管設計成不規(guī)則的形狀，來檢測微纜通過轉彎點的能力，見表2。在微纜的氣吹過程中，纜廠開始發(fā)現(xiàn)要微纜達到1km長的氣吹長度并不是件容易的事。大部分廠家的微纜在第一次的氣吹過程中，效果并不理想，主要是非金屬中心管束式微纜的硬度達不到氣吹的要求。波立門特通過氣吹長度模擬計算軟件對微纜的硬度進行了計算和分析，在光纜廠家的不斷改進下，5家光纜廠的微纜最終都通過了這次1km長度的氣吹性能測試。

　　2005年1月，儀長項目部為了驗證經過氣吹性能測試的微纜在實際路由上的氣吹效果。在湖北黃梅做了1個2km的通信管道和石油管道同溝敷設的試驗段，波立門特公司同樣承擔了該試驗段的具體實施。由于該路由僅有1條道路可以使大型空氣壓縮機進入工地，因此將線路分成了2段，1段長為1300m，另外1段長為700m，波立門特采用了從中間向2端氣吹的方法，在1根已經隨石油管道同溝敷設完畢的40/33mm的硅芯管內向2端分別氣吹了5根由1個廠家生產的同一批次的10/8mm微管，5根微管在1300m段的出口速度為35米/分，微管在氣吹點連接。然后將微纜氣吹機和小型空氣壓縮機搬運到2km段長的一端，分別將5家光纜廠的微纜吹入微管中，2Km長的微纜一次氣吹成功，微纜的出口速度為50米/分，見表3。事實證明能通過波立門特氣吹性能測試場1km的微纜，在野外的實際線路中都達到了2km的氣吹長度，而且氣吹效果良好。該試驗段同時也證明了一件事，經過氣吹性能測試的纜管，如果氣吹效果不好，其主要原因在于管道的敷設質量，而不是纜管的氣吹性能。在波立門特承擔的從儀征到安徽省界120km的氣吹微管和微纜的施工中，工作時間60天，平均每天2km線路長度的管和纜，微纜的最長氣吹距離達到了2.3km。

圖3；微纜在野外實際線路上的氣吹效果

　　2007年5月，中石化國家重點項目-川氣東送又將光纜氣吹性能測試的任務交給了波立門特。根據(jù)該工程途徑山區(qū)和平原的特點，波立門特對氣吹測試場地做了一些改進，見圖4。氣吹采用先易后難的氣吹方式，主要檢驗光纜的硬度是否適合轉彎較多的線路，觀察在不同的壓力下的氣吹長度和氣吹速度的變化。

　　在光纜氣吹性能測試的初期，共有3家光纜廠的光纜參加了這次測試。通過對3家光纜廠的GYTA和GYTS的光纜氣吹性能測試，我們發(fā)現(xiàn)原本被許多人用于氣吹的GYTA光纜的氣吹效果并不如GYTS。從重量上看，GYTA要比GYTS輕，那么從光纜和管道內壁產生的摩擦系數(shù)上看，GYTA要比GYTS小，那么為什么GYTA的氣吹效果要比GYTS差？其實問題的實質不在于重量，因為GYTS比GYTA僅重18%，對摩擦力的影響不大。問題的實質在于光纜的硬度和硅芯管的內徑。由于中石化在該項目中要求的光纜纖芯為24芯，光纜的直徑約為10mm，那么硅芯管內徑就是光纜外徑的3.3倍，管道和光纜的填充比值越大，光纜就越容易在管道內產生螺旋圈，管道內的螺旋圈就容易使在管道內由高速流動的氣流產生在光纜上的推力下降。如果管道的內徑是光纜外徑的2倍，也許氣吹的效果就不同了。因此對于同一廠家的光纜，GYTS的氣吹效果要比GYTA好，見圖5。如果從氣吹長度，管道壓力和速度的變化來分析，可見2種型號的光纜在矩形的氣吹場地里，速度沒有出現(xiàn)變化。當2種光纜在8字氣吹場地進入到第2圈時，都同時出現(xiàn)速度下滑。將管道壓力提升至7.5bar之后，2種光纜的速度恢復到氣吹設定的速度。但是當光纜GYTA走到750m的位置后，速度又出現(xiàn)下滑，該現(xiàn)象表明，光纜在管道內已經出現(xiàn)了較多的螺旋圈，而當前的管道壓力已經不能將光纜端頭的速度提升，因此必須通過增加管道的壓力來提升光纜端頭的速度。一旦管道內的壓力達到最大值后，光纜的速度便會隨著管道內光纜的螺旋圈增多而下降，見圖6。

　　但是對于不同廠家的同一型號的光纜，氣吹效果發(fā)生了很大的變化，光纜加強芯的直徑變化很大，從1.1至2.5mm，從氣吹效果看，1.1mm加強芯的光纜硬度比較軟，當管道的內徑和光纜的外徑比值較大時，很容易產生螺旋圈。而2.5mm加強芯的光纜硬度較高，因此當這種硬度較高的光纜進入轉彎點之后，就容易被卡在轉彎點，因為當氣流產生的推力不足時，便無法使光纜的端頭通過轉彎點。一般硬度較高的光纜可以通過500米的矩形測試場，但是一旦進入1km的8字形的測試場，光纜就很容易被卡在轉彎點上見圖7。

圖7: 不同廠家的GYTS光纜的氣吹性能測試報告

　　這就是說，由于不同廠家的光纜在制造工藝、加強芯的直徑和材料選擇上的不同，直接反映到光纜的硬度上；光纜盤內圈的直徑大小也反映出光纜的扭力和記憶的釋放時間。因此即使是同樣型號的光纜在氣吹時的氣吹效果也大不相同。在傳統(tǒng)的光纜施工中，管道光纜主要用于短距離牽引，因此光纜的承受拉力和施工后的抗拉力是主要的施工指標，光纜的直徑、硬度和彎曲記憶在短距離的牽引過程中可以不考慮。但是作為氣吹敷纜，光纜的硬度是否合適，光纜直徑和管道內經的比值是否合適，彎曲記憶是否小卻是能否氣吹更長距離的關鍵指標（在摩擦系數(shù)和敷管質量相同的情況下）。根據(jù)氣吹原理，高壓空氣在管道內的高速流動，將會在光纜的表面產生一種拖曳力，帶動光纜前進。如果光纜的硬度過高，光纜就會在管道的轉彎點產生較大的摩擦力，消耗一部分拖曳力，如果光纜太軟或者光纜的彎曲記憶太強，在進入管道時就會根據(jù)盤上的彎曲出現(xiàn)周期性的螺旋圈，造成拖曳力分散和摩擦阻力加大。如果光纜的拖曳力不能帶動光纜端頭前進時，光纜的敷設也就結束了。如果這時盲目地增加氣吹機的推力，只會造成光纜在管道內的扭距變短，光纜呈密集的螺旋圈外，敷設距離很難增加。這就是為什么目前在氣吹敷纜的施工中，有時可以敷設很長的距離，有時又達不到好的氣吹效果的原因。

　　由于初次氣吹的效果打破了人們以往對氣吹光纜的認識，于是中石化川氣東送項目部將原有的3家光纜廠擴大到了9家光纜廠，并要求每家光纜廠的加強芯和光纜的外徑都必須達到統(tǒng)一的要求，在第二次氣吹性能測試時，經過改進后的光纜的氣吹效果遠遠好于先前的光纜，都達到了項目部對氣吹長度的要求。3個A表示在光纜氣吹完畢后，還有較大的備用氣壓，備用氣壓越高，可以繼續(xù)氣吹的長度也就越長。3個B表示，光纜的氣吹速度非常平穩(wěn)，在氣吹的末端速度和氣吹的初始速度沒有很大的變化，這說明光纜在通過轉彎點時沒有產生較大的摩擦阻力，在管道內也沒有產生較多的螺旋圈。

圖8：川氣東送項目的光纜氣吹性能測試

　　從表3可見，雖然9個光纜樣本都達到了1420m的氣吹長度，但是氣吹效果卻不同，有的光纜樣本的速度變化在20%以內，有的速度變化卻達到了60%。速度變化在20%以內，表示光纜的氣吹速度從開始至結束都十分平穩(wěn)。速度變化在60%的光纜，表示光纜的速度下降很快。一般當管道壓力達到最大值時，如果光纜的速度出現(xiàn)快速下降，證明光纜即將結束氣吹。樣本E的氣吹效果最好，在8bar的氣壓下就完成了1420m的氣吹，并且速度的變化幅度很小，證明該樣品纜還可以氣吹更長的距離。如果對氣吹效果做一個比較，氣吹效果好的樣本是D，E和H，光纜的硬度從0.99至1.06（見橘色區(qū)域）。氣吹效果較差的樣本是B，G和I，光纜的硬度從1.28至2.03（見紫色區(qū)域）。這3種樣本纜的管道壓力都已經達到了最大值，并且速度有較大幅度的下降。根據(jù)氣吹敷纜的原理，高速流動的氣流在管道內高速的流動將產生一種拖曳力作用在光纜的表面帶動光纜前進。因此越小的空氣壓力所能帶動光纜前進越長的距離，則可證明該光纜具有更好的氣吹效果。

圖9: 氣吹試驗段的地形

　　2008年7月，中石化川氣東送項目部在重慶梁平文化鎮(zhèn)同樣做了光纜實際路由氣吹試驗段，該地段為典型的山區(qū)地形地貌，全境屬大巴山脈向南延伸的丘陵體系，為川東平行嶺谷區(qū)，呈臺升地帶，略高于毗鄰縣，平均海拔600m。七里峽背斜山脈和南門場背斜山脈環(huán)繞南北，明月峽背斜山脈橫貫中部，將境內劃分為前后兩廂，形成三低山夾兩向斜的丘陵地形。地勢由東北向西南傾斜。試驗段地形由多個U，V型山地組成，見圖9。

圖10：川氣東送項目氣吹試驗段

　　該試驗段由中國通信建設第三工程局負責實施，見圖10。中國波立門特被項目部聘請作為該山區(qū)氣吹試驗段的技術顧問，對試驗段的氣吹方案做了審核和補充。由于線路的氣吹地形比較復雜，坡度陡峭，管道全部順著山勢上下起伏，最大的高度差為154m。針對線路情況，該次氣吹試驗段選用從中間向2端氣吹的方法，目的是通過山地氣吹試驗段的數(shù)據(jù)收集，為后續(xù)的山區(qū)全面氣吹選擇最佳的氣吹方案。

　　試驗段的實施：

　　氣吹點設置在BLP016，氣吹方向從BLP016至BLPG052，氣吹長度860m，線路呈V形，最大坡度200m。氣吹過程是：管道壓力10bar，液壓機壓力35bar，光纜氣吹速度的變化在38-52m/min以內，見圖11。當光纜到達終點后，將盤上剩余的光纜倒盤，然后從BLP016向BLPG0100氣吹，氣吹長度1060m，線路呈W形，最大坡度180m。氣吹過程是，管道壓力10bar，液壓機壓力40bar，光纜速度35-53m/min，見圖12。從氣吹的數(shù)據(jù)可見，在山區(qū)氣吹由于地形的變化可以使速度發(fā)生較大的變化。當光纜上坡時，速度下降，液壓機的壓力出現(xiàn)上升，表示作用在光纜上的推力加大。當光纜下坡時，速度開始上升，液壓機的壓力開始下降，表示作用在光纜上的推力下降，見圖11和圖12。因此，在山區(qū)氣吹時，建議采用中間氣吹法。單方向的氣吹長度不宜超過1500m，避免因為一次的氣吹長度不夠而需要轉移設備。另外在山地氣吹時，由于需要較長的高壓氣管連接空氣壓縮機和氣吹機，因此空氣壓縮機的輸出壓力會根據(jù)氣流傳輸?shù)拈L度而下降，當連接氣管的長度超過100米之后，壓力會下降2bar左右。通過試驗段的氣吹過程可知，光纜的氣吹性能測試是十分重要的。如果選用了不適合氣吹的光纜用于山地氣吹，可想而知氣吹效果是很差的。因為從速度的變化率來看，氣吹性能測試效果差的光纜，在山區(qū)氣吹是達不到1km的氣吹長度的。另外在野外施工，尋找氣吹點比較困難的，因為氣吹點必須通路，可以使大型空氣壓縮機到達氣吹點。如果選擇不適合的氣吹光纜，就會在施工中增加許多氣吹點，有些氣吹點也許沒有道路可以進入，特別在山區(qū)，有時要找一條能到氣吹點的路要花很多的時間。