成 昊

（蘇州電力建設(shè)工程有限公司）

0 引言

電纜機(jī)械敷設(shè)的動(dòng)力主要來(lái)自牽引機(jī)的牽引力和電纜輸送機(jī)的推送力。牽引敷設(shè)時(shí)，將牽引頭或牽引網(wǎng)套與電纜端部固定，通過(guò)牽引設(shè)備將電纜從起點(diǎn)拖向終點(diǎn)，該牽引方式作用點(diǎn)單一，電纜受力集中，導(dǎo)致敷設(shè)終點(diǎn)處所需牽引力超過(guò)許用牽引力，對(duì)電纜造成破壞。姜樸［1］采用中繼牽引輔助的方式為超長(zhǎng)電纜敷設(shè)提供了解決方案，在中繼點(diǎn)和終點(diǎn)分別設(shè)置牽引機(jī)械，當(dāng)?shù)谝徽钩屉娎|牽引至中繼點(diǎn)后，改用第二牽引機(jī)繼續(xù)牽引，第一展程后續(xù)電纜利用中繼點(diǎn)處的牽引機(jī)采取鋼絲網(wǎng)套輔助牽引，該方法已成功應(yīng)用于6~35kV、120~300mm2電力電纜敷設(shè)，并可以減少中間接頭的設(shè)置。但是，中繼點(diǎn)位置的選定存在困難，距離過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致電纜無(wú)法完成第一展程的牽引，選擇距離過(guò)短，則會(huì)增加中繼間及牽引設(shè)備。賴萬(wàn)斌［2］等對(duì)牽引系統(tǒng)調(diào)控做了設(shè)計(jì)，系統(tǒng)以S7-1500 PLC 為核心控制器，控制牽引機(jī)和電動(dòng)滾輪的驅(qū)動(dòng)，用超聲波傳感器檢測(cè)電纜張力狀態(tài)，通過(guò)PID 運(yùn)算調(diào)整電纜盤的放卷速度，實(shí)現(xiàn)電纜恒張力敷設(shè)，提高了電纜敷設(shè)的質(zhì)量及自動(dòng)化程度。王麗霞等［3］從適用范圍、施工質(zhì)量、敷設(shè)時(shí)長(zhǎng)、成本及敷設(shè)效果等5 個(gè)方面對(duì)人工敷設(shè)方式、機(jī)械牽引方式、變頻卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引方式進(jìn)行對(duì)比，得到結(jié)論認(rèn)為以變頻卷?yè)P(yáng)機(jī)為主要牽引設(shè)備，輔以履帶輸送機(jī)和導(dǎo)向滑輪組有著良好的應(yīng)用效果。

1 輸送機(jī)敷設(shè)研究進(jìn)展

如今更多的做法是，在電纜敷設(shè)路徑上放置電纜輸送機(jī)，將端頭牽引力分散至電纜外護(hù)套上，構(gòu)成牽引機(jī)與電纜輸送機(jī)組合敷設(shè)的牽引方式。史芳磊［4］針對(duì)液壓升降平臺(tái)在大截面高壓電纜敷設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，認(rèn)為傳統(tǒng)的電纜敷設(shè)時(shí)輸送機(jī)在具體應(yīng)用中僅適用于110kV 及以下電纜工作井與電纜排管通道，電纜敷設(shè)完成后，需要采用手板葫蘆或者人海戰(zhàn)術(shù)將電纜抬上支架，為改善這一不足，提出電纜輸送機(jī)液壓升降平臺(tái)這一方法，解決輸送機(jī)高度放置的難題。彭衛(wèi)權(quán)［5］在電纜敷設(shè)路徑直線段每隔30m~50m以及拐彎點(diǎn)前5~10m 分別設(shè)置了電纜輸送機(jī)，并采用集中控制的方式完成了多條電纜的線路敷設(shè)。

劉寧［6］以10kV配電工程電纜施工項(xiàng)目為例，提出在具體施工中，每間隔3m-5m 就安置一個(gè)滾輪，在直線段的位置上，滾輪要保證處在同一條直線上。如果存在著拐彎的問(wèn)題，技術(shù)人員則需要明確滾輪的轉(zhuǎn)角，這樣才能保證滾輪安放工作的科學(xué)進(jìn)行，通過(guò)合理布設(shè)滾輪減少電纜敷設(shè)中的摩擦問(wèn)題，同時(shí)有助于提高電纜敷設(shè)效率。

鄧輝等［7］采用多臺(tái)電纜輸送機(jī)和牽引機(jī)組合的方式完成了截面積范圍在300~630mm2，總長(zhǎng)度6.82萬(wàn)m的敷設(shè)施工，同時(shí)給出了兩臺(tái)牽引機(jī)接力牽引時(shí)的切換方案。

在電纜橋架敷設(shè)中，電纜首先輸送到橋架附近的地面，隨后通過(guò)人工抬送至橋架。該方式不僅消耗大量人力和工期，同時(shí)還存在安全與質(zhì)量隱患，朱伯理［8］將放線滑輪通過(guò)大力鉗固定在橋架側(cè)板上，結(jié)合電纜敷設(shè)機(jī)的輸送，使電纜直接在橋架上完成敷設(shè)。該工藝適用10kV 及以下的所有電纜，具有成本低廉、拆裝快速、施工靈活、敷設(shè)質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)，已在多項(xiàng)工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用。

2 其他敷設(shè)方式研究進(jìn)展

當(dāng)電纜采用排管敷設(shè)時(shí)，牽引中的電纜與管道壁面直接接觸產(chǎn)生很大的摩擦阻力。盡管在電纜外層涂布潤(rùn)滑劑可以有效減小摩擦阻力，但減小幅度有限，需要采取措施進(jìn)一步降低敷設(shè)的阻力。

圖1 電纜敷設(shè)示意圖

曾會(huì)翔等［9］改變了傳統(tǒng)的牽引方式，創(chuàng)造性地提出電纜氣吹法敷設(shè)工藝，通過(guò)壓縮空氣形成一個(gè)可控的均勻推力推動(dòng)氣封活塞拉動(dòng)電纜，同時(shí)由吹纜機(jī)液壓履帶給電纜提供一個(gè)向前的推力，電纜以懸浮狀態(tài)在管道中快速穿行，但是氣吹法難以完成較粗較重的電纜敷設(shè)。作者以桂柳高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目為例，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面比較分析高速公路路側(cè)電纜氣吹敷設(shè)和直埋敷設(shè)的優(yōu)劣，最終比較分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上，氣吹法較直埋法都是高速公路路側(cè)電纜敷設(shè)的更優(yōu)選擇。

通過(guò)理論分析得出了水敷法敷設(shè)光纜的可行性，利用大功率推進(jìn)機(jī)械將光纜推進(jìn)管道中，同時(shí)水泵把高壓水打入管道，產(chǎn)生一個(gè)很大的拉力，輔助光纜在管道內(nèi)的輸送，不過(guò)該工藝缺少試驗(yàn)及實(shí)際工程應(yīng)用的報(bào)道，其可行性有待驗(yàn)證［10］。

對(duì)利用滾輪裝置輔助橋架電纜敷設(shè)的施工技術(shù)進(jìn)行了分析，認(rèn)為通過(guò)在滾輪傳送電纜時(shí)使用鋼絞線牽引，并在敷設(shè)裝置的滾輪上加裝摩擦橡膠，通過(guò)牽引機(jī)與滾輪結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了在橋架上機(jī)械化敷設(shè)電纜［11］。在某商務(wù)中心工程中采取了滾輪裝置輔助橋架電纜敷設(shè)技術(shù)，該工程由3 棟超高層寫字樓組成。利用滾輪裝置輔助橋架電纜敷設(shè)的施工技術(shù)在商務(wù)中心工程中，實(shí)現(xiàn)了3000m橋架電纜的機(jī)械化敷設(shè)。首先將電纜從橋架一端通過(guò)支撐裝置，卡件經(jīng)過(guò)毛刷清理引入橋架，由橋架前端滾輪裝置的鋼索絞盤使用鋼絞線和活動(dòng)鎖扣固定牽引。通過(guò)加裝橡膠皮的滾輪裝置，在橋架上方滑動(dòng)，橋架上每隔一定距離安裝一套滾輪裝置。滾動(dòng)裝置主要由滾動(dòng)軸承、鋼板、加裝橡膠皮的鋼管組成，鋼管套裝在軸承上自由滾動(dòng)，配合鋼索絞盤牽引敷設(shè)電纜。

除此之外，也有人嘗試采用管道機(jī)器人進(jìn)行電纜牽引敷設(shè)并進(jìn)行了一些試驗(yàn)［12-13］，但從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看來(lái)，其牽引力過(guò)小，其應(yīng)用范圍有限，僅適用于電纜牽引繩的穿管工作。

基于TMS320DM6446 主控芯片的嵌入式控制系統(tǒng)、高性能的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、多傳感器組成的檢測(cè)單元及可靠的無(wú)線/有線雙傳輸鏈路使機(jī)器人能輔助電纜管道排管作業(yè)和施工驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)利用機(jī)器人輔助電纜敷設(shè)。檢測(cè)單元能獲取視頻圖像、管內(nèi)溫度、排管坡度和電纜局部放電量等檢測(cè)信息。

從電纜排管疏通監(jiān)視系統(tǒng)的工作原理入手，明確了管道機(jī)器人的基礎(chǔ)，即NXP 的32 位ARM7TDMI-S內(nèi)核芯片LPC2119和LPC2292，在此基礎(chǔ)上分析了機(jī)器人技術(shù)在地下管道環(huán)境中電纜敷設(shè)的應(yīng)用，降低了地下電纜敷設(shè)的難度，充分發(fā)揮機(jī)器人在惡劣環(huán)境下的作用，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新［14］。

李江華等［15］以132kV 單芯高壓電纜敷設(shè)為研究對(duì)象，對(duì)76/132 （145） kV Cu/XLPE/Lead+Copper wire/HDPE，1Cx1600mm2規(guī)格的電纜敷設(shè)方式進(jìn)行了分析，該項(xiàng)目電纜敷設(shè)于混凝土電纜溝中，每回3根（3 相）采用品字形布置，電纜每隔1.5m 用不銹鋼品字形卡捆綁固定。電纜敷設(shè)過(guò)程中要經(jīng)過(guò)3 個(gè)拐彎，其中1個(gè)拐彎為90°，穿越3組過(guò)路套管組，該電纜單根長(zhǎng)度480m、截面大且敷設(shè)穿越難度大。該工程在電纜敷設(shè)中，前端采用牽引機(jī)牽引、中間采用輸送機(jī)輸送、尾部采用自行設(shè)計(jì)的自轉(zhuǎn)動(dòng)力胎具（如圖2）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)輸送的方式進(jìn)行敷設(shè)。自轉(zhuǎn)動(dòng)力胎具主要用于尾部輸送，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作人員可以在敷設(shè)過(guò)程中能夠靈活地利用按鈕控制電動(dòng)機(jī)的啟停，并借助自轉(zhuǎn)動(dòng)力胎具實(shí)現(xiàn)電纜放線速度的控制，放線速度約為 6m/ min。首先啟動(dòng)自轉(zhuǎn)動(dòng)力胎具，指揮輸送機(jī)和牽引機(jī)同時(shí)開(kāi)機(jī)啟動(dòng)，根據(jù)電纜輸送位置進(jìn)行順序啟動(dòng)。電纜在牽引機(jī)牽引下進(jìn)入電纜輸送機(jī)時(shí)停止?fàn)恳瑢㈦娎|夾緊在橡膠履帶之間，然后同時(shí)開(kāi)動(dòng)牽引機(jī)和電纜輸送機(jī)，直至電纜進(jìn)入最后一臺(tái)電纜輸送機(jī)，此時(shí)便可以進(jìn)行整條電纜的拖放敷設(shè)作業(yè)。

圖2 自制自轉(zhuǎn)動(dòng)力胎具

3 結(jié)束語(yǔ)

電纜敷設(shè)新工藝新技術(shù)極大地降低了施工作業(yè)難度，提高了工作效率、減少了工程成本、保障了施工質(zhì)量，但由于施工作業(yè)中的限制因素眾多，新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用仍存在許多不足與缺陷。在多機(jī)互聯(lián)協(xié)同控制中，自控設(shè)備的安裝及通道占用使有限空間作業(yè)受到更多的限制。在敷設(shè)參數(shù)監(jiān)控中，測(cè)量單元的安裝方式及位置對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響缺乏進(jìn)一步的研究。在小空間、高落差環(huán)境敷設(shè)，小型機(jī)械設(shè)備動(dòng)力不足且功能單一，需要人工輔助配合。在長(zhǎng)距離作業(yè)環(huán)境中，施工人員之間的通訊和人機(jī)協(xié)同控制存在難度。在排管敷設(shè)中，摩擦阻力與許用牽引力之間的矛盾仍是限制長(zhǎng)距離敷設(shè)的關(guān)鍵。機(jī)器人施工具有諸多優(yōu)勢(shì)，但在動(dòng)力提供方式、異常情況的自救能力、復(fù)雜結(jié)構(gòu)管道中的通行及通訊方面仍有待改進(jìn)。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電纜施工技術(shù)將朝著更加智能化、輕巧化、模塊化的方向發(fā)展。