燃气管道光纤穿越技术在燃气工程中的实践与研究

上海煤气第一管线工程有限公司 沈嘉宾

20世纪90年代，通信业务需求高速增长，光纤成为高速稳定传输信息的首选载体。然而部署光纤宽带网的成本高昂，一些特定地点的开挖需要破坏水泥路面或岩层，因此开挖难度大、成本高，而通讯服务的收入不足以填补建设光纤网的成本，所以必需寻求方法并结合现有基础设施来缩小成本。燃气管线由于其在城市中覆盖面积广泛的特点，成为了通信行业利用的首选。上海燃气管网规模大，管网密集的特点对于光纤敷设的需求有着得天独厚的优势，并且光纤传输本身无电、磁，对燃气管网正常运作无影响，这使得GIG 与GAG 技术在燃气管道敷设中有了用武之地。现该技术在英国、美国、香港及日本应用已十分普遍，而此次是该技术在上海燃气工程中的初次试验与实践。

1 GIG与GAG技术概述

燃气管道光纤技术，即GIG(Glass-in-Gas)技术，是在燃气管道系统内铺设光纤，以用于数据传输。该技术将光纤线穿在具保护性的聚乙烯管之内，并深埋入地底，从而使光纤网络不易受外界环境影响，从而持续提供优质、安全可靠的传输品质。

同沟共建技术，即GAG(Glass-Along-Gas)技术，是在铺设燃气管道的同时铺设电讯管道。此项技术与GIG 技术运用了相同的技术原理，亦有减少建造时间、减少对环境污染的作用。

智慧燃气建设需要在燃气管道的监控、泄漏检测及数据传输等方面都能利用光纤的优势促进上海智慧管网及智慧城市建设。上海燃气管网密集、复杂、规模之大给燃气管网检修带来了极大的困难。面对这一情况，传统的人工周期巡检方式耗时耗费甚大。利用GIG 与GAG 技术可在燃气工程中敷设智能管网，通过互联网和传感技术来有效提高燃气管网运行的可靠性、安全性。

2 GIG技术应用实例

上海国际能源创新中心筹建处与上海煤气第一管线工程有限公司(以下简称管一公司)共同参与的燃气光纤穿越项目由管一公司负责施工，目的是利用GIG技术，在能创中心一段20 m长的DN300带气PE燃气管上铺设通信子管套管，并从套管中穿越光纤，如图1、图2所示。该项目工程取得了成功，为GIG 技术在上海燃气管道施工中的进一步推广打下了坚实的实践基础。

图1 GIG 光纤敷设技术应用示意

2.1 施工过程

图2 GIG 技术应用实例现场示意

2.1.1 施工关键步骤

在燃气管道中应用GIG 技术进行施工的关键步骤包括关闭阀门、氮气吹扫、切割燃气管道、安装GIG 配件及穿放套管、燃气管道重新通气及测试。

(1)关闭阀门

通过关闭燃气管阀门，进行切断管道两端气源的工作。

(2)氮气吹扫

对要实施GIG 技术的燃气管进行氮气吹扫。经过氮气吹扫后，在管道内取出气体样本做检测，确保已经吹扫完的燃气管道中没有残余燃气。

(3)切割燃气管道

当切断气源工序完成之后，利用切管器在需要切开的管道两端将燃气管切开。

(4)穿放套管以及安装GIG 配件

将牵引绳在穿梭器的尾部绑好，然后再将穿梭器放入A 端切开的燃气管道中，穿梭器用来带动牵引绳穿在空气压缩机的气压下推动穿梭器带动牵引绳穿过燃气管到达B端，取出穿梭器，将牵引绳与需要拉入的套管连接，再将牵引绳拉回。将拉入的套管在管道两端配件的两个支管中拉出，调整好需要的长度，同时安装配件，将其与燃气管道连接。将套管和配件的支管电熔连接，并安装压力表来监测，防止将来燃气由此位置漏出。

(5)燃气管道进行验收及重新通气

最后进行验收程序，即在套管的末端安装气压表，然后输入氮气到燃气管内进行测试。按照验收规范，进行强度试验，增压到0.5 MPa，保压2 h，确认强度试验是否合格。然后进行气密性试验，增压到0.023 MPa，保压24 h，确认气密性试验是否合格，以检测燃气管道是否泄漏。两项试验通过后，重新开启燃气，再利用气体探测器在燃气管外进行探测。所有测试通过后，燃气管道便可重新通气和放置光纤，接着将开挖处回填，再找适当的地方建造手井，以备后续的光纤熔接施工。2.1.2施工过程注意事项

(1)为确保燃气服务安全及稳定性，套管及光纤必须能在需要时暂时中断或切断来配合燃气紧急维修工程；

(2)每段应用GIG 技术的燃气管道长度选择为0.5～1.5 km，方便燃气管日后维修；

(3)在每一段GIG 套管前后都预留一定长度燃气管道，便于日后维护；

(4)施工结束后，必须进行强度试验和气密性试验，确保燃气管道两项试验合格。GIG 技术不影响燃气管道的强度及气密性；

(5)套管测试通过后，重新开启燃气然后利用气体探测器在燃气管外进行探测，假设在过程中有管道受损导致泄漏的情况，可通过压力表及时检测并修复；

(6)每隔0.5～1.5 km 需离开燃气管，中间预留一段燃气管作为紧急维修、气袋堵管或新开管道、安装三通配件之用，见图3和图4。

图3 GIG 配合做气袋封堵示意

图4 GIG 配合做三通分气示意

2.2 技术难点

上述施工关键步骤中提到的穿梭器的制作是燃气管道光纤穿越施工中比较重要的一个技术难点。穿梭器的形状与燃气管道边缘的贴合程度以及空压机的压力大小都有密切的相关性。

在上海能创中心的试验段燃气管道施工中使用穿梭器穿越时，并没有一次穿越成功。总结失败原因及重复试验多次之后，将穿梭器的形状从原先的圆锥形改成圆柱形，成功利用空气压缩气的压力将穿梭器从管道的一端穿越到达另一端，才能绑上套管使套管先进行燃气管道穿越，再将光纤进行穿越，达到省时省力的效果，进而提升工程效率。这样改的原因是原来圆锥形最底部与管道接触的面积十分有限，并且使用的材质比较柔软没法撑住管壁，管壁与穿梭器之间有很大的间隙，使得空压机打出来的空气轻易穿过穿梭器而无法将穿梭器推送至管道另一端。后来改成的圆柱形穿梭器与管道管壁有充分接触面，空压机打出的空气不能轻易穿过穿梭器，才能将穿梭器顺利推送至管道另一端。

2.3 受损GIG 管道的维修

对受损GIG 管道而言，为确保燃气管道优先抢修，维修时可直接切断GIG 光纤套管及光缆。光纤网络成环保护，不会影响数据传输。具体做法如下：

(1)关闭燃气管道两端阀门；

(2)切断光纤，将光纤抽出，并带入牵引绳；

(3)将破损燃气管道切除并移走，同时切断GIG子管及牵引绳；

(4)更换新燃气管道，并重新接驳GIG 套管及牵引绳；

(5)用牵引绳将光纤重新拉入子管内；

(6)重新接驳光纤。

3 GAG技术应用实例

除了上述试验段工程外，管一公司还实施了燃气管道GAG 技术示范工程。该工程位于上海沪青平公路，工程路段长度为5 km，利用GAG 技术在燃气排管的同时进行了光纤同步穿越施工。该光纤将用于燃气管道安全检测，是对GAG 技术，即同时铺设燃气管道及光纤技术的实践。

4 结语

上海经济快读增长，互联网大数据、云平台、5G通讯等行业也飞速发展，在这样的趋势背景下通信管线需求巨大。以往网络基建商要进行光纤铺设工程，由申请掘路许可证、铺设管道以至安装新光纤电缆，整个过程需时很长。开挖城市路面容易造成污染，交通堵塞，经济损失及对市民生活安全的威胁。施工结束后填补路面也将造成不小的花费，且路面也将很难恢复开挖前的平整状态。如果采用GIG、GAG 技术，可以减少开挖造成的环境污染、减轻道路开挖造成的交通堵塞、能使光纤网络铺设的时间将近缩短50%、成本降低约70%、避免重复建设、节省地下管网空间、保障城市通信基础设施和信息的安全。采用GIG、GAG 技术，还可为上海燃气智能管网建设、管网安全管理提供强有力支撑，顺应了上海市政府有关通信管道“统一规划、统一建设、统一管理”的原则和体制，为未来充分利用地下空间保证现代化城市可持续发展做出了巨大贡献。