地下綜合管廊用通信管道的應用研究

梁健雄， 陸國泰

（廣東聯塑科技實業有限公司， 廣東 佛山 528318）

0 引言

在社會高速發展的當下，各種供人民日常生活需要的管道系統數量隨著城市化推進過程也在快速增長，過多的管道在地下無規律的鋪設會對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，國內各城市也加快了地下綜合管廊的建設。 地下綜合管廊是一個建于城市地下，具有把各種市政管道（如電力、通信、燃氣、供熱、給排水等）集中敷設的公共隧道，并且管廊內，設有專門的檢修口、吊裝口和檢測系統，實施統一規劃、統一設計、統一建設和管理，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線。 當一個城市建設了地下綜合管廊，意味著城市居民的各項市政公共服務得到有效保證，意味著城市中各種地面開挖，管線鋪設及維修的次數得到有效減少，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用，以及人們對管廊用通信管道的功能性需求增加， 我們需要針對其現狀進行科學分析并探討如何優化通信管道其自身功能來滿足地下綜合管廊的發展趨勢， 最終使其更好的應用到管廊建設中。

1 目前管廊通信管道系統需要解決的問題

1.1 低煙高阻燃環保管道產品成本高，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性能、耐腐蝕性、電絕緣性、成本低廉、質量輕、同時具有自熄阻燃特性， 因此被廣泛應用于建筑家居、電子電器、汽車內飾材料產品中。 而管廊內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保加工助劑和含鉛鎘等重金屬添加劑等，如果管廊內發生火災時管材會散發大量且有毒煙霧，降低人類逃生幾率。 目前行業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品成本偏高，難以大規模推廣應用。

1.2 電力管道對通信管道的電磁干擾

國內目前的埋地電纜管道會把電力管道與通信管道分開布置， 但管廊內的電力管道和通信管道因都屬于電纜管道，而會被劃分在同一倉室，并受總體空間限制，兩類管材放置的距離較近。 由于電力管道內部的電纜線一定條件下會產生交變磁場， 交變磁場在沒有進行屏蔽的情況下距離電纜線一定距離的范圍內仍存在一定大小的周期性變化的磁感應強度， 通信電線如果離電纜線距離太近會受到此交變磁場的干擾進而出現信號失真的情況，嚴重影響終端客戶對各種有線信號的使用需求。

1.3 管道后期維修及更換不便

管廊內的通信電纜是通過專用的通信管道進行保護，但其在布線時會存在一定的問題。因為通信管道長度較長，第一會在管道穿線的時會帶來一定的不方便性，第二在線路維護時， 由于用于保護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，在檢查線路時很難檢測到管道內的電纜。 如需要檢查整個電纜系統中某一段的電纜時， 必須把該段電纜的管道向前或者向后移動一定距離， 但通常管道也是會和電纜一樣通過配件的連接形成了一整段連續的管道系統，很難移動其距離。如果在不能夠移動管道的前提下， 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電纜進行保護。后續要填補該處管道的方法是把整段管道進行更換，但這樣則需要把通信線纜割斷出一個缺口， 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、工程造價高，并且有可能對通信線纜造成破損，帶來極大的不方便。

2 解決管廊通信管道系統問題的可行辦法

2.1 管材配方制備方法的創新性

本研發團隊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， 然后根據需要的負載量加入一定質量比例的納米埃洛石載體， 在室溫攪拌2h 后再超聲分散5min， 接著在50℃下進行旋轉蒸發除去溶劑，最后在250℃煅燒2h，從而使抑煙劑達到納米級分散，制備出納米級阻燃抑煙雙功能助劑。

通過對是否完成負載的埃洛石進行透射電鏡進行觀察得知，負載前的埃洛石為納米管狀結構，納米管中間有納米通道，管外表面界面較為清晰和光滑。負載鉬鋅復合氧化物組份后管外壁粘附有很多納米小顆粒或簇。 納米管的兩端已經被鉬鋅復合氧化物堵塞， 鉬鋅復合氧化物在埃洛石的納米管外表面基本呈現均勻分布。 這樣相對于非負載且獨立添加的氧化鉬和氧化鋅抑煙劑來說，負載后的納米級鉬鋅復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生同時阻燃和抑煙的相互協同作用。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，在低煙阻燃環保PVC-U 材料的制備中原來要分三次添加的程序，現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，便于準確的質量控制。

當納米級的阻燃抑煙助劑制成后， 把PVC-U 樹脂粉、阻燃抑煙助劑、鈣鋅熱穩定劑、以及其他助劑按比例稱量后放置到混料機中進行混合， 再把材料加入到擠出機中擠出管材。 通過添加不同比例的阻燃抑煙助劑所擠出的管材性能進行對比發現， 隨著混配料中阻燃抑煙助劑負載量和添加份數的增多，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質量份數比28/100 的配方料為與同樣量鉬鋅添加比例的對比例相比較，分散負載的雙功能抑煙劑復合的PVCU 材料的氧指數和煙密度性能明顯優于對比例， 這也說明分散負載后的阻燃抑煙助劑的效率要明顯優于相同添加量的非分散負載的阻燃抑煙劑。

2.2 管材功能的創新性

為了解決強弱電一起安裝時強電對弱電信號干擾所出現信號失真的電磁干擾問題， 提出一種電磁屏蔽的復合管材，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成型機把多層較薄的帶狀金屬片卷成環形而得，其在拼接處就能實現多層錯位對接，省去了高溫焊接工序，避免了因焊接工藝所產生的高溫對塑料層造成的破壞。

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

我們把通電材質組成的金屬層具有良好的導磁性能， 可以很好的將電源線所產生的磁場聚集在我們的電磁屏蔽管導線分別穿入普通管道與電磁屏蔽管內并貼合管材內壁放置， 然后通過檢測設備檢測出管材外表面磁感應強度分布， 來模擬普通管材與電磁屏蔽管材在不同電流產生的磁場的屏蔽效果。在實際的模擬試樣中發現，電磁屏蔽管對20A 及以下電流在線管表面產生的磁場衰減可達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強度分布， 當電纜線放置在普通管材內腔邊緣時，電磁感應會穿過管材輻射到管材外面；當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，由于內嵌金屬層的屏蔽作用，電磁感應不會擊穿管材，管材外表面的磁感應強度非常弱小甚至為零。 因此，當管廊內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，電力管道內電力電纜所產生的電磁場理論上也不會對通信管道內的通信電纜造成電磁干擾，從而導致信號失真。

2.3 管材結構的創新性

通常我們的電力通訊管道是埋設在地下的， 地下的工作環境與管廊相比有著很大的區別， 而因為工作環境的不同， 能夠給于我們對管材結構進行相對應改變的機會。 第一，管廊中的通信管道是直接鋪設在支架上的，因此它不會像埋地電纜管道那樣受到很大的外部壓力，所以在優化管材結構時可以根據實際的使用情況降低管材的環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端口進線， 而管廊中的管材能夠在除了端口外的其他地方進線。

開合管是一種外形結構為圓形或類圓形， 對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之間進行切換的管材。 雖然管材截面不再是一個完整的封閉截面，其抗壓性能會略遜于同規格圓型管材，但由于管廊內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。 并且當開合管的沿著其旋轉軸把封閉的橫截面打開時， 管道內部的情況可以通過縫隙一覽清晰，并且能夠從該縫隙進行物件的放取。基于其結構上的特點， 開合管非常適合應用于對原線路不做任何改變而需要對管材進行維修更換的工況中。

本研發團隊設計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構，每個半圓兩端均有相應的扣位使兩者進行連接， 兩端扣位分別有著不同的功能。當把用于開合一端的扣位打開時，上蓋和下蓋能夠通過以另外一端的類C 型扣位為軸心， 實現兩者的相對旋轉。 這樣的打開結構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，并且不會擔心管材因用力過度而使管材產生塑性變形， 導致開口不能合閉。 此開合管不像傳統管道， 需要先把管道鋪設好，再通過在管道內進行電纜的鋪設。而是可以先把電纜按需求鋪設到位， 然后再把開合管的開口端打開套進電纜的外表面，然后再把開口端封閉即可，這樣就能夠很方便的達到了線管保護電纜的作用。 對管道內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內部的電纜進行檢修。

該產品除了可以用在管廊的線管布置外， 還能夠應用到社會上很多的地方，如用來起警示作用的斜拉線管。現在的拉線護套管材是在圓管上后加工切割一條縫隙，在安裝時把縫隙拉大套入到拉線即可。 而當使用這種新型的開合管時，因為其本身已經有一個開合機制，就不需要像現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，就能夠很好的達到斜拉線管的效果。

上述所描述到的開合管是一種實壁管的管材形式，我們是可以把開合的這一特征延伸到非實壁管管材上，從而使該具有創新性結構進行擴展， 例如本團隊所研究的另外一種新型管材：分體式波紋管。

分體式波紋管結構有別于現有傳統的橫截面是全封閉，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、外壓環和內撐環4 個部件組成。內撐環放置在底座的波峰內，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，然后把外壓環卡在與內撐環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整體。 再加上內撐環與外壓環的作用，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現管材的打開。 并且其能結合波紋管易彎曲，變向容易的特性，能夠在鋪管方向的軸心不統一的環境下進行鋪管。 新的產品結構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，在波紋管明裝時的堆放更方便。

3 結束語

綜上所述，管廊在新時代的發展速度是有目共睹的，并且管廊在國家未來的城市建設中也會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展步伐，優化其自身的結構來滿足管廊的發展。現有傳統的通信管道應用在管廊系統中仍存在著或多或少的問題，而我們必須根據管廊中電纜鋪設的特點：從管材配方上進行創新，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，降低管道生產成本，提高管道的生產效率；從管材功能上進行創新，通過多種材料特性的疊加，在滿足可應用生產的前提下，使強弱電纜能緊密排布，提高管廊空間利用率；從管材結構上進行創新，通過對傳統管道截面的變革， 在滿足實際工況使用的前提下，提高管材維修效率，節約材料及人工成本。