層絞式光纜施工過程中常遇到的故障問題
時間:2014-09-04 14:30:38 來源：
近年來，隨著局域網(wǎng)、城域網(wǎng)的建設(shè)以及3G、FTTH等技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，光纜的敷設(shè)數(shù)量保持較高的增長。一些線路由于光纜芯數(shù)較小、工程周期短，大多采用吊掛的非自承式架空的布放方式，光纜進入城區(qū)后再利用城市管道進行鋪設(shè)。光纜在施工過程中的一些不規(guī)范操作或意外因素會對光纜造成不同程度的損傷，光纜受損所帶來的損失是嚴重的，除了光纜本身價值，施工費用和工程延誤的代價也是難以估量的，因此對光纜施工質(zhì)量也提出了更高的要求。OPGW光纜
本文主要針對普通層絞式光纜在施工中常見的“斷纖”事故，通過理論分析、事故現(xiàn)場取證以及試驗室模擬等方式進行事故原因分析，根據(jù)原因分析結(jié)果有針對性地提出一些施工建議，以規(guī)范普通層絞式光纜的施工，進而保證光纜通信線路建設(shè)的質(zhì)量。
普通層絞式光纜受損情況
普通層絞式光纜在鋪設(shè)過程中，常見的一種“斷纖”現(xiàn)象為：在光纜布放后，發(fā)現(xiàn)某段光纜多處斷纖，斷點位于不同管號、不同纖號，護套表面沒有明顯損傷痕跡，但收回的光纜在不受力的狀態(tài)下，自然彎曲。開剝光纜護套后，有下述現(xiàn)象：纜芯一側(cè)有受擠壓變形的痕跡，壓痕均在前面提到的彎曲的內(nèi)側(cè)；壓痕深淺程度不一，嚴重的地方鋼帶軋紋痕跡已經(jīng)印在套管上；斷纖處的套管受擠壓變形特別嚴重；取出中心加強鋼絲，鋼絲在不受力狀態(tài)下，自然彎曲；此類事故多發(fā)生于線路轉(zhuǎn)角附近。
普通層絞式光纜受損原因分析
問題點：光纜的鋼絲移位或束管和填充繩已經(jīng)嚴重變形，有明顯的受力痕跡。初步分析，故障光纜是受過大的側(cè)壓力，導致套管變形光纖折斷的。纜芯是單側(cè)變形，而外力直接作用在光纜的一側(cè)，則可使受力是光纜處于彎曲狀態(tài)，并且光纜縱向上保持著較大的力，光纜處于平直狀態(tài)。如果單向受力，則會在受力方向上產(chǎn)生移動，否則只能是兩側(cè)受力。光纜單側(cè)受力，只可能在受力時，在受力點處光纜處于彎曲狀態(tài)，且光纜縱向上有張力。
光纜彎曲時的受力情況
通常架空的光纜施工時，在光纜轉(zhuǎn)向處使用了半徑小的滑輪。而在管道光纜施工時，光纜極可能在管道的入口或出口處經(jīng)過某些堅硬的邊緣。
那么造成如此嚴重破壞的外力是如何產(chǎn)生的呢？光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計本身應(yīng)使其能夠承受一定的外力，按照國內(nèi)的標準（如YD/T901-2001），管道和架空光纜應(yīng)具備如下的機械性能。
拉伸長期張力600N，短期1500N，標準要求光纜在受長期額定張力時，光纖無明顯附加衰減和應(yīng)變。而短期張力是對應(yīng)光纜在施工時可能承受的最大拉力。標準要求在短期張力下，光纖的附加衰減和應(yīng)變分別不超過0.1dB和0.1%，張力除去后，光纖應(yīng)無明顯附加衰減和應(yīng)變，且護套應(yīng)無目力可見裂紋。
壓扁實驗要求：標準中的壓扁力是光纜在100mm長度方向可以承受的額定壓力，長期壓扁力300N/100mm,短期壓扁力1000N/100mm。持續(xù)時間1分鐘。驗收要求：在長期允許壓扁力下光纖無明顯附件衰減，在短暫壓扁力下光纖附件衰減應(yīng)小于0.1dB，在此壓力去除后光纖無明顯殘余附加衰減，護套無目力可見開裂。
彎曲光纜的允許最小彎曲半徑靜態(tài)10d,動態(tài)20d(d為光纜外徑)靜態(tài)是指光纜鋪設(shè)后，動態(tài)指光纜鋪設(shè)中。光纜的機械性能試驗，是模擬光纜在安裝和使用過程中受力狀態(tài)下的性能。光纜能順利通過各項機械性能的試驗，就能保證正常安裝過程中光纜不受到損傷。而且，大多數(shù)廠家的光纜設(shè)計都留有較大余量。
同時光纜安裝鋪設(shè)的有關(guān)規(guī)范規(guī)定是，光纜在施工過程中的彎曲半徑應(yīng)不小于20倍光纜外徑。布纜時的張力應(yīng)小于80%額定張力。造成光纜出現(xiàn)如此嚴重的損傷，是光纜在布線過程中受到的外力大大超過了標準要求。
在施工條件比較復雜的情況下，很可能在光纜布放的拐角處發(fā)生施工事故。針對上述兩種事例，光纜在受損傷時都處于彎曲狀態(tài)，那么架空布放的光纜彎曲可能發(fā)生在上下桿塔或轉(zhuǎn)向處；而管道光纜則可能在管道的出入口處，沒有導向設(shè)施或光纜從導向滑輪脫落。
那么在光纜內(nèi)部，纜芯中的鋼絲在受壓一側(cè)對光纖松套管及塑料填充繩的壓力就會非常大，再加上光纜被沿滑輪拖動，在某個拐角處，如沒有注意安排施工人員來回導線，沿該處一定長度上的光纜中松套管及填充繩就很可能被壓扁，嚴重時甚至導致光纖斷裂。
對于光纜在小角度下受張力彎曲的情況，我們可以作以下受力分析：先研究光纜在滑輪上的受力情況，假設(shè)光纜在滑輪上無彈性伸長，并忽略摩擦力。如圖4所示，該滑輪半徑為r,取一段光纜dL，以dN表示帶輪對該段光纜在滑輪上的正壓力，a為光纜沿滑輪的包角。由于光纜是在滑輪上滑動，所以該段光纜一端的拉力為F，另一端的拉力為F+dF，摩擦力為f.dN，f.為摩擦系數(shù)，則dN=F.sin(da/2)+(F+dF).sin(da/2)，因為da很小，所以sin(da/2)≈da/2，且略去二階微量dF.sin(da/2)，得dN=F.da又，該微段光纜dL與包角a及滑輪半徑的關(guān)系為dL=2.r.sin(da/2)。同樣，因da/2很小，所以sin(da/2)≈da/2，得dL=r.da。壓強P=N/S，而S=L.K，K為寬度，又由上述第二式和第四式，得P=N/（r.k）。
光纜在受縱向張力時在彎曲表面上的受力分析
由上面的受力分析我們可以看出，拉力一定的情況下半徑越??；或是半徑一定時拉力越大，則光纜受到滑輪的壓強就越大，過大的拉力結(jié)合小的半徑，就會對光纜構(gòu)成危害。
假設(shè)光纜布放時的張力為1200N，曾觀察到有些地方用的滑輪直徑不到50mm，這時折算成光纜側(cè)壓力1200N/25mm=4800N/100mm（光纜與滑輪接觸的寬度不計），已接近額定側(cè)壓力的5倍。那么在光纜內(nèi)部，纜芯中的鋼絲在受壓一側(cè)對光纖松套管及塑料填充繩的壓力就非常大了。再加上光纜在被沿滑輪拖動，在某個拐角處，沿該處一定長度上的光纜中松套管及填充繩就可能被壓扁，嚴重的時候光纖就會斷裂。
假設(shè)拖放時的張力為1200N，有的甚至沒有滑輪，直接將光纜放在鋼絞線的掛鉤上進行拖拉，這是折算光纜的側(cè)壓力比上面使用直徑不到50mm的滑輪，所造成的側(cè)壓力要大很多，直接導致光纜中間的鋼絲壓迫光纖松套管管和填充繩，導致松套管管和填充繩變形，從而影響光纖的傳輸性能，甚至可能會發(fā)生斷纖的現(xiàn)象。
前面假設(shè)的是張力為80%額定拉力時的情況，實際上常常能在一些光纜施工現(xiàn)場觀察到5～6個民工在同一處用力拖光纜的現(xiàn)象，1200N的拉力約等于120kg,差不多是兩個成年男子的力量。可以想象，五、六個人一起用力時的拉力會遠大于額定張力。當時光纜受到的張力是非常大的，一方面從護套表面的磨痕，可以看出光纜在拖動時受到很大的阻力；另一方面剪斷光纜時鋼絲與其它構(gòu)件的相對位移，說明光纜在布放時產(chǎn)生了塑性變形。而要鋼絲產(chǎn)生如此大的不可逆變形，拉力已超過了鋼絲斷裂強度的60%。由此可見，過大的拉力和過小的彎曲半徑是造成光纜損傷的原因所在。
現(xiàn)場模擬光纜受損情況
2007年7月，某用戶提出GYTA-24B1.3光纜在施工后出現(xiàn)多處“斷纖”情況。其施工人員在光纜布放后（施工前未對光纜進行開盤檢測），用OTDR確定故障點，發(fā)現(xiàn)光纜多處斷纖，斷點位于不同纖號、不同位置。收回故障光纜，在護套表面未發(fā)現(xiàn)明顯損傷的痕跡。
通過上述實驗的證明，光纜的外觀變扁，束管和填充繩受擠變形，鋼絲移位，原因是施工時的滑輪直徑太小或者是根本沒有使用滑輪造成的。通過實驗還發(fā)現(xiàn)如果滑輪足夠大，即使拉力大一些，光纜也不容易受傷。對直徑較小的滑輪，如果光纜通過時滑輪轉(zhuǎn)動靈活，使拉力保持在低的水平，光纜也不易受到損傷。
普通層絞式光纜施工的建議
光纜施工要嚴格按照施工的規(guī)范進行；
光纜轉(zhuǎn)彎時，其轉(zhuǎn)彎半徑要大于光纜自身直徑的20倍，如架空光纜在上下桿塔時，應(yīng)當盡量減小彎曲的角度，同時給光纜盤施加助力，減少光纜的防線張力；
光纜布放前，應(yīng)對施工及相關(guān)人員就施工應(yīng)注意的事項進行適當?shù)呐嘤枺绶啪€方法要領(lǐng)和安全等內(nèi)容，并確保施工人員服從指揮；
應(yīng)安排相關(guān)人員分布在光纜盤放線處、穿越障礙點、地形拐彎處等處，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，排除故障，控制放線中的速度，并減小放線盤的張力；
光纜布放過程如遇到障礙，應(yīng)停止拖放，及時排除。不能用大力拖過，否則會造成光纜損傷；
光纜放線時，張力要穩(wěn)定，不能超過光纜標準的要求拉力。
光纜在受到大張力，以小角度通過彎曲半徑很小的滑輪或有棱角的堅硬表面時，會使光纜局部受到遠大于額定值的側(cè)壓力，使光纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，嚴重時造成斷纖。
光纜的施工單位應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗，努力提高施工質(zhì)量，預(yù)防類似施工事故的發(fā)生。96芯鎧裝光纜
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