高速公路通信管道施工及监测系统的应用

北京瑞拓电子技术发展有限公司 北京 100040

目前，我国高速公路的隔离带和路侧埋设了几百万公里的硅芯管通信管道，敷设了上百万公里的光（电）缆，光（电）缆承载着高速公路的通信、监控、收费、供电等业务。同时，电信、移动、联通、广电、部队等单位又租用了高速公路的管道，随着5G时代到来，运营商必将大量租用通信管道。因此，通信管道的施工质量关乎信息时代发展。

通信管道敷设是高速公路机电工程的重中之重，也是高速公路机电系统后期能否正常使用的基础。通信管道沿高速公路布置，贯穿整条高速，往往跨越几个省市，跨越不同地形及气候区域，并且在施工过程分成若干标段，通信管道在机电系统施工中面临着覆盖面广、监管困难、质量难以把控的困难。因此，需要对管线敷设施工、管线养护、管道租赁几个关键环节容易出现的问题进行分析，探讨出一套能够对高速公路通信管道进行监测的诊断的系统，对管线敷设→管线养护→管道租赁整个全生命周期进行实时监测，为高速公路管理单位提供通信管道质量的全程数据支撑和辅助决策依据。

1 管线施工

1.1 开挖沟槽

首先进行放线定位，根据设计图纸要求，在地面上撒灰线，控制好开挖位置，然后使用机械进行沟槽开挖，在挖沟槽过程中严禁超挖，并且预留30cm人工整平，达到设计要求深度、宽度后铺一层细沙作为硅芯管的保护垫层。

开挖完成后对沟槽质量进行验收，使用塔尺或钢卷尺测量沟槽截面尺寸，并将测量结果汇总成表格、数据分析图，然后进行数据分析，综合数据分析结果，指导后续施工。现场抽取1km实测数据进行分析，深度、宽度实测数据分析见图1、图2。

图1、图2数据显示沟槽开挖符合设计要求，误差在规范允许范围内。这说明选取的施工方法，施工工艺符合现场实际情况，满足施工要求，并且能够达到设计要求。

图1 深度实测数据分析（单位：cm）

图2 宽度实测数据分析（单位：cm）

1.2 硅芯管铺设

（1）按施工图图纸要求埋设管道，并使每一段落具有形成一个单元所需的管孔数。（2）硅芯管的接续采用专用接头接续。将套管两端内壁和插管端部外壁（约10cm）清洗干净，然后插入专用接头拧紧，使接头柔性接续，从而使之具有良好的密闭性且无渗透漏现象，防止污水浸入管内腐蚀电缆。（3）管道通过主线中央分隔带有中墩的跨线桥时硅芯管利用自身的柔韧性，直接从中墩两侧绕过中墩通过或者利用镀锌钢管横穿中墩保护通过。（4）对于暗涵（通），硅芯管可利用自身的柔韧性从涵洞或通道顶部通过。管道的最小曲率半径不得小于管道外径的15倍。（5）管道过大中小桥和桥式通道时，在桥梁两端利用硅芯管的柔性调整管道高程，以电缆桥架做保护在桥梁中央预埋的托架上通过；在桥台处硅芯管直接用混凝土包封，并在桥两侧各10m范围内对硅芯管进行包封保护。

1.3 管道回填

回填材料选择中粗砂或者素土回填，分层回填并压实。在施工过程中，未回填完成严禁碾压；要分段施工，预留通行便道，防止破坏硅芯管。

2 通信管道后期养护问题

高速公路施工是一个多工种、多专业的大型集成项目，包含绿化工程、防护工程、路基工程、路面工程、桥梁工程、隧道工程等，需要多队伍协同作业、交叉作业，容易发生通信管道挖断、破坏等情况。若是在用的光缆出现问题，因为影响正常使用，所以能够及时发现；而如果破坏的是闲置的管道，那么不易发现，等到发现时高速已经通车，使得后续吹缆时吹不通，耽误工期，造成交通拥堵和事故的概率增加。另外，在通车的高速公路上进行抢修危险系数大，会影响车辆正常通行。综上，施工管道的施工质量及后期养护至关重要。

3 通信管道后期租赁问题

高速公路目前大多敷设12孔、18孔、24孔φ40mm、φ33mm的硅芯管，初期仅使用到3～5条通信管道，若后期需要新敷设光缆，因高速公路管理单位和承租方均不能掌握每条管道的质量状况，往往是在剩余闲置的管道中盲目选择，若出现管道质量问题，就容易出现纠纷，影响高速公路管理单位的正常租赁业务。因此，前期质量会影响到后期运营，且影响整个高速公路机电系统的安全稳定。

4 通信管道监测系统

为实施精细化管理，最大限度地减少管理所占用的资源和降低管理成本，杜绝返工浪费，急需一套能够对高速公路通信管道进行智能健康诊断的系统，从管线敷设验收→光（电）缆贯穿→管线养护→管道租赁整个全生命周期进行实时监测，为业主提供通信管道质量的全程数据支撑和辅助决策依据。依托现代大数据、云平台数据处理体系，借助高科技产品实现智能健康诊断系统，设计思路见图4。

图4 诊断系统初步设计思路简图

在需要监测的管井Az中部署一套可拆卸的前端采集设备，主要包括1台无线数据智能采集终端和多台通信型压力传感器，并采用锂电池供电，以保证能实时采集多路通信管道的气压数据；在紧邻的间隔1000m左右的管井B中设置打压口和开关阀门；后端部署1台云端计算机作为上位机系统。云端计算机接入Internet互联网，用于远程实时监测、记录测量数据。云端数据接入系统，可查看任一管井、任一方向、任一管道实时监测数据和历史测量数据，且界面简洁、直观，在有异常情况发生时可报警提醒工作人员及时处理数据上传至云平台系统，通过大数据分析，分析出线路是否存在问题，以及存在问题的具体位置，然后通过4G或5G网络连接手机，通过手机实现便携式操作，从而实现精准定位、快速检修，减少由管线破坏造成的损失。

无线数据智能采集终端可选用井内壁挂或井外立杆两种安装方式。终端配备一块工业级液晶触摸屏，可以实时查询多路压力值，便于施工人员实时查看施工过程中硅芯管打压情况；通过触摸屏可以设置管路中的压力上限报警点，当管路压力出现超压情况，液晶屏对应通道的报警指示灯闪烁报警，同时采集终端的声光报警发出声音报警，提醒施工人员及时查看情况。同时，采集终端配备了无线数据传输模块，可以将传感器采集到的数据通过4G或5G无线网络或NB-IOT物联网实时传输至云端计算机，实现远程实时数据监测、远程调度、历史数据查看功能。

通信型压力传感器用于实时监测管路压力值，并将压力信号转换为数字信号传输至采集终端，属于前端一次测量仪表。从压力传感器到采集终端采用RS-485总线的联组网方式。多路压力传感器经过数字编码后，通过三通防水接线盒接入RS485总线即可。电源及信号采用并联方式连接，极大地方便了现场的施工。根据每个现场的不同情况，压力传感器的数量可随意增加或减少，不受检测通道数的约束。采集终端到上位机计算机采用4G或5G无线网络或NBIOT物联网传输，只需一张手机卡即可实现数据的远程传输，且不受传输距离限制。

5 结束语

高速公路机电系统正处于时代发展前列，通过高科技、大数据实现工程管理数字化、系统化、快速化，并且通过大数据分析，对施工质量进行实时监控、实时分析，做到一有问题立即发现，这样既能减少损失，又能确保通信管道及设备正常使用。未来，相信随着科技的发展，通信管道监测系统在机电施工方面的应用将会更加广泛。