5.2. 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 /Ст, длины кабеля / и характера трассы кабельной канализации. Эту вели­чину можно определить по следующим формулам:

для прямолинейного участка

Тn = Po/KT

для поднимающегося и опускающегося участков с углом наклона α

Та = Po/ (KTcosα± sinα);

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
	600	1200	600	1200	600	1200
80	1975	3950	2340	4680	2950	5180
60	975	1975	1170	2350	1300	2600
140	660	1320	780	1560	860	1720

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 а рассчитывается по формуле:

Tизг = Tnexp(αKT)

При этом боковое давление на кабель:

P = Tизг/Rизг

где Rизг- 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.

I

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 киллометров 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. Мульти-каналы 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

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

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.