《光缆在施工时弯曲状态下的侧压分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光缆在施工时弯曲状态下的侧压分析（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第= 届中国通信光电线缆企业家峰会暨高层论坛 T h e 2 n dS u m m i to fE n t r e p r e n e u ro nC o m m u n i C a t i o nO p t i c a la n dE l e c t r i c a lW i r e & C a b l ei nC h i n a 光缆在施工时弯曲状态下的侧压分析 口周学东赵彤曾轶胡勇 长飞光纤光缆有限公司 囫 本文介绍了层绞式光缆在架空和管道施工中的一种可能出现的光缆断纤事故情况分析了层绞式光缆在小 弯曲半径状态下过大的侧压造成断纤的原因。在相关光缆施工规范的基础上，提出了一些预防措施和注
2、意事项，为 能今后避免类似事故的发生提供参考。 E 固 光缆断纤、弯曲状态、侧压分析 一a 毫o j l 。 誊謦| 藏鼍分l? i i | j | | | _ I 鼍巷鼍鼍薯i l 囊| i 近年来，我国信息网络的建设保持了持续、高速的发展， 光缆的敷设量一直在快速地增长，其中不少是新的电信运营 商自建的网络。在光缆线路快速建设的过程中，对光缆施工要 求越来越高，这就需要不断总结经验，提高效率，预防意外事 故的发生。 电信行业的光缆敷设方法有直埋、非自承式架空、城市 管道和预埋塑料管吹送等。过去的长途干线用光缆敷设方法 以直埋为主，近年来更多地采用预埋管道吹送。非自承式架 空多在二级干线及以
3、下光缆线路敷设采用。近来，一些线路 由于光缆芯数较小、工程周期短，多采用钢丝吊挂的非自承 式架空的布放方式。光缆进入城区则通常利用城市管道。 光缆施工过程中的一些不规范操作或意外因素会对光 缆造成程度不同的损伤。有冀破坏在发生的当时不易发现， 更容易被忽略。但这种隐患所带来的损失是严重的，除了 光缆本身价值，施工费用和工程延误的代价也是难以估量 的。对于光缆的施工需要不断总结经验，以预防一些事故 的重复发生。 本文介绍了层绞式光缆非自承式架空和管道施工中可能 出现的一种光缆断纤事故，通过对现场的处理，分析了此类光 缆断纤的原因，并设计试验进行了相关验证，根据原因分析结 果就光缆施工方面提出r
4、一些建议。 誊誊j 凳缆断纤事饲分析 以下是两种典型的事例，这类事故多发生在架空或管道 光缆线路路由较为复杂的情况下，在国内不同的地区、不同厂 家的光缆中都偶有发生。 现象A ：在光缆布放后，发现某段光缆多处断纤。断点位 于不同纤号、不同位置。用OT DR 确定故障点，收回故障光 缆，在护套表面未发现明显损伤的痕迹。但收回的光缆在不 受力的状态下，自然弯曲。剥除光缆护套后，有下述现象： a 缆芯一侧有受挤压变形的痕迹，压痕均在前面提到的弯 曲的内侧。 b 压痕深浅程度不一，有些处钢带的轧纹痕迹已经印在套 管上。 C 断纤处的套管受挤压变形特别严重。 d 取出中心加强钢丝，钢丝在不受力状态下，自
5、然弯曲。 现象B ：在光缆布放后，发现某段光缆多处断纤。断点 也是不同纤号、不同位置。从管道中拖出光缆后，会发现护 套表面单侧被挤扁。在光缆剪断处，光缆结构相对于中心加 强钢丝收缩。解剖光缆，缆芯内情况与现象A 中近似，缆芯 内管的变形出现在护套表面磨损一侧。 现象C ：与现象B 相似，且更加严重：部分光缆的中心加 强钢丝从光缆内部挤出。在光缆剪断处，光缆结构相对于中心 加强钢丝收缩。解剖光缆，缆芯内情况与现象A 中近似，缆 芯内管的变形出现任护套表面磨损一侧。 初步推断 光缆在布放前护层完好、中央钢丝加强芯位于光缆中心位 置、松套管完好、光纤完好( 测试数据见随缆报告、盘测报告) 光缆在布放
6、后： 1 故障光缆的光缆护层单侧被挤扁； 2 故障光缆的中央钢丝加强芯不在光缆中央位置； 3 故障光缆的光缆内松套管受挤压变形特别严重； 4 取出故障光缆的中心加强钢丝，钢丝在不受力状态下， 自然弯曲； 5 故障光缆处的光纤多处发生断裂 所以初步推断：故障光缆在布放中受到过大的侧压力。 理沦汪明 问题1 ：光缆布放过程中会出现单侧受力的情况吗? 答案是肯定的。 说明：图l 是一根光缆在滑轮处单侧受力示意图。通常在 现象A 的情况中，施工时征光缆转向处使用滑轮就会出现这 种情况。 而在现象B 或现象C 中，光缆极可能在管道的入口或出1 3 9 9 I 第二届中国通信光电线缆企业家峰会叠高层论坛
7、T h e2 r i dS u m m i to fE n t r e p r e n e u ro nC o m m u n i c a t i o nO p t i c a la n dE l e c tr i c a lW i m & C a b I ei nC h i n a 处经过某些坚硬的边缘。其受力情况与现象A 类似。见图3 图1光缆在滑轮处单侧受力、弯曲时的情况 问题2 ：既然光缆在布放过程中经常会出现单侧受力的情 况，那么在光缆的施工布放过程又允许多大的侧压力呢? 按照国内通常的标准( 如Y D T 9 0 l 一2 0 0 1 ) ，管道和架空 光缆应具备如下的机械性能：
8、拉伸：长期张力6 0 0 N ，短期15 0 0 N ，标准要求光缆在受 长期额定张力时，光纤无明显附加衰减和应变。而短期张力是 对应光缆在施工时可能承受的最大拉力。标准要求在短期张 力下，光纤的附加衰减和应变分别不超过0 1d B 和0 1 ，张 力除去后，光纤应无明显附加衰减和应变，且护套应无目力可 见裂纹。 侧压：长期侧压力3 0 0 N 10 0 m m ，短期侧压力l0 0 0 N l0 0 m m 。标准中的侧压力是光缆在1 0 0 m m 长度方向可以承受的 额定压力。测试装置如图2 。 弯曲半径：光缆的允许最小弯曲半径静态l0d ，动态 20 d ，d 为光缆外径。静态是指光缆
9、敷设后。动态指光缆敷设中。 说明： 1 光缆的机械性能试验，是模拟光缆在安装和使用过程 中受力状态下的性能。光缆能通过各项机械性能的试验，就能 保证正常安装过程中光缆不受到损伤。而且，大多数厂家的光 缆设计都留有较大余量。 负荷 垃缘侧伯 R ：S m m 图2 是光缆侧压实验示意图 基扳 单扳 2 根据光缆安装敷设的有关规范规定：光缆在施工过程 中的弯曲半径应不小于20 倍光缆外径。布线时的张力应小于 80 额定张力。造成光缆出现如此严重的损伤，光缆在布线过 程中受到的外力应大大超过了标准要求。在施工条件比较复 杂的时候，很可能在光缆布放的拐角处发生施工事故。针对上 述两种事例，光缆在受损伤
10、时都处于弯曲状态，那么对于架空 布放的光缆弯曲可能发生在上下杆塔或转向处；而事例二的 管道光缆则可能在管道的出入口处，没有导向设施或光缆从 导向滑轮脱落，示意如图3 。 图5 光缆在架空和管道施工中的弯曲状态示意图 问题4 ：光缆在单侧受力情况下的受力情况如何计算? 对于光缆在小角度下受张力弯曲的情况，我们可以作以下 受力分析。我们研究光缆在滑轮上的受力情况，当然光缆在竖 井边沿则是弯曲的一种极限情况，受力情况如图4 所示。 惑 图4光缆在受纵向张力时在弯曲表面上的受力分析 假设光缆在滑轮上无弹性伸长，并忽略摩擦力。该滑轮半 径为r ，取一微段光缆d L ，以d N 表示带轮对该微段光缆的在
11、滑轮上的正压力，a 为光缆沿滑轮的包角。由于光缆是在滑轮 上滑动，所以微段光缆一端的拉力为F ，另一端的拉力为F + d F ，摩擦力为f d N ，f 为摩擦系数，则 d N ：F s i n ( d a 2 ) + ( F + d F ) s i n ( d a 2 )( 1 ) 因为d a 很小，所以s i n ( d a 2 ) = d a 2 ，且略去二阶微量d F s i n ( d a 2 ) ，得d N = F d a( 2 ) 又，该微段光缆dL 与包角a 及滑轮半径的关系为 d L = 2 r s i n ( d a 2 )( 3 ) 同样，因d a 2 很小，所以s i
12、n ( d a 2 ) d a 2 ，得 d L = r d a ( 4 ) 压强P = N S ，而S = L K ，K 为宽度，又由式( 2 ) 、( 4 ) ，得 P = N ( r k )( 5 ) 由上面的受力分析我们可以看出，拉力一定的情况下半 径越小$ 或是半径一定时拉力越大，则光缆受到滑轮的眶强 第= 届中国通信光电线缆企业家峰会暨高层论坛 T h e2 n dS u m m i to fE n t r e p r e n e u ro BC o m m u n i c a t i o nO p d c a la n dE l e c t r i c a lW i r e &
13、C a N ei nC h i n a 就越大，过大的拉力结合小的半径，就会对光缆构成危害。 假设拖放时的张力为l20 0 N ，我们曾观察到有些地方用的 滑轮直径不到5Cm ，这时折算成光缆侧压力1200N 2 5 r a m - = 4 8 0 0 N 1 0 0 r a m ( 光缆与滑轮接触的宽度不计) ，巳接近 额定侧压力的5 倍。那么在光缆内部，缆芯中的钢丝在受压 一侧对光纤松套管及塑料填充绳的压力就非常大了。再加上 光缆在被沿滑轮拖动，在某个拐角处，如没有注意安排施工 人员来回导线，沿该处一定长度上的光缆中松套管及填充绳 就可能被压扁，严重的时候光纤就会断裂。 前面我们假设的是张
14、力为80 额定拉力时的情况，实际 上我们常常能在一些光缆施工现场观察到5 6 个民工在同一 处用力拖光缆的现象，12 0 0 N 的拉力约等于l2 0 k g ，差不多是 两个成年男子的力量。可以想象，五、六个人一起用力时的 拉力会远大于额定张力。从事例2 的现象也可以证明，当时 光缆受到的张力是非常大的，一方面护套表面的磨痕，可以 看出光缆在拖动时受到很大的阻力；另一方面剪断光缆时钢 丝与其它构件的相对位移，说明光缆在布放时产生了塑性变 形。而要钢丝产生如此大的不可逆变形，拉力已超过了钢丝 断裂强度的6 0 。对于常用的2 0 m m 的钢丝，断裂强度一般 为5 5 0 0 N 左右，6 0
15、 就已超过了3 0 0 0 N 。 由此可见，过大的拉力和过小的弯曲半径是造成光缆损 伤的原因所在。 ! ：搓夔达坠 根据以上的分析，设计了两类模拟试验。一类模拟直埋 光缆在竖井边的情况，另一类模拟架空光缆在线路拐角处滑 轮上的情况。 第一次模拟：将测试用的光缆样品经过一个金属体的边 沿，接触面的导角半径约为1C m ，两侧光缆成12 00 角。光缆 的一端由一人拉住以保持光缆乎直，另一端由2 人用力向后 拖动。拖动比较费力，而且由于边缘较硬，将护套表面部分 磨损，表现为明显的磨痕。试验完毕后，用光缆剥刀解剖开 光缆，观察到光缆受压部分的套管已被压扁，受压严重的地 方发现光纤已断。 第二次模拟
16、：将光缆通过直径为5CI l l _ 的滑轮，张角分别 为1 2 0 0 和9 0 0 。拉力约l50 0 N 。拉完后这两段光缆表面均无 明显磨痕。张角小的样品放松后在地面上有打圈现象。用光 缆剥刀将其剖开，发现丽个样品套管、填充绳在受压一侧已 经被压扁了，钢丝已弯曲，尤其以较小角度的一段更为明显。 模拟实验的结果基本印证了我们的推测。实验中我们还 发现，如果滑轮足够大，即使拉力大一些，光缆也不容易受 伤。对小一些的滑轮，如果光缆通过是转动灵活，使拉力保 持枉低的水平，光缆也不易受到损伤。 2 建议 结合此类断纤的分析的经验和相关规范的规定，我们提 出以下一些建议。 ( 1 ) 光缆转弯时，其转弯半径要大于光缆自身直径的20 倍，如架空光缆在上下杆塔时，应当尽量减小弯曲的角度。 ( 2 ) 光缆转弯时，应采取适当的引导和保护措施。 ( 3 ) 光缆布放前，应对施工及相关人员就施工应注意的 事项进行适当的培训，如放线方法要领和安全等内容，并确 保施工人员服
