高速公路通信管道施工及監測系統的應用

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目前，我國高速公路的隔離帶和路側埋設了幾百萬公里的硅芯管通信管道，敷設了上百萬公里的光（電）纜，光（電）纜承載著高速公路的通信、監控、收費、供電等業務。同時，電信、移動、聯通、廣電、部隊等單位又租用了高速公路的管道，隨著5G時代到來，運營商必將大量租用通信管道。因此，通信管道的施工質量關乎信息時代發展。

通信管道敷設是高速公路機電工程的重中之重，也是高速公路機電系統后期能否正常使用的基礎。通信管道沿高速公路布置，貫穿整條高速，往往跨越幾個省市，跨越不同地形及氣候區域，并且在施工過程分成若干標段，通信管道在機電系統施工中面臨著覆蓋面廣、監管困難、質量難以把控的困難。因此，需要對管線敷設施工、管線養護、管道租賃幾個關鍵環節容易出現的問題進行分析，探討出一套能夠對高速公路通信管道進行監測的診斷的系統，對管線敷設→管線養護→管道租賃整個全生命周期進行實時監測，為高速公路管理單位提供通信管道質量的全程數據支撐和輔助決策依據。

1 管線施工

1.1 開挖溝槽

首先進行放線定位，根據設計圖紙要求，在地面上撒灰線，控制好開挖位置，然后使用機械進行溝槽開挖，在挖溝槽過程中嚴禁超挖，并且預留30cm人工整平，達到設計要求深度、寬度后鋪一層細沙作為硅芯管的保護墊層。

開挖完成后對溝槽質量進行驗收，使用塔尺或鋼卷尺測量溝槽截面尺寸，并將測量結果匯總成表格、數據分析圖，然后進行數據分析，綜合數據分析結果，指導后續施工?，F場抽取1km實測數據進行分析，深度、寬度實測數據分析見圖1、圖2。

圖1、圖2數據顯示溝槽開挖符合設計要求，誤差在規范允許范圍內。這說明選取的施工方法，施工工藝符合現場實際情況，滿足施工要求，并且能夠達到設計要求。

圖1 深度實測數據分析（單位：cm）

圖2 寬度實測數據分析（單位：cm）

1.2 硅芯管鋪設

（1）按施工圖圖紙要求埋設管道，并使每一段落具有形成一個單元所需的管孔數。（2）硅芯管的接續采用專用接頭接續。將套管兩端內壁和插管端部外壁（約10cm）清洗干凈，然后插入專用接頭擰緊，使接頭柔性接續，從而使之具有良好的密閉性且無滲透漏現象，防止污水浸入管內腐蝕電纜。（3）管道通過主線中央分隔帶有中墩的跨線橋時硅芯管利用自身的柔韌性，直接從中墩兩側繞過中墩通過或者利用鍍鋅鋼管橫穿中墩保護通過。（4）對于暗涵（通），硅芯管可利用自身的柔韌性從涵洞或通道頂部通過。管道的最小曲率半徑不得小于管道外徑的15倍。（5）管道過大中小橋和橋式通道時，在橋梁兩端利用硅芯管的柔性調整管道高程，以電纜橋架做保護在橋梁中央預埋的托架上通過；在橋臺處硅芯管直接用混凝土包封，并在橋兩側各10m范圍內對硅芯管進行包封保護。

1.3 管道回填

回填材料選擇中粗砂或者素土回填，分層回填并壓實。在施工過程中，未回填完成嚴禁碾壓；要分段施工，預留通行便道，防止破壞硅芯管。

2 通信管道后期養護問題

高速公路施工是一個多工種、多專業的大型集成項目，包含綠化工程、防護工程、路基工程、路面工程、橋梁工程、隧道工程等，需要多隊伍協同作業、交叉作業，容易發生通信管道挖斷、破壞等情況。若是在用的光纜出現問題，因為影響正常使用，所以能夠及時發現；而如果破壞的是閑置的管道，那么不易發現，等到發現時高速已經通車，使得后續吹纜時吹不通，耽誤工期，造成交通擁堵和事故的概率增加。另外，在通車的高速公路上進行搶修危險系數大，會影響車輛正常通行。綜上，施工管道的施工質量及后期養護至關重要。

3 通信管道后期租賃問題

高速公路目前大多敷設12孔、18孔、24孔φ40mm、φ33mm的硅芯管，初期僅使用到3～5條通信管道，若后期需要新敷設光纜，因高速公路管理單位和承租方均不能掌握每條管道的質量狀況，往往是在剩余閑置的管道中盲目選擇，若出現管道質量問題，就容易出現糾紛，影響高速公路管理單位的正常租賃業務。因此，前期質量會影響到后期運營，且影響整個高速公路機電系統的安全穩定。

4 通信管道監測系統

為實施精細化管理，最大限度地減少管理所占用的資源和降低管理成本，杜絕返工浪費，急需一套能夠對高速公路通信管道進行智能健康診斷的系統，從管線敷設驗收→光（電）纜貫穿→管線養護→管道租賃整個全生命周期進行實時監測，為業主提供通信管道質量的全程數據支撐和輔助決策依據。依托現代大數據、云平臺數據處理體系，借助高科技產品實現智能健康診斷系統，設計思路見圖4。

圖4 診斷系統初步設計思路簡圖

在需要監測的管井Az中部署一套可拆卸的前端采集設備，主要包括1臺無線數據智能采集終端和多臺通信型壓力傳感器，并采用鋰電池供電，以保證能實時采集多路通信管道的氣壓數據；在緊鄰的間隔1000m左右的管井B中設置打壓口和開關閥門；后端部署1臺云端計算機作為上位機系統。云端計算機接入Internet互聯網，用于遠程實時監測、記錄測量數據。云端數據接入系統，可查看任一管井、任一方向、任一管道實時監測數據和歷史測量數據，且界面簡潔、直觀，在有異常情況發生時可報警提醒工作人員及時處理數據上傳至云平臺系統，通過大數據分析，分析出線路是否存在問題，以及存在問題的具體位置，然后通過4G或5G網絡連接手機，通過手機實現便攜式操作，從而實現精準定位、快速檢修，減少由管線破壞造成的損失。

無線數據智能采集終端可選用井內壁掛或井外立桿兩種安裝方式。終端配備一塊工業級液晶觸摸屏，可以實時查詢多路壓力值，便于施工人員實時查看施工過程中硅芯管打壓情況；通過觸摸屏可以設置管路中的壓力上限報警點，當管路壓力出現超壓情況，液晶屏對應通道的報警指示燈閃爍報警，同時采集終端的聲光報警發出聲音報警，提醒施工人員及時查看情況。同時，采集終端配備了無線數據傳輸模塊，可以將傳感器采集到的數據通過4G或5G無線網絡或NB-IOT物聯網實時傳輸至云端計算機，實現遠程實時數據監測、遠程調度、歷史數據查看功能。

通信型壓力傳感器用于實時監測管路壓力值，并將壓力信號轉換為數字信號傳輸至采集終端，屬于前端一次測量儀表。從壓力傳感器到采集終端采用RS-485總線的聯組網方式。多路壓力傳感器經過數字編碼后，通過三通防水接線盒接入RS485總線即可。電源及信號采用并聯方式連接，極大地方便了現場的施工。根據每個現場的不同情況，壓力傳感器的數量可隨意增加或減少，不受檢測通道數的約束。采集終端到上位機計算機采用4G或5G無線網絡或NBIOT物聯網傳輸，只需一張手機卡即可實現數據的遠程傳輸，且不受傳輸距離限制。

5 結束語

高速公路機電系統正處于時代發展前列，通過高科技、大數據實現工程管理數字化、系統化、快速化，并且通過大數據分析，對施工質量進行實時監控、實時分析，做到一有問題立即發現，這樣既能減少損失，又能確保通信管道及設備正常使用。未來，相信隨著科技的發展，通信管道監測系統在機電施工方面的應用將會更加廣泛。