羅田水庫—鐵崗水庫輸水隧洞工程全線光纜敷設研究

江志明 賀徽 王成明 付豪 葉倍穎 梁志開

摘要：為解決長距離有壓輸水隧洞內(nèi)光纜敷設及光纜進出有壓輸水鋼管等難題，以深圳羅田水庫—鐵崗水庫輸水隧洞工程為例，通過對傳統(tǒng)光纜敷設方式對比研究及多專業(yè)融合討論，提出了一種安全可靠的整體敷設方案。方案內(nèi)容包括：① 在主干輸水隧洞內(nèi)可利用隧洞內(nèi)行車道提前預埋鋼管和硅芯管敷設光纜。② 在特定位置設置施工檢修手孔，采用特殊混凝土回填方式。③ 光纜進出輸水鋼管處精細化設計方案，保證密封防水和光纜轉(zhuǎn)彎半徑滿足要求。研究成果解決了項目全線光纜敷設的難題，可為類似工程光纜敷設方式提供參考。

關鍵詞：光纜敷設； 有壓輸水隧洞； 水利專網(wǎng)； 信息傳輸； 長距離輸水工程

中圖法分類號： TV672.1

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.037

0引 言

引調(diào)水工程是緩解水資源時空分布不均和社會用水供需矛盾的重大戰(zhàn)略舉措［1-2］，其中長距離輸水隧洞工程作為解決各城市用水不均衡的重要方法，已成為當前引調(diào)水工程的熱點［3］。水利通信專網(wǎng)合理有效的應用于水利信息化建設中，可以充分發(fā)揮水利信息專網(wǎng)的作用［4-6］，推動水利信息化更好更快地實現(xiàn)和發(fā)展［7-8］，為構(gòu)建此類工程水利信息化平臺的數(shù)據(jù)傳輸通道，保障各建筑物語音、輸水自動化控制、視頻監(jiān)控、安全監(jiān)測等系統(tǒng)信息的安全可靠傳輸和指令下達，需要沿輸水線路敷設光纜并在沿線各主要建筑物成端［9-10］。由于長距離輸水隧洞工程不可避免會穿越復雜地形或城市建設區(qū)［11］，光纜不便沿地面敷設，因此光纜在有壓隧洞內(nèi)的敷設方案以及進出輸水鋼管方案成為此類工程急需解決的難題。長距離有壓隧洞輸水項目快速發(fā)展［12］，目前國內(nèi)外對于自建專網(wǎng)組網(wǎng)的光纜敷設方案的研究較少，因此，亟需研究出一種安全可靠的整體敷設方案。

1工程概況

羅田水庫—鐵崗水庫輸水隧洞工程是珠江三角洲水資源配置工程在深圳市內(nèi)配套的兩個項目之一，輸水隧洞跨越城市建成區(qū)，信息傳輸安全性要求高［13］。該工程輸水規(guī)模260萬m3/d，供水人口超過150萬人，工程等別為I等，工程規(guī)模為大（1）型。工程主要任務是將西江來水在深圳境內(nèi)進行合理的分配和使用，實現(xiàn)新增境外水的優(yōu)化配置，保障西部片區(qū)的城市生活及生產(chǎn)用水要求。

該工程沿輸水隧洞分別設置有取水口、閥室、分水井、交通洞、出水口等10多處建筑物（圖1）。輸水干線長約21.64 km，隧洞為圓形有壓鋼管，直徑5.2 m，洞底部設置寬2.5 m的檢修車道。

2設計思路

2.1公網(wǎng)和自建專網(wǎng)方案比選

從技術(shù)層面、安全層面和經(jīng)濟層面比較［14］，采用自建專網(wǎng)的方式，安全可靠，可以避免地震、雨雪、冰凍等自然災害導致網(wǎng)絡基礎設施癱瘓緊急情況下信息的傳送或緊急指令的下達受阻，并且后期幾乎無費用支出，避免公網(wǎng)租賃運行期長期高額的運營商租賃費用。

2.2自建光纜敷設路徑比選

由于項目位于深圳市區(qū)，地面居民區(qū)商業(yè)區(qū)較多，光纜如沿地面敷設，無論架空還是地埋，都面臨征地和穿越城市區(qū)的問題。因此，光纜沿地面敷設的方案難以實施，不予考慮，只能沿地下敷設。由于工程隧洞大部分采用TBM鉆孔的施工方式，輸水鋼管與開挖洞之間空間較小且無法設置敷設檢修手孔，光纜無法沿輸水鋼管與開挖洞之間敷設。因此，光纜只能沿有壓輸水鋼管內(nèi)側(cè)敷設。

2.3光纜選型

考慮到有壓隧洞常年水下運行工況，光纜選型需滿足光纜網(wǎng)的安全性，光纖采用G.652單模光纖，光纜采用海底光纜。

2.4光纜在有壓隧洞內(nèi)敷設

考慮到輸水主干線有壓鋼管底部設置有中心線位置厚3.1 m、寬2.5 m的混凝土行車道，光纜在主干輸水隧洞內(nèi)敷設可利用行車道提前預埋鋼管。另外，為了避免光纜施工過程和運行期間受損傷，預埋鋼管內(nèi)穿硅芯管后再進行光纜敷設。

2.5手孔設置

為了方便施工，考慮在直線的一定距離間隔和轉(zhuǎn)彎處設置手孔。手孔內(nèi)必須方便光纜施工，保證海底光纜最小轉(zhuǎn)彎半徑，并密閉防水，因此手孔的大小要有足夠空間。為了方便后期檢修、維護，防止混凝土焊死手孔內(nèi)硅芯管，同時保證手孔混凝土回填后有足夠強度并且防止手孔內(nèi)稀泥流入硅芯管，對于手孔內(nèi)混凝土回填也需要做特殊處理。

2.6光纜穿有壓輸水鋼管

光纜穿出有壓輸水鋼管處必須嚴密防水，并且保證光纜最小轉(zhuǎn)彎半徑，同時還要考慮有壓隧洞運行工況下穿出處需長期保證牢固可靠等因素，光纜穿出有壓隧洞處的方案也需要精細化設計，確保萬無一失。

3具體方案

3.1光纜在有壓隧洞內(nèi)敷設方案

主干線光纜敷設方案：在隧洞內(nèi)混凝土檢修平臺內(nèi)中心線位置預埋2根108×6鋼管，在管道轉(zhuǎn)彎處設置手孔，直線段每隔150 m設置1個手孔，光纜沿管道穿鋼管并套40/33硅芯管敷設，在進水塔、閥室、分水井、交通洞、出水塔等處穿鋼管引出至工作平臺（機房），光纜敷設完成后，將手孔先澆筑干硬性混凝土覆蓋硅芯管后再澆筑混凝土密封防水，詳見圖2。

3.2手孔設置方案

主干線管道轉(zhuǎn)彎處設置手孔，直線段每隔150 m設置1個手孔。手孔內(nèi)結(jié)構(gòu)方案：為保證牽引光纜施工過程中光纜的轉(zhuǎn)彎半徑r≥0.5 m，手孔長度應≥2r，因此，設置手孔長1.2 m、寬0.5 m。手孔內(nèi)部用108×6鋼管和40/33硅芯管截斷，事先在兩管之間套上1.1 m長的50/41硅芯管，施工前滑入108×6不銹鋼管內(nèi)，以保證施工過程中有足夠空間，待施工完成后，將此50/41硅芯管滑入手孔并在兩頭用套管抱箍擰緊固定，保證密封防水。手孔布置平面圖見圖3。

手孔回填方案：首先回填165 mm厚的干硬性混凝土覆蓋鋼管、硅芯管，混凝土硬化后既有一定的強度，可防止運行階段混凝土稀釋流入鋼管硅芯管內(nèi)造成堵塞；同時強度也不如普通混凝土那樣堅硬，能避免后期光纜檢修打開手孔時候，鋼管硅芯管與混凝土完全粘附在一起，從而無法在不損壞鋼管硅芯管前提下進行檢修。干硬性混凝土回填后再回填150 mm厚普通混凝土與行車道持平，保證手孔有足夠的強度硬度，防止在運行期發(fā)生裂縫滲水。手孔回填剖面圖見圖4。

3.3光纜穿有壓輸水鋼管方案

光纜在進水塔、閥室、分水井、交通洞、出水塔等處，穿越輸水管線引出，穿越處和引出至建筑物段預先埋設57×3.5鋼管，并在穿越處和建筑物內(nèi)引出處做密封防漏水處理。

在光纜進出的建筑物附近設置手孔，在手孔內(nèi)采用規(guī)格為57×3.5的不銹鋼管以傾斜一定角度的方式穿出輸水鋼管，在穿出處做好焊接密封處理。不銹鋼管的一側(cè)彎曲至水平，然后與50/41硅芯管通過密水橡膠和密水穿纜器連接，保證密封防水，詳見圖5。同時在108×6鋼管側(cè)焊接一個支架，保證硅芯管和57×3.5不銹鋼管水平無縫隙對接，支架詳見圖6。最后不銹鋼管的另一側(cè)穿出輸水鋼管后再沿輸水鋼管外側(cè)底部通過一定弧度斜向上埋設至地面建筑物內(nèi)，并且避開輸水鋼管外圈的止水環(huán)；整個路徑中轉(zhuǎn)彎位置均需保證大于光纜的小轉(zhuǎn)彎半徑。不同建筑物工況光纜出輸水鋼管后埋設的方式不同，同時在建筑物出口管口處做密水穿纜器處理，詳見圖7～8。

4結(jié) 語

光纜敷設方案中利用有壓隧洞內(nèi)的行車道預埋不銹鋼管，再套硅芯管的敷設方式既能方便光纜牽引，又能很好地保護施工過程和運行期間的光纜。

手孔設置方案中轉(zhuǎn)彎處和直線段每隔150 m設置手孔，可保證施工的可操作性，光纜能順利敷設；手孔內(nèi)兩種不同管徑的硅芯管以及不銹鋼采用相互嵌套的巧妙方式，可保證光纜敷設時候作為轉(zhuǎn)接手孔正常敷設，光纜敷設完成后又可保證手孔內(nèi)硅芯管的密封，解決了這種特殊工況下方便施工和施工后密封難以兼顧的難題；另外手孔的回填方式解決了手孔密封不滲水和后期檢修難度大的問題。

光纜穿有壓輸水鋼管方案中不銹鋼管穿出輸水鋼管的處理方式解決了輸水鋼管和不銹鋼管牢固密封防水的問題，滿足了光纜敷設過程中光纜最小轉(zhuǎn)彎半徑的要求；光纜穿出的手孔內(nèi)硅芯管和不銹鋼管的處理方式解決了接口處不易密封的問題；光纜穿出輸水鋼管后結(jié)合具體建筑物的預埋管埋設方式以及建筑物內(nèi)不銹鋼管的接口處理方式，在保證光纜轉(zhuǎn)彎半徑的前提下，又解決了不易穿出地面、出口容易滲水等問題。

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（編輯：黃文晉）