|
微缆、微管和气吹网络的发展与应用
Development
and Application of Micro Cable, Micro Ducting and JET net
摘 要 首先介绍微管、微缆和气吹网络近年来在国外的发展和应用情况，然后介绍国内微缆、微管在制造、施工和运营方面的状况，最后提出气吹网络在国内现有管道内应用的建议和措施。
关键词 微缆 微管 气吹网络 应用
Abstract:
Development and application of microcable, micro ducting and JET net
abroad are given,then manufacturing, construction and paalication of
micro cable and micro ducting in China are presented, finally suggestion
and solutions on application of JET net in available ducts in China are
introduced.
Keywords:
Micro cable Micro ducting JET net Application
0 前言
近年来，欧美迅速发展起来的微缆、微管技术促使微缆、微管的制造和施工都取得了很大的进步。微缆比传统光缆外径小、护层材料少、成本低，因分批逐次布放在管道中，可减少初期光缆芯数。根据市场需要，可随时布放和抽换光缆，避免了布放8～10年后百芯以上光纤利用率才达30％的缺点。由于微缆外径小，可布放于内径很小的微管中，从而使管道的利用率提高数倍，这对缓解昂贵的管道资源是十分重要的。由于成熟的气吹布缆技术提高了光缆布放速度，减少了光缆接头，因此这一技术很快在欧美得到了商用。
目前，气吹网络（JETnet）在欧洲和北美已大量应用，在通信网上广泛应用已有5年历史。1995年，瑞士波立门特公司开始与原中国邮电部合作，将气吹敷缆技术引进中国。经过9年的努力，该公司的气吹系统已被中国各大通信运营商所认可，并认为是最先进、最有效的敷缆技术。长飞光纤光缆（上海）有限公司（下称长飞上海公司）2002年底从Ｄｒａｋａ控股集团引进该系统设备。长飞上海公司生产的微缆、沧州明珠塑料股份有限公司生产的微管和波立门特（上海）有限公司的气吹网络技术开始在国内推广应用。2003年7月在杭州电力公司完成了1条2．2
km 48芯微缆和1条6．6 km 48芯微缆的施工。
1 微缆
微缆是指布放于微管内的微型光缆。在电气性能相同的情况下，微缆比同芯数的传统光缆外径小、自重轻且价格便宜。微缆采用微型中心管式结构，外径有3．9和5mm两种。24芯及24芯以下微缆外径为3．9mm；24～72芯微缆外径为5mm。微缆按加强元件可以分为全介质结构和钢管式结构。全介质结构通常最大芯数为60芯；钢管式结构通常最大芯数为72芯。这两种结构微缆均能满足施工和运行的各项机械性能和传输性能要求。
由于采用了气吹网络技术，明显降低了传统机械牵引施工对光缆的外护层拉伸强度，所以微缆外护层简单、壁薄、自重轻、外径小。微缆在微管内一次气吹长度为2
km或若干个2 km（采用串联吹缆方式），可明显减少微缆接头数量，并提高布缆速度。
微缆必须保证至少20年的使用寿命，在这期间微缆功能不能退化。由于在施工和使用过程中处于室外环境，所以微缆必须具备抵抗不良外部环境，如污水、污油、低温、腐蚀等影响的能力。微管布放后，两端用防水密封帽密封。
钢管式结构的微缆中间层是一根无缝焊接的防水钢管，钢管内有光纤并充满了水凝胶，钢管外施加了一层发泡HDPE护层。无缝钢管可防止水或其他物质渗入光缆内。
全介质结构的微缆是无金属缆，可防止介电干扰，中间填充水凝胶起到纵向防水的作用。
不论是钢管式结构还是全介质结构微缆，其防潮、防水、防白蚁、防鼠、防昆虫、防腐蚀等指标均应满足国家标准《光缆环境性能试验的防护性能指标》（GB．8405）的要求。
由于微缆是用气吹法吹入具有保护能力的微管中，它的护层材料比传统光缆明显减少，使微缆总成本大幅度降低。如在原来只能布放1条传统光缆的母管内，现布放10条微管，管孔利用率是原来的10倍。在管孔资源越来越紧缺和昂贵的情况下，微缆与微管的优越性是不言而喻的。
过去由于管道资源昂贵，光缆芯数按终期容量配置，造成一次性投资过大和光缆芯数空闲、利用率低。据统计已布放8～10年百芯以上的光缆，光纤利用率仅为30％，已布放5年百芯以上的光缆，光纤利用率约为20％～25％。
随着光纤传输速率的提高，增开波分复用（WDM）和开通3G业务等，原来大量预留的G．652光纤的电气特性满足不了这些新技术传输指标的要求，浪费了大量预留光纤。由于微缆及微管制造技术和气吹网络技术的出现，微缆芯数可根据目前市场需要确定，不需做大数量的预留，可随时布放或更新满足高新技术需要的光缆，以保持光缆技术的领先，这是目前光缆制造、施工、运营的一大进步。
2 母管和微管
2．1 母管
母管是指可导入和保护内含微管的大管。母管通常是由HDPE或PVC材料制成的，其外径一般为25、32、40、50和63mm。为便于微管的吹入，母管应有防机械损伤和能承受足够的压力差的特性。母管可以直接埋入地下。母管必须是圆形的，在制造长度上应保持内截面一致。母管的内壁和外壁必须没有裂痕、针孔、接头、水渍、模具留痕、补丁和其他缺损。为进一步减少母管内壁与子管之间的摩擦系数，使管内壁光滑，在母管内壁还要涂上一层Ｊｅｔｔｉｎｇ Ｌｕｂｔ润滑剂（对已达标准的硅芯管可不涂润滑剂）。
母管在平放时应尽量平直，弯曲时应有足够的弯曲半径，如外径为63mm的母管弯曲半径为1．0m、外径为25mm的母管弯曲半径为0．5m。母管转弯过多也会影响气吹效果。母管的弯曲半径、转弯次数及用气吹法施工效果见表1。
2．2 微管
2．2．1微管的特点
微管是比现有管道内的传统子管直径还小一级的管子。在传统子管内可布放多根微管，微缆布放于微管内，微管布放于母管内。为便于将微缆吹入微管和便于将微管吹入母管，微管内壁和外壁采用摩擦系数小于0．05的ＨＤＰＥ材料制成。微管必须能承受必要的内外压力，以避免气吹微管或气吹微缆过程中产生内爆。微管必须是圆形的，在整个制造长度内必须保持内截面积和管壁厚度的一致性。微管的外壁和内壁必须没有裂痕、针孔、接头、水渍、模具留痕、补丁或其他缺陷。气吹网络中使用的微管直径为7／5．5mm和10／8mm两种。母管内能布放微管的数量主要取决于机械保护的需要。可将1根或多根微管组合（微管束）吹入母管内，但应留有一定的空间，此空间通常为母管内截面积的50％。这样不仅能对微管进行机械保护，保证微管顺利吹入母管，并且方便在母管内任何位置挑选微管。
2．2．2 微管断面图
图1示出的是在直径40／33mm母管内布放5根10mm微管、5条60芯微缆和在直径40／33mm母管内布放10根7mm微管、10条24芯微缆的断面图。
2．2．3 微管立体图
在φ40／33mm母管内可布放10根φ7mm微管，图2示出的是在φ40／33mm微管内布放7根φ7mm微管的立体图。
2．2．4 在工厂车间将微管吹入母管
沧州明珠塑料股份有限公司的设备可在车间预先将微管或微管束吹入以硅芯管为材料的φ25mm～63mm的母管中，这比在工程现场施工时气吹微管更为方便。
2．2．5 微管分歧用的Y型连接器
Y型连接器用于微管分歧，使分歧管内的光缆得到机械保护。Y型连接器由一组部件构成，加可分离螺帽、密封件等，便于安装和拆卸。在进行微缆分歧时，首先用切管刀将母管切开一段长10cm的口子，然后剪断要进行连接的那根子管，并用连接头将剪断的子管与支线微管连接，然后安装Y型连接器。完成上述工作后，即可向管道内吹入光缆，整个过程只需20min。Y型连接器立体图见图3。
2．3 微管束
2．3．1 微管束的组成
采用气吹网络技术，可将由多个单根微管组合成的微管束包装在一个保护外套内，一次吹入母管。微管束可吹入外径最大为63mm的母管内，通常敷设距离为1～2
km。微管束是由多根φ3ｍｍ～12ｍｍ的微管组成。
2．3．2 常用的母管、微管束组合
表2示出的是不同直径母管可布放的微管数量。
此外，英国Ｅｍｔｅｌｌｅ公司研究开发的Ｆｉｂｒｅｆｌｏｗ微管束是由2～24根微管组成，其断面如同蜂窝状。此蜂窝状的微管和母管均在工厂一次性制造成一个整体，施工时将其埋于地下，然后将微缆吹入微管中。
2．3．3 微管束的布放
布放微管束需用配套用SUPERJET吹管机。这种吹管机有一种专门设计的履带，将微管束精确地叠放在履带中，履带前后各有一个导向模具，微管束通过模具后就可形成所需的形状。将子管盘固定在特别设计的多头放线架上，微管两端需安装气阀并充入相应数量的气压。在气吹微管束之前，先用Ｊｅｔｔｉｎｇ Ｌｕｂｅ润滑剂将母管内壁润滑一遍。为防止润滑剂渗入微管内，需在微管两端封堵后充加压，再将微管束吹入母管。
3 气吹网络
3．1 气吹机类型
Plumettat SA气吹设备包括超级气吹机（SUPERJET）、普通气吹机（CABLEJET）和微管气吹机（SUPERJET
MD）和微缆气吹机（MICROJET）。气吹机类型见图4。
这些设备分别用于气吹微管（微管束）和微缆。在长途网中，先将本期工程需要的微缆吹放到1根微管内，将来根据需要在其余空闲微管内逐次吹放微缆。在接入网中，先将直线部分微管进行耦合，然后用Ｙ型连接器可使微缆在分歧接头时不切断光纤，提高了施工质量、速度和灵活性，而且便于光纤到户（FTTH）的连接。光接入网必须具备以下功能：能随时连接新用户、安装迅速、连接新用户时不干扰已开通的用户、按用户要求提供各种线路方案和冗余线路、满足无源光网络技术需要、避免过度开挖道路、节省越来越紧张和昂贵的地下管道。微管、微缆和气吹技术使得以上诸问题得以全面解决。
1） 超级气吹机
超级气吹机是一种具有独立驱动装置的小型便携式敷缆设备。其工作原理是高气压、高速气流通过超级气吹机的高压密封仓全部进入管道，而光缆的驱动力由两部液压马达提供，其液压动力来源于另外一台由汽油机带动的液压装置。因此，比普通气吹机有更大的动力。可以用来气吹较重和较硬的光缆、铠装光缆、同轴电缆、电力电缆。该设备要是为气吹15～35mm普通光缆设计的，如要气吹9～14mm的轻型光缆要适当控制驱动器的动力。超级气吹机的敷缆速度可达60m／min或更快。
2） 普通气吹机
普通气吹机是一种小型、轻型的便携式气吹机。其工作原理是高压气流进入气吹机的密封仓后，一部分高压气流进入管道，另一部分进入气动马达，驱动8个传动轮推动光缆前进。主要用于气吹轻缆、细缆，如高速公路硅芯管道吹放传统光缆和市内硅芯管道吹放传统光缆。普通气吹机敷缆速度可达80m／min或更快。
3） 微管气吹机
微管气吹机用于将微管及微管束吹入母管中。微管气吹机气压为3～10 Bar；敷设速度为35ｍ／min；敷设距离大于1km。气压大于4
Bar时需使用充气管装置。
4） 微缆气吹机
微缆气吹机用于将微缆吹入微管中。微缆气吹机气压为12 Bar；敷设速度为70 ｍ／min；敷设距离大于1 km。微缆气吹机的应用特点如下：
ａ） 在进气室加上一个推动装置，用于气吹光缆。气源是普通空气，可使用或不使用一个密封梭子。用一小瓶高压气体为气源来取代较重的空气压缩机时，需使用一个密封梭子。
ｂ） 利用水敷法加上推动装置可以将微缆敷设长度明显增加。
ｃ） 带有压力控制的光缆推动器。
ｄ） 带有压力控制的牵引机。
ｅ） 在拉缆、推缆、气吹、水敷等方式的接力中，微缆气吹机可作为一种中间接力设备。
ｆ）
微缆气吹机用接力气吹法，应用方便简单，效果显著。接力气吹示意图见图5。
3．2 气吹网络的优点
气吹网络便于分歧、节省人孔、减少光缆接头。
成束的微管（微管束）被吹入母管内，且母管里存有较大的空间（50％），只要切开母管和所需要分歧的微管，采用固定式或推拉式接头将切断的母管和支线微管连接，然后用分拆式分歧连接器将母管与支线微管连接起来，可随时方便地进行分歧。这样微缆可连续在一处或几处，分歧不需切断微缆。用气吹网络布放微缆操作简便、节省时间。利用Ｙ型连接器除可随时随地进行光缆分歧外，可以节省人孔、手孔和光缆接头的数量。图6上半部分为用普通方法一次布放24芯光缆，需2个接头、占用7个手孔，本期用户为4芯光缆。图6下半部分为用气吹网络方法布放，不需接头、不需建设手孔，本期用户为4芯光缆。
3．3 在母管内增放的微管
用气吹法在已布放光缆或电缆的φ40／30mm硅芯管内，可增放微管。微管与已有缆布放示意图见图7。
3．4 在传统光缆的管道内吹入微管
在已有传统光缆的管道内还可以再吹入1～4条微缆，随原有光缆外径的不同和气吹微管数量的不同，则气吹距离不同，表3示出的是φ10mm微管与气吹距离的关系。
3．5 敷设微缆的相关事项
ａ）
气吹网络除敷设微型光缆外，还可敷设外径为3～18．5ｍｍ的同轴电缆和铜绞线电缆。
ｂ）
必须了解各种缆的硬度，硬度的级别关系到MICROJET在缆上施加多大推力。
ｃ） 微缆变型抵抗力取决于MICROJET压力轮的径向力，调节压力轮的径向力和推力，都可以安全地敷设所有类型的微缆。通常太脆和太软的微缆都不能敷较长的距离。
ｄ） 微缆占用微管的空间不小于50％，否则影响微缆布放的距离。
ｅ） 在敷设微管前须了解微管直径，并正确选择微管和微缆塞的尺寸、驱动轮橡胶带的型号。
ｆ）
气吹距离和气吹速度：气吹微管和微缆气吹设备的类型和功率各不相同。一次性气吹长度为1～2
km。用串联气吹法（使用多台气吹机）、中间点向两端气吹法（配Ｏ型倒缆盘）、蛙跳气吹法（配Ｏ型倒缆架和光缆盘）一次性气吹距离为6
km，这是受光缆长度6 km所限。气吹微管的速度普常为30～40m／min，气吹微缆的速度通常为40～150m／min。Ｐｌｕｍｅｔｔａｔ
ＳＡ自1999年9月以来，在不同国家进行了这种新概念的实践工程，气吹了微管、光缆和金属线电缆。
ｇ） 配套设备：波立门特工程设备（上海）有限公司敷设微缆需用的配套设备有：微缆倒盘器、电缆推进器、水敷敷缆机、微管障碍挥测器、Ｙ型连接器、专用微缆接头盒、连接头和密封圈以及配套专用工具。
3．6 气吹敷缆模拟计算
在气吹敷缆之前，应采集光缆参数、管道参数、气吹设备参数、管道弯曲半径数据，进行气吹敷缆模拟计算。在给定施工参数后，则选择最佳的敷缆设备和敷缆方法。
3．7 气吹网络实施工程简介
2003年7月，气吹网络完成杭州电力线路长度为8．8 km施工项目。整个工程位于西湖繁华地段的虎跑路、南山路、河坊街、建园路。此地段城建不许破路建设管道，且管道资源基本枯竭。本工程在1根φ40／33mm硅芯管内吹入4根微管，在其中1根微管吹入微缆，剩余的3根微管待以后分期使用，这样使昂贵的管道资源利用率扩大到4倍。本工程气吹2．2
km 48芯光缆1条、6．6 km 48芯光缆1条。实现了气吹6．6 km不切断的长距离气吹成果，在劳动路2号人孔用Ｙ型连接器实现接入网随时随地分歧。Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4人孔为气吹点。
4 气吹网络在国内的应用
4．1现有各电信运营商管道状况
国内各大电信运营商拥有PVC、HDE管道。管道直径通常为φ100／110mm，一般为4孔、6孔、8孔、12孔、24孔等管群组合，其中已占用管孔较多，空闲管孔较少，一般空闲管孔为1、2孔。提高这些空闲管孔的利用率对运营商来讲是非常重要的。因为大中城市地下设施复杂，破路建设管道比较困难，有的地段城建部门禁止破路建设管道。当管群组合空余1孔时，往往将此1孔管道作为应急通信或作为维护备用管道，此时运营商将迫切需要扩建管道，宁愿付出大的代价，因此研究挖潜措施是必要的。
4．2 举例1
6孔管群组合空闲1孔，且管孔内已有人工布放传统子管，见图8。
在已人工布放的φ32／28mm传统子管内人工布放7根φ7／5．5mm微管（见图9），在每根微管内气吹24芯微缆1条，共7条。共计可人工布放微管35根，气吹微缆35条。
在已人工布放的φ32／28mm传统子管内人工布放5根φ10／8ｍｍ微管，在每根微管内气吹72芯微缆1条，共5条。共计可人工布放微管25根，用气吹网络方法可先后吹放微缆25根。这就大大缓解了管道资源的紧张，满足了光缆分期投资和适应新技术发展对光纤传输特性的需求。
4．3 举例2
6孔管群组合空闲1孔，且管孔内无人工布放的传统子管，见图10。
无人工穿放传统子管时，可将φ7／5．5mm或φ10／8mm微管直接布放到φ110／100mm母管内。较图9明显节省空间，则能人工布放更多的微管，见图11。
人工布放微管的条件如下：
ａ） 根据需要分期分批布放微管，布放一批就在两端人孔内将管道固定一批。
ｂ） 大中城市人孔间距离一般在100～200m范围内，便于人工布放微管和在人孔内将微管固定。
ｃ） 微管应坚固，此类微管的机械强度大于气吹法时采用微管的机械强度。
ｄ） 人工布放微管包括“水敷法”，以降低布放过程中的磨擦力和牵引力。
国外已有在布放电缆（或光缆）的传统管道内再布放1～3根微管的经验，国内也开始用水敷法在已有光缆的传统管道内再布放子管的工程。目的就是提高管道利用率。另外也可将先期吹入微管中的微缆吹出维护或更换新缆。
5 气吹网络的技术优势
ａ） 不需在分歧点事先做预留接头盒和预留光缆，可随时随地做分歧，且成本低、速度快。
ｂ） 接头数量减少，提高了电气质量。
ｃ） 在网络升级时，只需1个步骤便可将旧缆移走，并同时敷入新缆。
ｄ） 用气吹法可在已布放缆的管道内，布放第二根、第三根缆。
ｅ） 同时使用2台CABLEJET，可在1根管道中同时吹入2条光（电）缆。通过使用配套设备，可将2根或多根光（电）缆或者微管吹入管道中。
ｆ） 在不同内径的母管内能布放多根微管，如在φ40／33mm母管内可吹放10根φ7／5．5mm微管；在φ63／50mm母管内吹放20根φ7／5．5mm微管，使管道利用率提高10～20倍。
ｇ） 气吹微管、气吹微缆距离一般段长为1～2 km，采用接力气吹法可达12
km。
ｈ） 气吹速度快，气吹微管的速度一般为30～40m／min，气吹微缆的速度为40～150m／min。
ｉ） 初次布放光缆成本低，可根据市场需要逐次布放高新技术性能光缆。
ｊ） 在现有φ110／100 ｍｍ母管中已布放的φ32／28 ｍｍ传统子管内人工布放5～7根微管，使管道利用价值提高5～7倍。从而也能在传统子管内的微管中吹放微缆。
ｋ） 结束了近百年来布缆用牛拉、车牵、人拽的历史。
6 结束语
综上所述，微缆、微管和气吹网络三位一体，带来了光缆制造、施工和运营方式的进步，对传统的方式提出了挑战。此项技术在国外商用化已有5年的历史，在国内一些地方也开始实施。预计今后若干年内，国内在该项技术的制造、施工和运营方面将有较快的发展。
参考文献
1 JET net OR flexibility in fixed networks
2 Plumenttat SA Technologg of Micro Ducting and Micro Cable
3 Net Method of optical Cable Duct-Technology of Micro Ducting and Micro
Cable波立门特第22次全球经销商会议文件MKF KABEL DELFT
4 JETnetOR灵活构建长途网和接入网的新概念：沧州明珠塑料股份有限公司波立门特设备（上海）有限公司长飞光纤光缆（上海）有限公司
邮电设计技术 |