地下综合管廊用通信管道的应用研究

梁健雄， 陆国泰

（广东联塑科技实业有限公司， 广东 佛山 528318）

0 引言

在社会高速发展的当下，各种供人民日常生活需要的管道系统数量随着城市化推进过程也在快速增长，过多的管道在地下无规律的铺设会对其后期维修带来很多不便以及安全隐患。 为了解决上述问题，国内各城市也加快了地下综合管廊的建设。 地下综合管廊是一个建于城市地下，具有把各种市政管道（如电力、通信、燃气、供热、给排水等）集中敷设的公共隧道，并且管廊内，设有专门的检修口、吊装口和检测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线。 当一个城市建设了地下综合管廊，意味着城市居民的各项市政公共服务得到有效保证，意味着城市中各种地面开挖，管线铺设及维修的次数得到有效减少，也意味着城市美观被各种架空电线电杆破坏的问题得到有效解决。 但随着地下综合管廊的广泛应用，以及人们对管廊用通信管道的功能性需求增加， 我们需要针对其现状进行科学分析并探讨如何优化通信管道其自身功能来满足地下综合管廊的发展趋势， 最终使其更好的应用到管廊建设中。

1 目前管廊通信管道系统需要解决的问题

1.1 低烟高阻燃环保管道产品成本高，推广难度大

PVC-U 是全球第二大的通用塑料， 由于其具有良好的物理力学性能、耐腐蚀性、电绝缘性、成本低廉、质量轻、同时具有自熄阻燃特性， 因此被广泛应用于建筑家居、电子电器、汽车内饰材料产品中。 而管廊内部的电力通信管道几乎是采用PVC-U 材料挤出成型的， 很多管材的生产厂家在其加工过程中为了改善其加工性能添加了大量非阻燃环保加工助剂和含铅镉等重金属添加剂等，如果管廊内发生火灾时管材会散发大量且有毒烟雾，降低人类逃生几率。 目前行业大多采用直接添加阻燃抑烟剂到PVC-U混配料的方法， 这种添加方式如需达到较好的阻燃抑烟效果需要添加大量的高成本阻燃抑烟剂， 从而使最终制备出来的管道产品成本偏高，难以大规模推广应用。

1.2 电力管道对通信管道的电磁干扰

国内目前的埋地电缆管道会把电力管道与通信管道分开布置， 但管廊内的电力管道和通信管道因都属于电缆管道，而会被划分在同一仓室，并受总体空间限制，两类管材放置的距离较近。 由于电力管道内部的电缆线一定条件下会产生交变磁场， 交变磁场在没有进行屏蔽的情况下距离电缆线一定距离的范围内仍存在一定大小的周期性变化的磁感应强度， 通信电线如果离电缆线距离太近会受到此交变磁场的干扰进而出现信号失真的情况，严重影响终端客户对各种有线信号的使用需求。

1.3 管道后期维修及更换不便

管廊内的通信电缆是通过专用的通信管道进行保护，但其在布线时会存在一定的问题。因为通信管道长度较长，第一会在管道穿线的时会带来一定的不方便性，第二在线路维护时， 由于用于保护通信电缆的通信管道并不是透明可视，而电缆又是被藏在管道内，在检查线路时很难检测到管道内的电缆。 如需要检查整个电缆系统中某一段的电缆时， 必须把该段电缆的管道向前或者向后移动一定距离， 但通常管道也是会和电缆一样通过配件的连接形成了一整段连续的管道系统，很难移动其距离。如果在不能够移动管道的前提下， 就只能把有电缆损坏那部分的管道破坏掉，被破坏掉的管道还不能够用回到原来的位置上对电缆进行保护。后续要填补该处管道的方法是把整段管道进行更换，但这样则需要把通信线缆割断出一个缺口， 把管道从该缺口取出替换后再把电缆拼接上。 该处理办法工程量大且工作效率低下、工程造价高，并且有可能对通信线缆造成破损，带来极大的不方便。

2 解决管廊通信管道系统问题的可行办法

2.1 管材配方制备方法的创新性

本研发团队所采用的阻燃抑烟助剂制备方法是首先将锌离子化合物和钼离子化合物按照一定的摩尔比例加入到一定体积的水或者氨水中搅拌溶解， 然后根据需要的负载量加入一定质量比例的纳米埃洛石载体， 在室温搅拌2h 后再超声分散5min， 接着在50℃下进行旋转蒸发除去溶剂，最后在250℃煅烧2h，从而使抑烟剂达到纳米级分散，制备出纳米级阻燃抑烟双功能助剂。

通过对是否完成负载的埃洛石进行透射电镜进行观察得知，负载前的埃洛石为纳米管状结构，纳米管中间有纳米通道，管外表面界面较为清晰和光滑。负载钼锌复合氧化物组份后管外壁粘附有很多纳米小颗粒或簇。 纳米管的两端已经被钼锌复合氧化物堵塞， 钼锌复合氧化物在埃洛石的纳米管外表面基本呈现均匀分布。 这样相对于非负载且独立添加的氧化钼和氧化锌抑烟剂来说，负载后的纳米级钼锌复合氧化物不仅具有极大的表面积可以充分的和PVC-U 基体树脂相互作用，而且钼、锌和纳米埃洛石各组份之间还可以发生同时阻燃和抑烟的相互协同作用。这样不仅可以降低昂贵的钼酸盐的用量，而且也提高了阻燃抑烟组份的作用效率。另外，在低烟阻燃环保PVC-U 材料的制备中原来要分三次添加的程序，现在只需要一步添加即可，这样既提高了效率，又可避免称量误差，便于准确的质量控制。

当纳米级的阻燃抑烟助剂制成后， 把PVC-U 树脂粉、阻燃抑烟助剂、钙锌热稳定剂、以及其他助剂按比例称量后放置到混料机中进行混合， 再把材料加入到挤出机中挤出管材。 通过添加不同比例的阻燃抑烟助剂所挤出的管材性能进行对比发现， 随着混配料中阻燃抑烟助剂负载量和添加份数的增多，其阻燃抑烟性能逐渐提升。并且随着阻燃抑烟组份中钼元素比例的增加， 阻燃抑烟效率逐渐提高。 其中综合性能最佳的是抑烟剂和PVC-U质量份数比28/100 的配方料为与同样量钼锌添加比例的对比例相比较，分散负载的双功能抑烟剂复合的PVCU 材料的氧指数和烟密度性能明显优于对比例， 这也说明分散负载后的阻燃抑烟助剂的效率要明显优于相同添加量的非分散负载的阻燃抑烟剂。

2.2 管材功能的创新性

为了解决强弱电一起安装时强电对弱电信号干扰所出现信号失真的电磁干扰问题， 提出一种电磁屏蔽的复合管材，从而提高管廊空间的使用率以及布线的方便性。电磁屏蔽管是在挤出成型的塑料管材中间包覆一层由低碳钢组成的金属管材， 而中间所包覆的金属管材是通过连续成型机把多层较薄的带状金属片卷成环形而得，其在拼接处就能实现多层错位对接，省去了高温焊接工序，避免了因焊接工艺所产生的高温对塑料层造成的破坏。

整个管材兼顾了塑料的耐腐蚀性及钢材良好的强度，大大的提高了管材的抗压能力。 由于低碳钢内，使电源线的磁场不会泄露在电线管的外部。

我们把通电材质组成的金属层具有良好的导磁性能， 可以很好的将电源线所产生的磁场聚集在我们的电磁屏蔽管导线分别穿入普通管道与电磁屏蔽管内并贴合管材内壁放置， 然后通过检测设备检测出管材外表面磁感应强度分布， 来模拟普通管材与电磁屏蔽管材在不同电流产生的磁场的屏蔽效果。在实际的模拟试样中发现，电磁屏蔽管对20A 及以下电流在线管表面产生的磁场衰减可达69%。

而借助有限元分析软件也可以更直观的看出两种不同管材的磁感应强度分布， 当电缆线放置在普通管材内腔边缘时，电磁感应会穿过管材辐射到管材外面；当把管材换成电磁屏蔽管后， 把电缆线放置在普通管的相同位置时，由于内嵌金属层的屏蔽作用，电磁感应不会击穿管材，管材外表面的磁感应强度非常弱小甚至为零。 因此，当管廊内的通信管道改用上述电磁屏蔽管后， 无论在再狭小的空间，电力管道与通信管道布置距离再小，电力管道内电力电缆所产生的电磁场理论上也不会对通信管道内的通信电缆造成电磁干扰，从而导致信号失真。

2.3 管材结构的创新性

通常我们的电力通讯管道是埋设在地下的， 地下的工作环境与管廊相比有着很大的区别， 而因为工作环境的不同， 能够给于我们对管材结构进行相对应改变的机会。 第一，管廊中的通信管道是直接铺设在支架上的，因此它不会像埋地电缆管道那样受到很大的外部压力，所以在优化管材结构时可以根据实际的使用情况降低管材的环刚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样子有泥土包着， 埋地电缆只能通过管材两个端口进线， 而管廊中的管材能够在除了端口外的其他地方进线。

开合管是一种外形结构为圆形或类圆形， 对其施加一定作用力后， 管材截面能够在封闭与开口两种状态之间进行切换的管材。 虽然管材截面不再是一个完整的封闭截面，其抗压性能会略逊于同规格圆型管材，但由于管廊内的管道所受到的外压力减少， 开合管的抗压能力也能符合管廊用管的需求。 并且当开合管的沿着其旋转轴把封闭的横截面打开时， 管道内部的情况可以通过缝隙一览清晰，并且能够从该缝隙进行物件的放取。基于其结构上的特点， 开合管非常适合应用于对原线路不做任何改变而需要对管材进行维修更换的工况中。

本研发团队设计的开合管是由上盖与下盖两部分组合，而上盖和下盖两部分均为类半圆形结构，每个半圆两端均有相应的扣位使两者进行连接， 两端扣位分别有着不同的功能。当把用于开合一端的扣位打开时，上盖和下盖能够通过以另外一端的类C 型扣位为轴心， 实现两者的相对旋转。 这样的打开结构方式相比直接在管材端切出一道开口的打开方式，打开的缝隙间隔更大，并且不会担心管材因用力过度而使管材产生塑性变形， 导致开口不能合闭。 此开合管不像传统管道， 需要先把管道铺设好，再通过在管道内进行电缆的铺设。而是可以先把电缆按需求铺设到位， 然后再把开合管的开口端打开套进电缆的外表面，然后再把开口端封闭即可，这样就能够很方便的达到了线管保护电缆的作用。 对管道内电缆的检修操作也如此， 只需把开合管的开口端打开即可对内部的电缆进行检修。

该产品除了可以用在管廊的线管布置外， 还能够应用到社会上很多的地方，如用来起警示作用的斜拉线管。现在的拉线护套管材是在圆管上后加工切割一条缝隙，在安装时把缝隙拉大套入到拉线即可。 而当使用这种新型的开合管时，因为其本身已经有一个开合机制，就不需要像现有的管材那样后加工一条槽， 减少了加工步骤以及人工。只需要在管材上贴上反光膜，就能够很好的达到斜拉线管的效果。

上述所描述到的开合管是一种实壁管的管材形式，我们是可以把开合的这一特征延伸到非实壁管管材上，从而使该具有创新性结构进行扩展， 例如本团队所研究的另外一种新型管材：分体式波纹管。

分体式波纹管结构有别于现有传统的横截面是全封闭，一体成型的波纹管，而是采用把封闭的横截面一分为二。 分体式波纹管的管材部分主要由上盖、底座、外压环和内撑环4 个部件组成。内撑环放置在底座的波峰内，然后把上盖从上往下压入底座。往下压的过程中，以上盖处于波峰位置的扣位扣入到底座波峰位置的凹缺位为止，然后把外压环卡在与内撑环放置位置相邻的上盖波谷处。在原本上盖扣位与底座凹缺位的相互扣紧的情况下，能够使原来分开的两者组合成一个整体。 再加上内撑环与外压环的作用，能够保证两者装配后不易松脱。 反之，把两者扣位松开就能实现管材的打开。 并且其能结合波纹管易弯曲，变向容易的特性，能够在铺管方向的轴心不统一的环境下进行铺管。 新的产品结构使管材能够承受更大的正压力，以及提高维修效率，降低维修成本，在波纹管明装时的堆放更方便。

3 结束语

综上所述，管廊在新时代的发展速度是有目共睹的，并且管廊在国家未来的城市建设中也会占有十分重要的地位， 因此在管廊中所用到的各种通信管道也需要随着管廊的发展步伐，优化其自身的结构来满足管廊的发展。现有传统的通信管道应用在管廊系统中仍存在着或多或少的问题，而我们必须根据管廊中电缆铺设的特点：从管材配方上进行创新，通过新颖的配方制作工艺，在保证管材各方面性能合格的前提下，降低管道生产成本，提高管道的生产效率；从管材功能上进行创新，通过多种材料特性的叠加，在满足可应用生产的前提下，使强弱电缆能紧密排布，提高管廊空间利用率；从管材结构上进行创新，通过对传统管道截面的变革， 在满足实际工况使用的前提下，提高管材维修效率，节约材料及人工成本。