Процесс прокладки оптического кабеля в грунте

При устройстве линий передачи больших объемов информации чаще стал использоваться волоконно-оптический кабель. Такие сети называются ВОЛС. Он имеет много практических преимуществ и качественных характеристик. Но вместе с тем имеется и сложность в плане его монтажа. Основной структурный компонент – оптическое волокно – несколько ограничивает условия устройства трасс в глубине почвы из-за своей хрупкости. В процессе монтажа не допускается чрезмерный изгиб, растяжение и сильное механическое воздействие, из-за чего волокна могут быть деформированы или повреждены. Кроме того, структура довольно чувствительна к критично низким температурам, и при переохлаждении более чем -30 0С может разрушаться. Ввиду этих особенностей прокладка оптического кабеля в грунте должна выполняться в соответствии с нормативами СНиП, и регламентироваться правилами, утвержденными в последние годы.

Весь процесс прокладки ВОЛС в земле проводится в 2 этапа:

1. Подготовительный. Предполагает разработку нормативной документации, составление плана, проведение инженерных изысканий, земляных работ.

2. Основной. В его рамках выполняется устройство трасс, монтаж защитного оборудования.

Подготовительный этап

В подготовительной фазе учитываются особенности местности, необходимость монтирования линий не только в земле, но и по дну водоемов. Кроме того, проводится предварительный контроль всей проектной документации.

На втором этапе выполняются работы – ручные и механизированные – направленные на устройство опор, лотков, траншей и саму укладку кабеля в грунт.

Нормативные аспекты и инженерные изыскания

В период подготовки составляется план местности, проведение инженерных и геодезических изысканий, составляется проект. Эта часть процесса должна проводиться в соответствии со следующими правилами и руководствами:

1. Основные положения Р 50-601-40-93.

2. Руководство по устройству внутризоновых линий волоконной связи (1993 г.).

3. Комплексные нормы по монтажным работам и наладке оборудования цифровых РЛС, систем связи и нормы расхода материалов (1997 г.).

4. Правила проектирования, укладки, строительства и эксплуатационные нормы волоконно-оптических линий связи до 35 кВ.

5. Руководство РД.45.200-2001 по использованию сетей связи.

В целях обеспечения надежности прокладки и дальнейшей функциональности линий в грунт проводится комплекс инженерно-технических и геодезических изысканий. Их задачей является выявление особенностей местности, структуры почвы, характеристик ландшафта и климатических условий. Обычно в рамках подобных задач выполняются следующие процессы:

• гидрометеорологические исследования, направленные на изучение климатической зоны, уровня годовых осадков, зависимость от них состава и подвижности грунта;

• археологические изыскания – их целью является выявление возможных мест, имеющих ценность для истории, науки;

• инженерно-геодезические работы выполняются для определения возможных залежей полезных ископаемых;

• геодезические исследования – ставят целью выявление структуры грунта, особенности участка, определение размеров площади под устройство линии.

В процессе предварительной подготовки необходимо заручиться одобрением государственных ведомств. В частности – получить разрешение на ведение работ об отсутствии на земельной территории статуса ООПТ (особо охраняемой природной территории).

Аналогичным образом потребуется допуск от государственной инспекции, занимающейся охраной и сбережением объектов культурного наследия страны. В части территорий, по которым планируется вести магистрали информационных сетей, необходимо оформлять разрешительную документацию от собственников земельных ресурсов.

С целью обеспечения правил безопасности и надежной эксплуатации оптических кабелей для прокладки в грунте необходимо составить проект с учетом находящихся на территории инженерно-технических коммуникаций, газопроводных, нефтепроводных магистралей, подземных линий электроснабжения, а также дорог, рек, мостов и иных объектов инфраструктуры.

Земельные работы

Вторая часть подготовительного процесса для прокладки кабеля в грунт ставит целью выполнение земельных процессов. Они проводятся в несколько этапов:

• планировка всей длины трассы;

• определение места траншей и опор;

• рыхление грунта;

• рытье грунта на всей протяженности  дистанции,  где проектируется магистраль;

• устройство сквозных скважин ГНД под мостами, автотрассами, пешеходными зонами, инженерными коммуникациями;

• устройство колодцев для муфтовых состыковок и запасного ресурса самой ВОЛС, ревизионных шахт;

• рекультивация территории.

В процессе выполнения перечисленных задач проводится транспортировка строительного мусора, вывоз глины и песка для дальнейшего использования в строительстве. Одновременно проводится доставка необходимых материалов, оборудования, спецтехники.

При монтаже под объектами инфраструктуры выполняются сопутствующие процессы – демонтаж и восстановление дорожных покрытий, мостовых конструкций, линий электроснабжения.

Свойства грунта на участке

При обследовании земельной структуры на всей протяженности магистрали учитываются следующие характеристики грунта:

• влажность;

• сцепление;

• объемная масса;

• рыхление;

• плотность;

• угол естественного откоса.

В зависимости от сложности разработки, классификация грунтов осуществляется по 11 категориям, в которые входят:

1. глина;

2. песок;

3. жирная глина;

4. лесс и гипс;

5. известняк;

6. песчаник;

7. гнейсы и фюриты;

8. грунты без выветривания;

9. сильно выветрившиеся почвы;

10. со слабым выветриванием;

11. гнейсы и фюриты без выветривания.

Одновременно рассчитывается средний показатель объемной массы грунта в кг/м3, в состоянии высокой плотности. Он составляет от 1600 до 2000 кг/м3, в зависимости от структуры и типа глины, примесей песка, супеска, суглинка, с корневой системой или без корней.

Требования к оптическому кабелю

Прокладка ВОЛС в грунтах возможна исключительно при использовании марок с бронированной защитой. Характеристики материала брони и ее толщина зависят от свойств почвы – рыхлости, подвижности, а также от интенсивности заселения грызунами. Места стыков отрезков должны оборудоваться защитными муфтами и элементами заземления. Это необходимо для предотвращения угрозы перегорания, действия индукционных волн и электричества, а также от последствий ударов молнией.

В случаях устройства волоконно-оптических магистралей вблизи силовых сетей электроснабжения применяется диэлектрический кабель без металлических компонентов. Аналогичное требование касается работ вблизи железнодорожного полотна. В целях упрощения эксплуатации, ремонта и идентификации таких отрезков трассы устанавливаются соответствующие маркеры.

Подходящими вариантами для подземной прокладки кабелей являются образцы со средними параметрами раздавливающей нагрузки от 4 кН/100 мм и с нагрузкой на растяжение в пределах 7-80 кН.

При проектировании ВОЛС в грунт учитываются следующие характеристики усилий на растяжение оптического кабеля:

• для монтажа в ЗПТ – 1кН;

• в почвах, относящихся к 1-3 группам – до 2,5 кН;

• в почвах 4 и 5 групп – до 7 кН;

• на заболоченной местности до 2 метров глубиной – в пределах 7 кН;

• на заболоченной местности с слоем воды свыше 2 м – 20 кН.

При укладывании по дну водоемов соблюдаются требования по стойкости к растяжению ОК:

• на водных преградах 20 кН;

• на морских участках 50 кН.

Также учитываются характеристики стойкости к усилиям на раздавливание ОК, в кН/100 мм:

• в защитных трубах типа ЗПТ, асбестоцементных и канализации – 3;

• в грунтах 1-3 категории и на болотах с глубиной до 2 метров -4;

• в грунтах 4 или 5 категории – 7;

• в скальных породах, болотах свыше 2 м глубиной, на водных переходах, прибрежных морских участках – 10.

Компания АО МКФ предлагает несколько марок оптических кабелей для прокладки в грунт, отличающиеся по типу конструкции: ОКГЦ - марка с сердечником в виде трубки, ОКГМ - модель в модульном исполнении, и наличию диэлектрических свойств: ОКГЦд, ОКГМд.

Технология укладки ВОЛС в грунт

Устройство оптических сетей связи в грунте проводится с учетом технического задания, особенностей проекта, результатов инженерных изысканий. Применяется два способа:

1. Траншейный с монтажом в заранее подготовленную траншею.

2. Бестраншейный с применением механизации – кабелеукладчика либо оборудования для горизонтального направленного бурения.

На пересеченной местности без построек и коммуникаций целесообразен бестраншейный способ, при котором задействуются кабелеукладчики навесной или прицепной конструкции. В случае прокладки на участках с расположением трубопроводов, коммуникаций и прочих объектов, используется траншейный вариант. Подготовка траншей проводится либо вручную, либо экскаваторами. При расположении на большой глубине прокладка кабеля в траншее выполняется методом направленного горизонтального или наклонного бурения с использованием соответствующих установок. Таким же методом проводятся работы при пересечении с автомобильными дорогами. Метод ГНБ применяется в случаях пересечения с обширными разветвленными коммуникациями, реками, другими водоемами.

В условиях тесно расположенной инфраструктуры часто приходится обустраивать трассы траншейным методом. Из-за невозможности осуществления маневров спецтехника – установки ГНБ и кабелеукладчики – иногда не может быть использована. В этих обстоятельствах подготовка траншей выполняется вручную.

Поскольку оптическое волокно не обладает морозостойкостью, в условиях вечной мерзлоты и в регионах с суровым климатом работы по прокладке кабеля в грунт проводятся силами механизированных колонн. В их составе присутствуют бульдозеры, тракторы, экскаваторы, грейдеры и прочие средства механизации.

На участках со скальным ландшафтом прокладка кабеля может сопровождаться рисками оползней, камнепадов, селей, а также неустойчивостью спецтехники и риском ее опрокидывания. В подобных обстоятельствах применяются методы направленных взрывов, а также бетоноломы и экскаваторы с повышенной мощностью.

Во всех ситуациях на разных участках и при любых условий в проекте должна определяться глубина заложения кабеля. При траншейном методе средний уровень составляет примерно 1-1,2 м в глубину. При использовании установок ГНБ бурение может выполняться на глубину до нескольких десятков метров.

Траншейный способ

Вариант траншейной укладки может быть целесообразным при проведении нескольких линий одновременно в единой группе. Если позволяет ландшафт местности и площадь, подготавливается траншея с шириной, которая могла бы обеспечить движение спецтехники по ней.

На ограниченных площадях рытье грунта проводится вручную, а ширина траншеи может составлять 50-70 см. В отдельных случаях подготавливается мини-траншея, шириной до 10-12 см. Это может продиктовано стесненными обстоятельствами в условиях городских улиц, обширной инфраструктуры, расположении вблизи трассы магистралей инженерных коммуникаций. Также мини-траншея готовится на газонах, коттеджных и дачных участках, если проектом предусмотрено прохождение магистрали через их территорию.

При таком методе прокладки кабеля дно траншеи обязательно очищается от острых предметов и краеугольных камней, выравнивается. Одновременно обеспечивается малый радиус изгиба в местах поворотов. Разматывается кабель обычно с применением специальных механизмов – автоматических барабанов или транспортеров. Существуют следующие методы:

• размещение на дно;

• расположение на бровку;

• с выносом по всей длине вдоль траншеи.

При этом контролируется равномерность прокладки и скорость вращения барабана с выпуском кабеля не быстрее 1 км/ч.

При невозможности применения спецтехники работы проводятся вручную – рабочие делают разматывание, вращая барабан и опускают кабель на дно или на бровку. Чтобы кабель не путался и не тянулся по земле, расстояние между рабочими должно быть от 3 до 10 метров. При небольшом количестве работников или при большой длине применяется монтажа петлей. В этом случае барабан устанавливается посредине будущей трассы, а размотка и растягивание ведется в двух направлениях.

Если проводится комплексный монтаж из нескольких единиц, расстояние между ними должно быть в пределах 50-60 мм. Не допускаются накладки, пересечения и скручивания.

Бестраншейный способ

Метод без подготовки траншеи применяется на расстояниях с небольшой протяженностью – до 100 километров. Одним из условий является отсутствие сложного рельефа – без резких перепадов, холмов. Также данный метод подходит при укладке оптического кабеля в грунт с малой подвижностью и невысокой рыхлостью.

Без рытья траншей проводится прокладка кабеля вдоль автомагистралей, на участках с низким трафиком транспортного движения и там, где не планируется проектирование новых магистралей трубопроводов.

Размотка проводится таким же способом, как и при траншейной укладке.

Прокладка кабелеукладчиком

Механизированный способ с участием кабелеукладчика считается наиболее продуктивным и рентабельным методом прокладки кабеля в землю. Он позволяет экономить время и расходы на оплату ручных процессов. При этом качество монтажных процессов существенно повышается. Основными средствами механизации при таком способе являются образцы марок КВГ-1 и КВГ-2. Из зарубежных аналогов отличные результаты демонстрирует модель марки KV 15.

В такой технике имеется специальный плуг для рытья, барабан с автоматическим вращением, секция укладки, роликовый квадрант и направляющие ролики. Такое техническое оснащение позволяет выполнить размотку равномерно, без перекручивания и нахлестов.

При необходимости рытья котлована применяются экскаваторы с гусеничным ходом и мощными силовыми агрегатами до 270 л.с.

На участках с плотным неподвижным грунтом необходимо делать пропорку, для чего используется спецтехника – пропорщики марок ППГ-1 и ПВГ-1.

Метод горизонтального направленного бурения

Метод ГНБ или наклонно-направленного бурения применяется на участках с большим количеством пересечений с трубопроводами, коммуникациями, дорогами, водоемами.

Установки ГНБ функционируют по принципу прокола земляного пласта, причем его длина может достигать 1000 метров. Прокол выполняется с помощью специального вращающегося бура, на который наращиваются стальные прочные штанги по всей длине. В подготовленный прокол прокладывается ВОЛС.

Метод прокладки в защитной трубе ЗПТ

Этот метод подходит при любых способах укладки – бестраншейном и траншейном, с проколом оборудованием ГНБ. Для этого используется специальная пластиковая труба с повышенной стойкостью к минусовым температурам и нагрузкам на сжатие, изгиб и растяжение. Она выдерживает механические усилия статичного и динамичного характера, имеет продолжительный эксплуатационный ресурс – до 50 лет.

Цель ее применения – защита от продавливания, деформации, обрывов и прочих повреждений. Также она предохраняет ВОЛС от повреждений грызунами и биологическими факторами, эрозионных дефектов. Выпускаются ЗПТ (защитные пластмассовые трубы) длиной до 4000 метров в барабанах и бухтах. В крупных населенных пунктах на тесных площадях вместо ЗПТ может использоваться система каналов кабельной канализации из асбестоцементных, бетонных и пластиковых труб.

Технические условия

На этапе проектирования ВОЛС в грунт учитываются результаты геодезических, инженерных, климатических геологических и гидрологических изысканий. Они становятся базовой основой проекта. На этих результатах основывается выбор волоконно-оптического кабеля, характеристики его бронированной ленты, а также методы его прокладки.

Например, в местности с ландшафтом равнинного характера без лесных массивов грунт участка определяется как «почва с растительностью без развитой корневой системы». Если на этой площади присутствует железнодорожное полотно, река шириной около 50 метров, неглубокие ручьи, то на основании этих проектных характеристик целесообразно использовать кабелеукладчик и выполнять процедуру траншейным способом. В места пересечения с объектами инфраструктуры, ж/д полотна и водоемами применяется метод наклонно-горизонтального бурения.

При составлении проекта отображается план магистрали по всей протяженности, ее продольный профиль, Одновременно составляется план состыковок и переходов, а также полоса отвода, схемы разварок с характеристиками муфт. При использовании метода горизонтально-направленного бурения подготавливается профиль будущей скважины. В финальной части проекта указываются мероприятия и план их проведения по рекультивации земельных площадей, на которых расположена трасса.