Механические нагрузки при затягивании ОК в каналы кабельной канализации и меры по их ограничению

При разработке технологий прокладки ОК необходимо учитывать повышенные строительные длины ОК, относительно низкий уровень допустимых механических нагрузок на ОК и соответственно их ограничение при прокладке кабеля.

При затягивании ОК в каналы кабельной канализации ОК под воздействием растягивающих усилий в его конструктивных элементах возникают напряжения, что может привести к изменению передаточных характеристик кабеля (увеличению затухания ОВ), обрыву ОВ, появления дефектов в ОВ, из-за которых возрастет затухание волокна и произойдет его разрушение в дальнейшем. Растягивающее усилие Т зависит от массы единицы длины кабеля Р₀, коэффициента трения К _т, длины кабеля l и характера трассы кабельной канализации. Эту величину можно определить по следующим формулам:

для прямолинейного участка

Т _п = Р₀ l К _т;

для поднимающегося и опускающегося участков с углом наклона a

Т _a = Р₀ l (К _т cosa ± sina);

Коэффициент трения между оболочкой ОК и каналом кабельной канализации зависит от диаметра кабеля, скорости тяжения и параметров канала кабельной канализации. Для полиэтиленовых труб он равен 0,29, для асбоцементных - 0,32, для бетонных - 0,38.

Таблица 5.1 Предельные длины ОК для затягивания в канализацию

Масса ОК, кг/км	Предельная длина ОК в полиэтиленовой оболочке для затягивания в каналы, м
	Бетонные	Асбоцементные	Полиэтиленовые
	с допустимым усилением, Н

В табл.5.1 приведены расчетные значения предельной длины ОК, затягиваемого в канал за один конец. Из таблицы видно, что при допустимом для городских ОК тяговом усилии 1200 Н возможность протягивания кабеля за один конец при строительной длине 2 км не всегда обеспечивается даже на прямолинейном участке.

Затягивание кабеля в канал кабельной канализации неизбежно связано с его изгибами. При этом на изгибах имеет место поперечное сжатие ОК. Малые радиусы изгиба ведут к возникновению и развитию дефектов ОВ, которые в свою очередь могут вызвать увеличение потерь в волокне и разрушение его как при прокладке в кабельной канализации, так и в дальнейшем при эксплуатации. При изгибах трассы кабельной канализации растягивающее усилие, прикладываемое к кабелю, возрастает. Увеличение тягового усилия на изгибе трассы на угол a рассчитывается по формуле:

Т _изг = Т _п ехр(aК _т )

При этом боковое давление на кабель:

Р = Т _изг / R _изг,

где R _изг - радиус изгиба кабеля.

На рис. 5.2 приведены графики изменения тягового усилия в зависимости от длины кабеля. Если не применять специальные меры, то при затягивании ОК возникает его осевое закручивание. Кроме того, кабель, проложенный в канализации, в процессе его эксплуатации также может подвергаться механическим воздействиям. В частности, таким воздействиям подвергаются уже проложенные в каналах кабели при заготовке канала для прокладки другого кабеля (особенно заготовке металлическими палками, в заиленных каналах и т.д.), докладке тяжелых массивных кабелей, вытяжке уже проложенных кабелей из канала.

Рассмотрим меры, применяемые для защиты ОК от механических перегрузок при прокладке и эксплуатации их в кабельной канализации. На рис. 5.3 представлены зависимость тягового усилия от длины прокладываемого кабеля и основные методы увеличения этой длины, а именно: увеличение допустимого тягового усилия (I), уменьшение коэффициента трения (II) и применение тяговой системы с распределением тягового усилия (III).

Допустимое тяговое усилие определяется в основном выбором типа кабеля, что ограничивает применение этого способа. Меры же по снижению коэффициента трения применяются во всех случаях прокладки ОК в канализации. В основном они сводятся к использованию: механизма вращения барабана и тягового каната (троса) оптимальных конструкций; вспомогательных (защитных) пластмассовых трубок (субканалов).

Защитные трубки прокладываются в канале кабельной канализации. Они фактически разделяют канал, позволяют оставлять место для последовательной прокладки новых кабелей и обеспечивают защиту проложенных в них ОК в процессе эксплуатации при производстве работ в данном канале кабельной канализации. В одном канале кабельной канализации (диаметром 100 мм) располагаются не более трех-четырех вспомогательных трубок диаметром 32 мм. Эти трубки обычно изготавливаются из полиэтилена низкого давления и маркируются ПНД-32.

Рис. 5.2. Зависимость тягового усилия от длины ОК:

а - при разных видах канализации (1 - бетонная, 2 - асбоцементная, 3 - полиэтиленовая); б - при различных углах изгиба.

Рис. 5.3. Зависимость тягового усилия от длины прокладываемого кабеля и основные
методы увеличения этой длины.

Применение вспомогательных трубок позволяет существенно снизить коэффициент трения кабеля (троса) при затягивании кабеля и создает условия для прокладки ОК большей длиной. Наиболее распространены гладкие вспомогательные трубки. Более эффективны с точки зрения уменьшения трения гофрированные вспомогательные трубки. Известно также применение вспомогательных трубок ребристой конструкции, которые обладают более высоким пределом прочности на растяжение по сравнению с гофрированными и меньшим коэффициентом трения по сравнению с гладкими трубками. Кроме того, наружные ребра трубок обеспечивают линейность прокладки их в главном канале.

Помимо рассмотренных трубок, распространение нашла конструкция вспомогательного трубопровода, представляющего собой две полиэтиленовые трубы, соединенные перемычкой. Отдельные зарубежные фирмы поставляют барабаны с ОК, размещенным в пластмассовой трубке диаметром 32 мм, строительной длиной до 4 …6 км. Габаритные размеры барабанов: высота 264 см, ширина 223 см. В этом случае трубку затягивают в канал совместно с ОК.

Для уменьшения трения при затягивании кабеля во вспомогательный трубопровод можно использовать смазочные материалы на основе минеральных масел. Выбор смазки очень важен. Она должна быть безопасна и безвредна для кабеля, окружающей среды и обслуживающего персонала. Однако смазка - это трудоемкий и длительный процесс, вызывающий загрязнение каналов и колодцев. Не исключено прилипание кабеля к трубе. По необходимости смазка может применяться только в первом или в промежуточных колодцах.

В Японии применяются микрошарики из нейлона диаметром 200…500 мкм, которые либо наносятся на кабель в колодцах, либо выстреливаются в трубу специальным пистолетом. Микрошарики позволяют резко снижать коэффициент трения, так как кабель в данном случае не скользит, а катится. Для труб из полиэтилена он уменьшается от 0,25… 0,5 до 0,045… 0,06.

В Германии для затягивания ОК используют систему вдувания. Перед прокладкой кабель присоединяется к поршню с помощью кабельного захвата. На конец трубопровода крепится ниппель для сжатого воздуха, снабженный уплотнительным кольцом, и устанавливается приводной механизм двигателя. При подаче сжатого воздуха поршень, находящийся в трубе, движется вперед, затягивая за собой кабель. Скорость вдувания потока воздуха регулируется. Система вдувания обеспечивает прокладку кабеля длиной 2000 м и более.

Между длиной ОК и скоростью протягивания существует зависимость: чем длиннее кабель, тем медленнее осуществляется протягивание его в трубопроводе. Скорость протягивания определяется до начала прокладки с учетом характера трассы. Она плавно увеличивается после начала протягивания и затем поддерживается постоянной. Рывки недопустимы. При использовании материалов, уменьшающих трение, скорости протягивания могут достигать на прямолинейных участках 10…30м/мин, а в изогнутых трубах - 3…10 м/мин.

Наиболее эффективным способом затягивания больших длин ОК в канализацию является распределения тягового усилия по длине кабеля, что достигается с помощью промежуточных тяговых устройств. Известны автоматические тяговые устройства, применяемые в качестве промежуточных. К лебедке, используемой для промежуточного тяжения кабеля, предъявляются следующие требования:

- тяговое усилие промежуточной лебедки должно быть меньше допустимого натяжения кабеля и стабильным;

- давление на кабель не должно быть большим, так как это может привести к сплющиванию кабеля;

- лебедка должна быть компактной и легкой с тем, чтобы ее можно было монтировать в условиях кабельного колодца.

Помимо рассмотренных способов при затягивании ОК большими длинами применяется вариант организации работ, когда вся длина кабеля затягивается ступенями с образованием и последовательной выборкой петель. Наиболее распространен способ прокладки кабеля в обе стороны участка кабельной канализации, когда сначала кабель с барабана прокладывается в первую половину участка, а затем оставшийся на барабане кабель сматывается и, в зависимости от имеющегося места, укладывается "восьмерками" или "петлями" (рис. 5.4). Затем прокладка кабеля продолжается во вторую половину участка кабельной канализации.

На практике иногда возникает необходимость прокладывать ОК в каналы, занятые электрическими кабелями. При этом появляется опасность повреждения ОК при его затяжке по причине заклинивания, а также при проведении ремонта ранее проложенных электрических кабелей. В таких случаях необходимо длины прокладываемого ОК выбирать так, чтобы избежать превышения допустимого для данного типа кабеля нагрузки.

Для предотвращения повреждения кабеля и получения требуемого радиуса изгиба на входе и выходе канала кабельной канализации, а также в угловых колодцах применяется специальное оборудование, включающее направляющие устройства и обеспечивающее плавный поворот прокладываемого кабеля. При коэффициенте трения 0,5 и угле поворота трассы прокладки 90° усилие тяжения возрастает в 2,2 раза по сравнению с усилием тяжения на прямолинейном участке такой же длины. Применение же специальных направляющих устройств и приспособлений позволяет снизить коэффициент трения до 0,2, а тяговое усилие до 40%. Для предотвращения осевого закручивания ОК предусматриваются компенсаторы кручения.

Рис. 5.4. Укладка кабеля "восьмерками" или "петлями" при размотке
с кабельного барабана.

Следует отметить, что механические нагрузки на кабель в процессе его прокладки в канализации во многом определяются случайными факторами. Поэтому при прокладке ОК обязательным является использование устройств, обеспечивающих измерение и ограничение (управление) силы натяжения, фактически действующей в кабеле. Измерение тягового усилия производится либо в начале кабеля, либо на лебедке, поскольку именно в этих точках сила натяжения, действующая на кабель, максимальна.

Измерение тягового усилия в начале кабеля дает возможность оценить величину натяжения, реально действующую в кабеле, а также избежать превышения максимально возможного тягового усилия. Для этого требуется оборудовать лебедки тягово-измерительным тросом, который позволяет передавать информацию о тяговом усилии от головки кабеля к регистратору лебедки (по медному проводу, вмонтированному в кабель). Эти тросы должны выдерживать значительные перегрузки, поскольку возможны случаи, когда натяжение в начале кабеля еще не достигнуто, но уже действует в тросе. Поэтому целесообразно контролировать усилие между началом кабеля и лебедкой. Этот метод измерения связан с повышенной стоимостью протягивания единицы длины кабеля.

Более простой способ - использование барабанной лебедки с обычным стальным тросом, оборудованной чувствительным измерительным прибором (ограничителем тяжения) и устройством регистрации. Достоинства этого способа - использование простых лебедок, измерительного (ограничительного) устройства и обычного троса, который дешевле тягово-измерительного по крайней мере в 5 раз, что не требует дополнительного обучения обслуживающего персонала. При этом обеспечивается безопасное протягивание кабеля, поскольку сила натяжения в начале кабеля всегда меньше силы, регистрируемой на лебедке.

Подводя итоги этому важному вопросу, отметим следующее. Для снижения механических нагрузок при затягивании кабеля в канализацию целесообразно при строительстве канализации применять между колодцами цельные полиэтиленовые трубы, что обеспечивает герметичность каналов. Применение асбоцементных труб всегда сопровождается неизбежным смещением их центров на стыке, что приводит к увеличению коэффициента трения. Кроме того, соединение асбоцементных труб при помощи стальных манжет или полиэтиленовых муфт не обеспечивает герметичность каналов, поэтому в каналах появляются ил и вода. Сегодня следует отдавать предпочтение современным технологиям строительства кабельной канализации. Например, с применением пластиковых многоканальных кабелепроводами, называемых мультиканалами, Чешской фирмы «Сител» [12].

Мультиканалы имеют блочную конструкцию и составляются из 4-, 6-, 9-канальных базовых профилей. Блоки легко соединяются между собой металлическими скобами и имеют резиновую прокладку, обеспечивающую необходимую плотность стыка. Существует большое количество различных вспомогательных конструкций для поворотов, ответвлений, стыковки со стандартной 100-миллиметровой канализацией и т.д. Данная технология успешно применяется в последние годы в ряде стран Европы. В Чехии, например, проложено более тысячи километров кабельных магистралей с использованием пластиковых мультиканалов. Эта технология найдет широкое применение, поскольку она имеет неоспоримые преимущества по сравнению со стандартными решениями. Использование мультиканалов имеет ряд неоспоримых преимуществ:

- оперативность проведения работ;

- ведение строительства почти без цементных растворов, которые применяются только на вводах в колодцы;

- возможность осуществления работ без автокрана (при условии применения пластиковых колодцев);

- возможность сокращения числа рабочих и проведения работ небольшими бригадами и т.д.

Также следует отметить, что благодаря конструктивной прочности мультиканалов значительно повышается надежность кабельной канализации и увеличивается срок службы коммуникаций, достигается высокая стойкость к вибрациям, водостойкость и предотвращается заиливание каналов. Одним из основных преимуществ предлагаемой технологии является устойчивость к вертикальным нагрузкам. Мультиканалы выдерживают гарантированную нагрузку свыше 20 тонн. Все это значительно сокращает эксплуатационные расходы.

Пластиковые многоканальные кабелепроводы успешно могут прокладываться под автодорогами, по мостам, в разделительной полосе автодорог, вдоль железных дорог.

На рис. 5.5 показано строительство кабельной канализации, состоящей из 9-канальных блоков общей емкостью 45 каналов. На рис. 5.6 показаны составные части пластикового колодца.

Рис. 5.5. Строительство кабельной канализации из 9-канальных блоков

Рис. 5.6. Составные части пластикового колодца

В случае повреждения кабеля, проложенного в пластиковой канализации, доступ к каналам осуществляется весьма просто благодаря наличию специальных ремонтных секций различных типов (Рис. 5.7).

Нижняя часть

Эксплуатационный кабель

Горизонтальная разделяющая плоскость

Эксплуатационный кабель

Верхняя часть

Рис. 5.7. Специальные секции для ремонта поврежденной
канализации

В [12] отмечается, что пластиковые мультиканалы оказались достаточно прочными и надежными и выдержали испытание небывалым ранее наводнением в Чехии, которое сопровождалось значительными горизонтальными смещениями грунта. Это стало еще одним аргументом в пользу целесообразности применения мультиканалов.

Дата добавления: 2014-11-08