В зимних условиях грунт промерзает на всю глубину заложения кабеля. Глубина сезонного промерзания грунта определяется по данным метеорологических станций. В случае отсутствия таких данных она может быть определена ориентировочно по кривым зависимости глубины промерзания грунта от температуры и длительности промерзания, приведенных на рис. 4-27.
Рис. 4-27. Зависимость глубины промерзания грунта от температуры и длительности промерзания. l — глубина промерзания; Г —длительность промерзания.
Для вновь сооружаемой кабельной линии рядом с действующими кабельными линиями либо в охранной зоне земляные работы по рытью траншеи следует планировать и производить в теплое время года.
Разработка траншеи для прокладки кабеля в зимнее время значительно удорожает его стоимость, а необходимость замены мороженого грунта талым песком при засыпке траншеи резко повышает и стоимость транспорта. Поэтому кабельные работы в зимних условиях разрешается выполнять лишь в исключительных случаях, например для ремонтно-восстановительных работ на кабельных линиях, выполняемых в любое время года в случае их повреждения, требующих обычно сравнительно небольшого объема разрытия, а также в отдельных случаях, связанных с вводом в эксплуатацию новых промышленных предприятий и объектов жилищно-бытового строительства и др.
В этих условиях для рытья траншеи должны предусматриваться механизмы по рыхлению, а также средства для отогрева мороженого грунта.
В городских условиях при большом количестве действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций применение ударных инструментов (отбойных молотков, ломов, клиньев, и др.), используемых для рыхления мороженого грунта в непосредственной близости от действующих кабельных линий, а также на трассах в пределах охранной зоны, допускается только при строгом соблюдении правил охраны сетей и ПТЭ [Л.2, 3 и 6].
Поэтому мороженый грунт в зоне действующих кабельных линий нужно предварительно отогреть, с тем чтобы земляные работы производились только лопатами.
В указанном случае для обеспечения сохранности кабелей земляные работы должны вестись в присутствии ответственного представителя от организации, эксплуатирующей кабельные линии.
Ниже рассматриваются наиболее распространенные способы отогрева грунта. При всех способах отогрева грунта предварительно необходимо выполнить следующее: очистить трассу от снега и льда, снять усовершенствованные покрытия (асфальт и бетонное основание), уложить нагреватель непосредственно на грунт и для уменьшения потерь тепла отогреваемый участок дополнительно покрыть сверху слоем опилок или матами из стекловолокна, слоем земли, деревянными щитами, толем и т. п.
В процессе отогрева грунта действующие кабели могут быть повреждены в результате воздействия нагревателя. Как показал опыт, для надлежащей защиты действующих кабелей при отогреве грунта необходимо, чтобы между нагревателем и кабелем сохранялся слой земли толщиной не менее 200 мм в течение всего времени отогрева.
Отогрев грунта электрическими токами промышленной частоты при помощи стальных электродов длиной 2,5—3 м, уложенных горизонтально на земле, заключается в создании цепи электрического тока, где отмораживаемый грунт используется как сопротивление. Расстояние между рядами электродов, включаемых в разноименные фазы, должно быть при напряжении 220 В 400—500 мм, а при 380 В 700—800 мм.
Стальные электроды засыпаются слоем опилок, смоченных в водном растворе соли толщиной 150—200 мм, в которых под влиянием электрического тока возникает интенсивный разогрев и тепло передается в грунт. По мере разогрева грунта, повышения его проводимости и величины проходящего через грунт электрического тока интенсивность разогрева грунта повышается.
Расход электрической энергии в большой степени определяется влажностью грунта и при длительности отогрева от 24 до 30 ч составляет 42—60 кВт-ч на 1 м3 мороженого грунта.
Размораживание грунта электрическим током при напряжении 220—380 В относится к работам с повышенной опасностью. Для обеспечения безопасности необходимо площадь отогрева, находящуюся под напряжением, тщательно оградить, а в ночное время осветить.
На ограждения должны быть повешены предупредительные плакаты. Расстояние от ограждений до границы отогреваемого участка должно быть не менее 3—5 м. Лошади и другие животные могут допускаться лишь на расстояние не ближе 20 м от участка, находящегося под напряжением.
Работы по размораживанию грунта электрическим током должны производиться при неотлучном надзоре квалифицированного персонала, ответственного за соблюдение режима отогрева, безопасность работ и исправность оборудования. Требование безопасности и сложность их выполнения, естественно, ограничивают применение этого способа.
Электрические трехфазные нагреватели позволяют произвести отогрев грунта при напряжении 10 В. Элемент нагревателя состоит из трех стальных стержней, каждый стержень вставлен в две стальные трубы, общая длина которых на 30 мм меньше длины стержня; концы стержня сварены с концами этих труб.
Пространство между стержнем и внутренней поверхностью каждой трубы засыпано песком и для герметизации залито жидким стеклом (рис. 4-28). Концы трех труб, расположенных в плоскости А — А, соединены между собой приваренной к ним полоской стали, образуя нейтральную точку звезды нагревателя. Другие три конца труб, расположенные в плоскости Б—Б, при помощи закрепленных на них медных зажимов присоединяются через понизительный трансформатор мощностью 15 кВ-А к электрической сети. Нагреватель укладывается непосредственно на грунт и засыпается талым песком толщиной 200 мм.
Расход электрической энергии для отогрева 1 м3 грунта при этом способе составляет 50—55 кВт-ч, а время отогрева — 24 ч.
Рефлекторные печи, как показал опыт ремонтных работ в условиях городских сетей, наиболее удобны и транспортабельны для отогрева грунта. Скорость отогрева при одних и тех же условиях определяется степенью промерзания, характером и качеством покрытия.
В рефлекторной печи (рис. 4-29) в качестве нагревателя применяется нихромовая или фехралевая проволока диаметром 3,5 мм, навитая спиралью на изолированную асбестом стальную трубу.
Рис. 4-28. Конструкция трехфазных нагревателей для отогрева грунта.
а — нагреватель; б — схема включения; 1 — стержень стальной диаметром 19 мм; 2 — труба стальная диаметром 25 мм; 3 — втулка стальная диаметром 19—25 мм; 4 — контакты медные сечением 200 мм2; 5 — полоска стальная 30X6 мм2.
Рефлектор печи изготовляется из согнутого по оси в параболу с фокусом 60 мм алюминиевого, дюралюминиевого или стального хромированного листа толщиной 1 мм. Рефлектор отражает тепловую энергию печи, направляя ее на участок отогреваемого мороженого грунта. Для защиты рефлектора от механических повреждений печь закрывается стальным кожухом. Между кожухом и рефлектором имеется воздушный промежуток для сокращения потерь тепла от рассеяния.
Рис. 4-29. Рефлекторная печь для отогрева мерзлого грунта.
1 — нагревательный элемент; 2 — рефлектор; 3 — кожух; 4 — контактные зажимы.
Рефлекторная печь присоединяется к электрической сети напряжением 380/220/127 В.
При отогреве грунта собирается комплект из трех однофазных рефлекторных печей, которые соединяют в звезду или треугольник соответственно напряжению сети. Площадь отогрева одной печи составляет 0,4Х1,5 м2; мощность комплекта печей составляет 18 кВт. При отогреве грунта под котлован для монтажа кабельной муфты печи располагают параллельно друг другу на расстоянии 0,2—0,3 м одна от другой.
При малом содержании влаги в почве и тщательном удалении с отогреваемой поверхности снега и льда отогрев грунта на глубину 0,7—0,8 м достигается в один прием. Печи включаются на 3—4 ч, затем их отключают и оставляют на месте нагретый грунт еще на 3—4 ч; после этого печи удаляют и производят разрытие. Глубина прогрева за один прием составляет при атом 0,5— 0,6 м. При отогревании грунта с большим содержанием льда? разрытие и удаление грунта производят через каждые 2 ч работы печей.
Расход электроэнергии для отогрева 1 м3 мороженого грунта составляет примерно 50 кВт-ч при продолжительности отогрева 6—10 ч.
При пользовании печами необходимо также обеспечить безопасные условия производства работ. Место отогрева должно быть ограждено, контактные зажимы для присоединения проводов закрыты, а спирали печи не должны касаться грунта.
Направленное пламя применяется для отогрева мороженого грунта. Для этой цели используется как жидкое, так и газообразное топливо. В качестве жидкого топлива применяется солярное масло. Расход его составляет 4—5 кг на 1 м3 отогреваемого грунта. Установка состоит из коробов и форсунок. При длине коробов 20—25 м установка за сутки дает возможность отогреть грунт на глубину 0,7—0,8 м.
Процесс подогрева длится 15—16 ч. В течение остального времени суток оттаивание грунта происходит за счет аккумулированного тепла его поверхностным слоем.
Более эффективным и экономичным топливом для отогрева грунта является газ. Газовая горелка, применяемая для этой цели, представляет собой отрезок стальной трубки диаметром 18 мм со сплюснутым конусом. Полусферические короба изготовляются из листовой стали толщиной 1,5—2,5 мм. Для экономии потерь тепла короба обсыпают теплоизоляционным слоем грунта толщиной до 100 мм. Стоимость отогрева грунта газовым топливом составляет в среднем 0,2— 0,3 руб/м3.
Отогрев грунта кострами применяется при незначительном объеме работ (рытье котлованов и траншеи для вставки). Для большей эффективности отогрева костер накрывают листами железа толщиной 1,5—2 мм.
После того как грунт отогрет на глубину 200—250 мм, что устанавливается специальным стальным зондом, дают костру догореть и выбирают лопатами оттаявший грунт. Затем на дне образовавшейся впадины вновь разводят костер, повторяя эту операцию до тех пор, пока мороженый грунт не будет выбран на всю глубину. В ходе работ по отогреву грунта необходимо следить за тем, чтобы вода от тающего снега и льда не заливала костер.
