微管集束管在安徽省高速公路工程中的应用探讨

张飞飞　田荣荣

[ 作者简介 ]

张飞飞，女，河南洛阳人，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，中级工程师，硕士研究生，研究方向：高速公路机电系统设计。

田荣荣，女，安徽合肥人，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，副高级工程师，硕士研究生，研究方向：机电工程。

[ 摘要 ]

高速公路通信管道是通信系统的基础性设施，对机电系统的发展有着重要意义。本文从安徽省高速公路通信管道的现状入手，通过硅芯管和微管集束管的对比分析，全面探讨了微管集束管在高速公路通信系统中的应用。

[ 关键词 ]

高速公路;通信管道;微管集束管;硅芯管;机电工程

中图分类号：F54 文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.10.063

近年来，由于高速公路外场设备数量日益增加，所需管孔资源也越来越多，但高速公路中分带或边坡的空间位置有限，因此很多高速公路引入了更加節省空间和工程造价的微管集束管。本文基于安徽省高速公路通信管道的建设，对硅芯管和微管集束管在高速公路中的应用进行探讨。

1    安徽省高速公路通信管道的现状

截止2021年底，安徽省高速公路通车里程5146公里，通信管道基本实现主线、支线全覆盖。

建设年份较早的高速公路，采用的通信管道主要有波纹管、梅花管等需要穿缆敷设的管道。由于敷设时间已久，基本不能再继续利用，随着高速公路进行改扩建，陆续更换为新型的硅芯管。

后期随着硅芯管以及吹缆技术的推广应用，高效、便捷、节省造价的硅芯管迅速成为安徽省高速公路通信管道的首选材料。目前安徽省高速公路主线管道基本都采用φ40/33硅芯管，管孔数从初期的12孔、14孔硅芯管（如滁州至淮南高速公路、池州长江公路大桥工程、扬州至绩溪高速公路广德至宁国段等高速公路主线管道），到后期的8孔、10孔硅芯管（如固镇至蚌埠高速公路、宁宣杭高速公路狸桥至宣城段、S11芜湖至黄山高速公路等高速公路主线管道），通信管道利用率存在不均衡的现象。

近年来，随着微缆、微管的发展，微管集束管出现在高速公路通信管道的应用中。微管集束管的出现，缓解了高速公路中央分隔带空间局促、管孔数敷设过多存在浪费、敷设过少存在冗余度不够等方面的问题。安徽省高速公路通信管道也在引用微管集束管方面做了尝试。

2    硅芯管和微管集束管分析对比

硅芯管是由高密度聚乙烯外壁、外层色条和永久性固体硅质内润滑层组成，是单孔管。硅芯管内可以气吹敷设普通光缆、电缆。

微管集束管由不含硅芯层的高密度聚乙烯外管与微型硅芯管组成，是一种将一定数量的微型高密度聚乙烯管（以下简称“微管”）在生产时集成在一起的通信用管材。常用的是7孔12/9mm（微管外径Φ12mm，内径Φ9mm）、4孔12/9mm、7孔14/10mm、4孔14/10mm的集束管。微管集束管内吹的是微型光缆，简称微缆，具有防护简单、壁薄、自重轻、外径小等特点。微缆由缆芯、纤装密度高和护层两部分组成，缆芯有中心管式和层绞式两种类型。

目前安徽省高速公路采用的硅芯管为φ40/33mm，通信系统采用的光缆的芯数基本为72芯、96芯，个别路段采用144芯。1根外径φ41/36mm的7孔φ12/9mm在外径尺寸上接近φ40/33mm硅芯管，12/9mm的微管正常可以吹96芯的微缆，如果采用生产技术比较好的厂家的微缆，最大能吹到144芯微缆。因此高速公路上最常采用的微管集束管为外径φ41/36的7孔12/9mm的规格。下面就这两种管道在物理化学性能指标、管道价格、人手孔设置、光（电）缆的敷设、施工技术难度、开挖量等方面的优缺点进行比较。

2.1  物理化学性能指标

φ40/33mm硅芯管和φ41/36mm的7孔φ12/9mm微管集束管的物理化学性能指标的要求，根据交通运输部《公路地下通信管道高密度聚乙烯硅芯塑料管》（JT/T496-2018）的要求如下。

φ40/33mm硅芯管：外壁硬度≥59HD;内壁摩擦系数，静态≤0.25（平板法，对HDPE标准试棒），动态≤0.15;拉伸屈服强度≥21MPa;断裂伸长率≥500%;最大牵引力负荷≥8000N;冷弯曲半径≥400mm;环刚度≥50 kN/m2;纵向收缩率≤3.0%;脆化温度-75℃。

φ41/36mm的7孔φ12/9mm微管集束管：外壁硬度≥59HD;拉伸屈服强度≥21MPa;断裂伸长率≥500%;环刚度≥50kN/m2;纵向收缩率≤3.0%;脆化温度-75℃。

由此可以看出，微管集束管根据其自身结构特点，在内壁摩擦系数、最大牵引力负荷、冷弯曲半径方面不做要求。在其他方面，硅芯管和微管集束管都是由高密度聚乙烯HDPE和硅芯润滑料组成的，所以行业标准中对两者在主要的物理化学性能指标上是一致的。但由于微管集束管是新产品、新技术，且微管管径小、壁厚薄，数根微管需要集成一体，基于其自身这些结构特点和生产工艺的高要求，在集束管生产过程中，不能添加再生料和劣质原料，否则产品无法成型。这样就从生产源头上保证了生产出来的微管集束管是高质量的管道。

2.2  空间占用比较

1孔φ40/33mm硅芯管只能吹一根光缆，一根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管可以吹7根微缆，在敷设同样芯束光纤的情况下，微管集束管是硅芯管所需数量的七分之一，空间占用是硅芯管的七分之一，可以有效节约开挖、回填方量的人工和机械成本，节省施工成本。

2.3  管材成本比较

一根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管每米价格约为15元左右，一孔φ40/33mm硅芯管价格为6元，吹7根光缆需要7孔硅芯管，价格为6*7=42元;管道过桥需要的保护管箱规格也可减小;硅芯管敷设时，需要在下方铺设5cm以上的砂垫层，微管敷设时，可以直接敷设，不需要砂垫层;要吹入集束管的微缆的成本也比吹入硅芯管的普通光缆成本低20%以上;因此采用微管集束管，在建设采购成本上整体节省了约60%以上。

2.4  人（手）孔和横穿管设置数量比较

硅芯管和微管集束管均可采用气吹法敷设，都具有气吹距离长、安全、可靠的优势。由于安徽高速公路目前实施了全程监控，至少每公里设置一处横穿管道，考虑到智慧高速的实施以及远期越来越多的新增外场设备预留，在近期的项目中，安徽省高速公路已经开始每500米设置一处横穿管道。因此，硅芯管和微管集束管均能满足目前高速公路吹缆距离的要求，在气吹距离和人（手）孔设置数量方面，硅芯管和微管是一样的。

2.5  施工技术难度

微管、微缆由于自身结构的原因，在人手孔中接续以及保护箱、接头盒的安装等，比采用硅芯管和普通光缆施工技术难度高，对施工人员的操作规范性、技术性要求较高。后期维护要求也比较高。在安装配件方面，微管和微纜需要更多投入。

微管集束管在进入人（手）孔后，需要将包覆外层拨开，以方便微管分歧、接续，但微管直径较小，且在机械强度方面弱于硅芯管，因此人孔内的微管更容易被老鼠啃噬。微缆在拉伸强度、抗压强度、外保护套厚度、防水、防鼠等方面，由于自身结构原因，弱于普通光缆。微缆在进入人（手）孔后，需要由微管保护进入特定的保护箱中绕盘，再从保护箱中进入到光缆接头盒中接续。裸露在外的微缆均需要用金属软管进行保护，不能直接暴露在外。且保护箱和接头盒需要挂在人孔侧壁上，不能长久浸泡在人（手）孔中的水里。

综上所述，硅芯管具有应用范围广、同时适用于光缆和电缆、施工难度底、技术成熟等优点，微管集束管具有节省空间、管道利用率高、减小工程造价等优点。

3    安徽省高速公路硅芯管和微管集数管组合的探讨

安徽省高速公路目前主线管道内一般敷设2-3根光缆（1根主干通信光缆、一根全程监控设备用光缆、一根ETC门架用光缆）和1-2根供电电缆（一根外场设备供电电缆、一根ETC门架供电电缆）。光缆和电缆均在管道内采用硅芯管气吹方式同路由敷设。微管集束管只能敷设微缆，不能气吹电缆。安徽省高速公路实施全程监控，每公里至少一处断点，全程断点较多，微缆接续较复杂，也不适合频繁切断，因此监控光缆采用普通光缆更合适。新建、改扩建高速公路以及大部分已建成高速公路均采用硅芯管作为主干管道。

结合硅芯管和微管集束管自身优缺点和安徽省高速公路机电系统的现状特点，应选择硅芯管+微管集束管的组合。该组合中硅芯管主要用于电缆和近期光缆敷设，微管集束管主要用于远期技术更成熟时微缆的敷设。

目前主要尝试7孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管组合的方式取代前期采用的14孔φ40/33mm硅芯管，两者均能敷设14根光（电）缆。下面就两种管道方案进行对比。

因此采用7孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的组合方式，在光（电）缆容量上与14孔φ40/33mm硅芯管相等，但可以节省空间，降低管道成本、运输成本和过桥桥架等辅助材料成本，可以充分达到资源优化配置、减少建设投资、节省空间的目的。

4    硅芯管和微管集数管组合在安徽省高速公路中的应用

安徽省高速公路在新建工程、改扩建工程中，已经有数个项目尝试了硅芯管+微管集束管的组合方式。其中省级高速公路采用7孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的组合方式（如阜阳至淮滨高速公路安徽段、合肥至周口高速公路等项目），国家高速公路采用9孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的组合方式如（G4211宁芜高速皖苏界至芜湖枢纽段改扩建等项目），进收费站管道采用16孔φ40/33mm硅芯管+2根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的组合。

以G4211宁芜高速皖苏界至芜湖枢纽段改扩建项目为例，宁芜高速位于安徽省沿江地区经济较为发达与活跃的马鞍山市和芜湖市境内，属于国家高速公路。本项目原有通信管道采用12孔φ40/33硅芯管，敷设于在中央分隔带绿化下，下互通管道采用6孔HDPE93/110双壁波纹管，敷设于匝道边坡内。宁芜高速建设较早，现有硅芯管使用状况已经很差。

在本项目“四改八”中，根据主体改扩建方案，中央分隔带需要挖除，因此中央分隔带内现有管道不能保留。而中分带波形梁护栏要改为混凝土护栏，左右幅混凝土护栏之间的间距只有99.4厘米，整体式路基段左右幅桥梁护栏之间的净间距只有约30厘米。中央分隔带空间紧张，如果采用普通的硅芯管，则过桥时需要采用306x160mm规格的聚氨酯复合桥架，无法通过桥梁。因此本项目主线管道采用了9孔φ40/33mm硅芯管+1根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的管道组合，在增加了管道容量的情况下，减少了空间占用，过桥时只需要250x150mm规格的聚氨酯复合桥架，避免了将主线管道敷设于路侧边坡。

根据以往项目经验，进收费站管道敷设16-18孔硅芯管时，由于光缆、电缆均存在进站、出站两个方向的线缆，数量与主线相比几乎是翻倍的;而后期在主线增加新设备、机电系统改造时，迁改已有的线缆不便于施工，再加上施工不规范等原因，普遍采用的做法是直接增加新的光、电缆，这样就造成进站管道在项目建成后几年时间，空余的管孔数已经所剩无几。本项目下匝道管道采用16孔φ40/33mm硅芯管+2根φ41/36mm的7孔12/9mm微管集束管的组合，相当于30孔硅芯管的容量，为将来预留了较为充足的管道资源，且边坡开挖量并没有增加，不会增大边坡开挖量大、不稳定的风险。

因此在高速公路管道敷设中，这种微管集束管+硅芯管的管道组合方案有众多优点，也将是未来高速公路通信管道建设的一种发展方向，随着微管集束管和微缆技术的发展和成熟，必然会有越来越多的高速公路建设单位选择微管集束管。

参考文献

[1]王刚.集束微管在高速公路工程中的应用探讨[J].交通节能与环保，2019.15（71）：71-73.

[2] 陈春红.硅芯管与波纹集束管在高速公路上的结合应用[J].装备应用与研究， 2017，21（025）：48-49.