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近年來(lái)，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(zhǎng)。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(jìn)入城區(qū)后再利用城市管道進(jìn)行鋪設(shè)。光纜在施工過(guò)程中的一些不規(guī)范操作或意外因素會(huì)對(duì)光纜造成不同程度的損傷，光纜受損所帶來(lái)的損失是嚴(yán)重的，除了光纜本身價(jià)值，施工費(fèi)用和工程延誤的代價(jià)也是難以估量的，因此對(duì)光纜施工質(zhì)量也提出了更高的要求。
本文主要針對(duì)普通層絞式光纜在施工中常見(jiàn)的“斷纖”事故，通過(guò)理論分析、事故現(xiàn)場(chǎng)取證以及試驗(yàn)室模擬等方式進(jìn)行事故原因分析，根據(jù)原因分析結(jié)果有針對(duì)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(jìn)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(guò)程中，常見(jiàn)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(diǎn)位于不同管號(hào)、不同纖號(hào)，護(hù)套表面沒(méi)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(kāi)剝光纜護(hù)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(yán)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(yán)重；取出中心加強(qiáng)鋼絲，鋼絲在不受力狀態(tài)下，自然彎曲；此類(lèi)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(wèn)題點(diǎn)：光纜的鋼絲移位或束管和填充繩已經(jīng)嚴(yán)重變形，有明顯的受力痕跡。初步分析，故障光纜是受過(guò)大的側(cè)壓力，導(dǎo)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（如圖1、圖2所示），光纜處于平直狀態(tài)。如果單向受力，則會(huì)在受力方向上產(chǎn)生移動(dòng)，否則只能是兩側(cè)受力。光纜單側(cè)受力，只可能在受力時(shí)，在受力點(diǎn)處光纜處于彎曲狀態(tài)，且光纜縱向上有張力。
圖1：平直狀態(tài)下的受力情況
圖2：光纜彎曲時(shí)的受力情況
通常架空的光纜施工時(shí)，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(shí)，光纜極可能在管道的入口或出口處經(jīng)過(guò)某些堅(jiān)硬的邊緣。
那么造成如此嚴(yán)重破壞的外力是如何產(chǎn)生的呢？光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身應(yīng)使其能夠承受一定的外力，按照國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)（如YD/T901-2001），管道和架空光纜應(yīng)具備如下的機(jī)械性能。
拉伸長(zhǎng)期張力600N，短期1500N，標(biāo)準(zhǔn)要求光纜在受長(zhǎng)期額定張力時(shí)，光纖無(wú)明顯附加衰減和應(yīng)變。而短期張力是對(duì)應(yīng)光纜在施工時(shí)可能承受的最大拉力。標(biāo)準(zhǔn)要求在短期張力下，光纖的附加衰減和應(yīng)變分別不超過(guò)0.1dB和0.1%，張力除去后，光纖應(yīng)無(wú)明顯附加衰減和應(yīng)變，且護(hù)套應(yīng)無(wú)目力可見(jiàn)裂紋。
壓扁實(shí)驗(yàn)要求：標(biāo)準(zhǔn)中的壓扁力是光纜在100mm長(zhǎng)度方向可以承受的額定壓力，長(zhǎng)期壓扁力300N/100mm,短期壓扁力1000N/100mm。持續(xù)時(shí)間1分鐘。驗(yàn)收要求：在長(zhǎng)期允許壓扁力下光纖無(wú)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(wú)明顯殘余附加衰減，護(hù)套無(wú)目力可見(jiàn)開(kāi)裂。
彎曲光纜的允許最小彎曲半徑靜態(tài)10d,動(dòng)態(tài)20d(d為光纜外徑)靜態(tài)是指光纜鋪設(shè)后，動(dòng)態(tài)指光纜鋪設(shè)中。光纜的機(jī)械性能試驗(yàn)，是模擬光纜在安裝和使用過(guò)程中受力狀態(tài)下的性能。光纜能順利通過(guò)各項(xiàng)機(jī)械性能的試驗(yàn)，就能保證正常安裝過(guò)程中光纜不受到損傷。而且，大多數(shù)廠家的光纜設(shè)計(jì)都留有較大余量。
同時(shí)光纜安裝鋪設(shè)的有關(guān)規(guī)范規(guī)定是，光纜在施工過(guò)程中的彎曲半徑應(yīng)不小于20倍光纜外徑。布纜時(shí)的張力應(yīng)小于80%額定張力。造成光纜出現(xiàn)如此嚴(yán)重的損傷，是光纜在布線過(guò)程中受到的外力大大超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求。
在施工條件比較復(fù)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(duì)上述兩種事例，光纜在受損傷時(shí)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(méi)有導(dǎo)向設(shè)施或光纜從導(dǎo)向滑輪脫落（如圖3所示）。
圖3：光纜在架空和管道施工中的彎曲狀態(tài)示意圖
那么在光纜內(nèi)部，纜芯中的鋼絲在受壓一側(cè)對(duì)光纖松套管及塑料填充繩的壓力就會(huì)非常大，再加上光纜被沿滑輪拖動(dòng)，在某個(gè)拐角處，如沒(méi)有注意安排施工人員來(lái)回導(dǎo)線，沿該處一定長(zhǎng)度上的光纜中松套管及填充繩就很可能被壓扁，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致光纖斷裂。
對(duì)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(wú)彈性伸長(zhǎng)，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(duì)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(dòng)，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?yàn)閐a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(qiáng)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）。
圖4：光纜在受縱向張力時(shí)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�。换蚴前霃揭欢〞r(shí)拉力越大，則光纜受到滑輪的壓強(qiáng)就越大，過(guò)大的拉力結(jié)合小的半徑，就會(huì)對(duì)光纜構(gòu)成危害。
假設(shè)光纜布放時(shí)的張力為1200N，曾觀察到有些地方用的滑輪直徑不到50mm，這時(shí)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(jì)），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(duì)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(dòng)，在某個(gè)拐角處，沿該處一定長(zhǎng)度上的光纜中松套管及填充繩就可能被壓扁，嚴(yán)重的時(shí)候光纖就會(huì)斷裂。
假設(shè)拖放時(shí)的張力為1200N，有的甚至沒(méi)有滑輪，直接將光纜放在鋼絞線的掛鉤上進(jìn)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(dǎo)致光纜中間的鋼絲壓迫光纖松套管管和填充繩，導(dǎo)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(huì)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(shí)的情況，實(shí)際上常常能在一些光纜施工現(xiàn)場(chǎng)觀察到5～6個(gè)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(gè)成年男子的力量。可以想象，五、六個(gè)人一起用力時(shí)的拉力會(huì)遠(yuǎn)大于額定張力。當(dāng)時(shí)光纜受到的張力是非常大的，一方面從護(hù)套表面的磨痕，可以看出光纜在拖動(dòng)時(shí)受到很大的阻力；另一方面剪斷光纜時(shí)鋼絲與其它構(gòu)件的相對(duì)位移，說(shuō)明光纜在布放時(shí)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(guò)了鋼絲斷裂強(qiáng)度的60%。由此可見(jiàn)，過(guò)大的拉力和過(guò)小的彎曲半徑是造成光纜損傷的原因所在。
現(xiàn)場(chǎng)模擬光纜受損情況
2007年7月，某用戶(hù)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(duì)光纜進(jìn)行開(kāi)盤(pán)檢測(cè)），用OTDR確定故障點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)光纜多處斷纖，斷點(diǎn)位于不同纖號(hào)、不同位置。收回故障光纜，在護(hù)套表面未發(fā)現(xiàn)明顯損傷的痕跡。
為此，該用戶(hù)組織人員來(lái)到長(zhǎng)飛公司，并且自帶兩盤(pán)光纜，進(jìn)行技術(shù)交流。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)觀察，分析了此類(lèi)光纜斷纖的原因，并以試驗(yàn)證實(shí)了相關(guān)的分析。為此，長(zhǎng)飛公司售后服務(wù)人員予以積極配合，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬驗(yàn)證。
試驗(yàn)情況（如圖5所示）：
圖5：側(cè)壓力布放試驗(yàn)示意圖
1．光纜型號(hào)：GYTA-24B1.3
2．纜號(hào)：2913I
3．長(zhǎng)度：110m（2713-2823）
4．重物：鋼帶（10卷）N=1286.5kg
5．圓柱直徑：125mm
6．牽拉角度：95?
7．地面摩擦系數(shù)：0.2041
8．光纜承受拉力：F=fN = 257.7kg
9．試驗(yàn)結(jié)果：在纜芯絞合節(jié)距上，有規(guī)律地出現(xiàn)松套管壓扁現(xiàn)象。
現(xiàn)場(chǎng)模擬驗(yàn)證的結(jié)果印證了對(duì)事故原因的分析。光纜在受到大張力時(shí)以小角度通過(guò)彎曲半徑很小的滑輪或有棱角的堅(jiān)硬表面時(shí)，會(huì)使光纖局部受到遠(yuǎn)大余額定值的側(cè)壓力，使光纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，嚴(yán)重時(shí)造成斷纖。
試驗(yàn)室模擬光纜受損情況
為了更全面地驗(yàn)證施工不當(dāng)會(huì)造成對(duì)光纜的損傷，在公司試驗(yàn)室亦進(jìn)行了相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)。如圖6所示，將光纜通過(guò)直徑為5cm的滑輪，張角分別為1200和900。拉力分為1500N、2000N、3000N等。實(shí)驗(yàn)完畢后發(fā)現(xiàn)所有1500N的拉力下，光纜的表面沒(méi)有明顯的磨痕，2000N和3000N的光纜外觀有磨痕，并且不同程度地有發(fā)扁的現(xiàn)象。將光纜受力的部分解剖開(kāi)，發(fā)現(xiàn)所有的光纜樣品里面的束管、填充繩在受壓一側(cè)（靠近滑輪）已經(jīng)變扁，鋼絲也有彎曲的現(xiàn)象。
圖6：模擬實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖
同時(shí)將滑輪的直徑加大，使得符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，在1000N、1500N、2000N的拉力下光纜表面沒(méi)有任何變化，束管和填充繩沒(méi)有受力的現(xiàn)象。
將滑輪去掉，直接將光纜和倒角為45度的設(shè)備直接接觸，發(fā)現(xiàn)在1000N的拉力下光纜已經(jīng)變形，在1500N的拉力下光纜護(hù)套已經(jīng)破開(kāi)。
通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)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(shí)的滑輪直徑太小或者是根本沒(méi)有使用滑輪造成的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)直徑較小的滑輪，如果光纜通過(guò)時(shí)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(yán)格按照施工的規(guī)范進(jìn)行；
●光纜轉(zhuǎn)彎時(shí)，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(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量減小彎曲的角度，同時(shí)給光纜盤(pán)施加助力，減少光纜的防線張力；
●光纜布放前，應(yīng)對(duì)施工及相關(guān)人員就施工應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，如放線方法要領(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(pán)放線處、穿越障礙點(diǎn)、地形拐彎處等處，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除故障，控制放線中的速度，并減小放線盤(pán)的張力；
●光纜布放過(guò)程如遇到障礙，應(yīng)停止拖放，及時(shí)排除。不能用大力拖過(guò)，否則會(huì)造成光纜損傷；
●光纜放線時(shí)，張力要穩(wěn)定，不能超過(guò)光纜標(biāo)準(zhǔn)的要求拉力。
光纜在受到大張力，以小角度通過(guò)彎曲半徑很小的滑輪或有棱角的堅(jiān)硬表面時(shí)，會(huì)使光纜局部受到遠(yuǎn)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(yán)重時(shí)造成斷纖。
光纜的施工單位應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，努力提高施工質(zhì)量，預(yù)防類(lèi)似施工事故的發(fā)生。
