Способ прокладки кабельных линий связи

 

Изобретение относится к прокладке кабельных сетей, а именно к подземной прокладке кабелей в грунтах, подверженных морозобойному растрескиванию. Сущность изобретения: при засыпке траншеи с проложенным кабелем используют гидрофильную горную породу, которую пропитывают водным раствором этиленгликоля с концентрацией, зависящей от глубины прокладки кабеля и определяемой из математического выражения, что позволит предотвратить разрывы при криогенном растрескивании грунта.

Изобретение относится к прокладке кабельных линий связи непосредственно в земле.

Преимущественно способ может быть использован при прокладке кабелей в грунтах, подверженных морозобойному (криогенному) растрескиванию, в частности в зоне многолетней мерзлоты.

Известен способ прокладки кабелей непосредственно в земле, когда кабели укладывают в траншею с устройством постели и верхнего покрывающего слоя из разрыхленной земли или песчаного грунта толщиной по 10 см каждый [1]. Недостатком данного способа является то, что с течением времени в результате воздействия поверхностных вод в летний период происходят переувлажнение слоя грунта вокруг кабеля и его смерзание с кабелем в зимний период.

В зонах, подверженных криогенному растрескиванию, это приводит к нарушению целостности кабеля, а зачастую к его полному разрыву в месте прохождения морозобойной (криогенной) трещины.

Известен способ прокладки кабелей в мерзлых породах, включающий дополнительную обмотку кабеля несколькими слоями полиэтиленовой пленки, между которыми укладывают пластинчатую смазку типа БАМ-3, ЦИАТИМ-201 и др. [2]. Недостатками данного способа являются его сложность и высокая стоимость при прокладке через морозобойные участки грунтов, достигающие иногда десятки километров.

Наиболее близким к предлагаемому является способ прокладки муфт кабелей в грунтах, подверженных морозобойному растрескиванию, заключающийся в том, что перед засыпкой кабельных муфт в котловане часть засыпного грунта, необходимого для покрытия муфты со всех сторон слоем в 3-5 см, перемешивают с пластинчатой смазкой (смесь делают из расчета 1:1 по объему), затем котлован засыпают обычным грунтом. Недостатками данного способа являются его трудоемкость, высокая стоимость, что делает его применение практически невозможным при прокладке линейных кабелей на большие расстояния через морозобойные участки.

Цель изобретения - повышение надежности эксплуатации кабелей в мерзлых породах, подверженных криогенному растрескиванию.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе в качестве засыпного грунта используют гидрофильные горные породы, которые полностью насыщают водным раствором этиленгликоля, причем концентрацию этиленгликоля в растворе определяют из следующего соотношения: где П - концентрация этиленгликоля в растворе,%; t₀ - среднегодовая температура воздуха,^oC; t_п - средняя температура воздуха за самую холодную пятидневку в году,^oC; h - глубина заложения кабеля, м; a - коэффициент температуропроводности грунта, м²/ч.; ₀ - длительность периода от середины июля до наступления самой холодной пятидневки, ч.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что появляется возможность обрабатывать большие участки укладки кабеля, подверженные морозобойному растрескиванию, и его простота.

Новизна предлагаемого способа заключается в том, что для засыпки используются гидрофильные породы, которые насыщают водным раствором этиленгликоля, что предотвращает смерзание кабеля с грунтом и предохраняет его от морозобойных трещин.

Существенными отличиями предлагаемого способа от известного являются: - для засыпки используют гидрофильные горные породы, которые за счет капиллярных сил удерживают водный раствор этиленгликоля и не промерзают в зимний период; - пропитку горных пород производят до полного насыщения;
- процентное содержание этиленгликоля в растворе определяют из специального математического соотношения.

Вывод расчетной формулы для определения концентрации этиленгликоля в растворе. Нижний предел концентрации этиленгликоля в растворе должен обеспечить температуру грунта вокруг кабеля ниже или равной температуре замерзания водного раствора. На основании лабораторных исследований получена следующая зависимость для определения предельной концентрации от температуры (T, ^oC), при которой раствор замерзает
П = -1,6T - 2,0 (2)
где 1,6 и 2,0 - эмпирические коэффициенты, имеющие размерность (%/^oC) и (%) соответственно.

Определим минимальную температуру грунта на заданной глубине. Согласно работе (Докучаев В.В. Расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах по предельным состояниям. - Л.: Стройиздат, 1968, с. 120) минимальная температура грунта на глубине R определяется по формуле
T(h) = t₀ - A₀exp (-D), (3)
где t₀ - среднегодовая температура воздуха, ^oC;
- амплитуда колебаний температуры на поверхности грунта, ^oC;
t_п - экстремальная температура поверхности грунта, ^oC.

Как показывает анализ многолетних наблюдений, t_п приблизительно равна средней температуре воздуха за самую холодную пятидневку, т.е. может быть определена по известным справочным данным для данной местности, как и величина t₀.

Например, "Строительные нормы и правила". Ч. 2, разд. А, гл. 6. В кн. Строительная климатология и геофизика, СНиР 2-А.6-72. - М.: Стройиздат, 1973, 320 с.

где ₀ - период от середины июля до наступления самой холодной пятидневки, ч;
a - температуропроводность, м²/ч.

Таким образом, на глубине заложения кабеля минимальная температура грунта будет определяться из выражения

или, поскольку всегда выше, то

Концентрация этиленгликоля должна быть такой, чтобы обеспечить на глубине R температуру, выше или равную температуре замерзания водного раствора, т.е.

П -1,6 T_з - 2,%, (6)
где П определяется по формуле (5), т.е.

С другой стороны, проведенные лабораторные исследования показали, что при определенной концентрации зависимость между температурой замерзания раствора и содержанием в нем этиленгликоля имеет точку перегиба. В частности, установлено, что при П = 65,3% температура замерзания равна минимальному значению -65^oC, и при дальнейшем увеличении концентрация не понижается, а растет (сравним: при П = 82,5^oC T = -44^oC, а при П = 97% T = -22^oC).

Таким образом, естественным ограничением способа (верхним пределом формулы) является соотношение:
П 65,3%. (8)
Соединяя (8) и (7), получим соотношение (1), которое и вошло в формулу изобретения.

Рассмотрим конкретный пример использования способа, поясняющий сущность изобретения. Прокладка кабеля осуществляется в дисперсных грунтах г. Якутска, подверженных морозобойному растрескиванию, в результате чего около 30% кабельных линий ежегодно выходит из строя и требует ремонта. Характерные данные для условий г. Якутска следующие: t₀ = -10,4^oC; t_п = -55^oC; h = 1,2 м; Q = 410 м²/ч; ₀= 4320 ч. По формуле (1) находим нижний предел концентрации этиленгликоля в растворе П 19, 1%. В качестве гидрофильных пород можно использовать алевролиты, туфы, известняки и др. Наиболее приемлемым является использование глиежей или, как их еще называют, гореликов, разновидности которых обладают хорошо развитой структурой. Лабораторные исследования показали, что розовые глиежи Кильдямского месторождения пригорода г. Якутска обладают водонасыщением до 40% по объему в насыпном состоянии.

Способ реализуем следующим образом.

На дне траншеи, как и в известных способах, устраивают постель из глиежей толщиной 10 см, укладывают кабель и засыпают его снова глиежами на такую же толщину слоя. Затем пропитывают глиежи 19,1%-ным раствором этиленгликоля методом пряного полива. Полное влагонасыщение фиксируют визуально по появлению слоя жидкости на поверхности глиежей. Лабораторными исследованиями установлено, что скорость капиллярного всасывания глиежей достаточно высока и не влияет на технологичность процесса насыщения в реальных условиях. На насыщенный слой глиежей засыпается естественный грунт, который уплотняют любым известным механическим способом, например тромбуют. В местах обильных водопритоков в летнее время между слоем глиежей и грунтом целесообразно проложить полиэтиленовую пленку.

Способ работает следующим образом.

При возникновении морозобойной трещины концентратор напряжений, находящийся в ее вершине, встречая талые пластичные породы, окружающие кабель, резко расширяется, в результате напряжения полностью релаксируются и на кабель никакие растягивающие силы не действуют, т.е. обеспечивается его сохранность. Естественное сокращение длины, происходящее при понижении температуры зимой, также не оказывает отрицательного воздействия, т.к. кабель имеет возможность практически свободно перемещаться в грунтах, - смерзания грунта с поверхностью кабеля не происходит.

По сравнению с базовым способом, за который принят прототип, данный обладает тем преимуществом, что надежен и технологичен. Кроме того, способ значительно дешевле - стоимость даже чистого этиленгликоля в 10-15 раз ниже стоимости пластинчатых смазок, которые рекомендуется использовать в 50%-ной концентрации смеси с грунтом.

Внедрение данного способа не требует специального оборудования и может быть осуществлено силами строителей систем кабельных линий связи.

В настоящее время готовится техническая документация для внедрения способа в системе Якутской городской телефонной станции.

Способ направлен на улучшение надежности и повышения безопасности эксплуатации кабельных линий связи, поэтому экономический эффект не подсчитывался.

Формула изобретения

Способ подземной прокладки кабельных линий связи, включающий укладку кабеля на дно траншеи и засыпку траншеи грунтом с отличными от коренных пород механическими свойствами, отличающийся тем, что в качестве засыпного грунта используют гидрофильные горные породы, которые полностью насыщают водным раствором этиленгликоля, причем концентрацию этиленгликоля в растворе определяют из следующего соотношения:

где - концентрация этиленгликоля в растворе, %;
t₀ - среднегодовая температура воздуха, ^oС;
t_п - средняя температура воздуха за самую холодную пятидневку в году, ^oС;
h - глубина заложения кабеля, м;
а - коэффициент температуропроводности грунта, м²/ч;
₀ - длительность периода от середины июля до наступления самой холодной пятидневки, ч.