Бестраншейная прокладка силовых кабелей

Непрерывный рост объемов сооружения силовых кабельных линий в земле выдвинул задачу совершенствования существующей и создания новой прогрессивной технологии прокладки кабелей, а также создания высокопроизводительной кабелеукладочной техники. Несмотря на достигнутый в целом высокий уровень механизации строительства кабельных линий в земляных траншеях традиционным способом с применением современных механизмов и приспособлений, к наиболее прогрессивному методу монтажа следует отнести бестраншейную прокладку. Впервые в нашей стране бестраншейный способ прокладки силовых кабелей в земле с помощью кабелеукладчиков ножевого типа, представляющий собой комплексно-механизированный процесс, внедрен в семидесятые годы прошлого века. Применение бестраншейного способа открывает возможности комплексной механизации монтажных работ, обеспечивающей в сопоставлении с традиционным способом прокладки в предварительно отрытую траншею снижение трудозатрат в 7—8 раз.
Внедрение бестраншейного способа наряду с технико-экономическими преимуществами обеспечивает решение ряда важных народнохозяйственных задач, в том числе сохранения земельных угодий в процессе прокладки кабельных линий. Чрезвычайно важным достоинством бестраншейной прокладки является повышение надежности смонтированных кабельных линий, что нашло свое подтверждение на основе многолетнего опыта ее применения. Следует отметить, что условия эксплуатации кабельной линии при отсутствии нижнего и верхнего слоев искусственных подсыпок земли не ухудшаются, режим охлаждения кабеля и сохранность его наружной оболочки находятся в нормальных пределах. В результате нагрузочная способность кабельной линии находится на требуемом уровне.
Физико-механические процессы, происходящие при бестраншейной прокладке кабелей, определены взаимодействием рабочих органов кабелеукладчиков с грунтом.
Рабочими органами пассивных и активных кабелеукладчиков являются кабелепрокладочные ножи. Пассивные ножевые рабочие органы кабелеукладчиков получили наибольшее распространение вследствие простоты и надежности в работе.
Пассивный рабочий орган выполнен в виде вертикального ножа с передней режущей частью, имеющей различную форму: с одним или несколькими плоскими заостренными носками (долотами), с режущими кромками, образующими тупой или острый угол резания.
Активные рабочие органы, используемые в современных кабелеукладчиках, представляют собой вибрационные ножи, совершающие колебания в продольной плоскости.
В настоящее время физическая картина вибрационного резания изучена недостаточно. Известно лишь, что под воздействием вибраций в разрушаемой среде частицы отделяются от массива и начинают колебаться, перемещаясь относительно рабочего органа — кабелепрокладочного ножа. При этом из грунта удаляются вода и воздух, захватывающие с собой мелкие частицы. Частицы грунта по мере удаления от вибрирующего рабочего органа прекращают свои колебания, прекращается высвобождение частиц воды и воздуха и на некотором расстоянии от ножа колебания среды затухают. В последующих слоях грунта остается зона только упругих деформаций среды под действием кабелепрокладочного ножа.
За счет вибрации грунта происходит снижение кажущегося коэффициента трения, соответствующего началу перемещения грунта при вибрации:
f =F/N,
где F — тангенциальная сила, необходимая для преодоления сопротивления перемещению при вибрации, кН; N — нормальная сила при вибрации,
кН; f  - кажущийся коэффициент трения для песка, супеси и глины по стали, при частоте вибрационных колебаний ω = 32 - 55 Гц снижается с 0,35 до 0,05.
Эффект вибрации зависит от соотношения поступательной скорости и амплитудного значения скорости колебаний. Наибольший эффект вибрации возникает в случае, когда скорость поступательного движения кабелеукладчика меньше амплитудного значения скорости колебаний.

Необходимо выделить отрезки трассы, на которых нельзя производить бестраншейную прокладку:
участки кабельных трасс, где имеются места пересечений с различного рода подземными инженерными коммуникациями, заложенными на глубину менее 1,5 м (кабель связи, кабель высокого напряжения, трубопроводы и др.), и надземными сооружениями высотой менее 3,5 м; участки с лесистой местностью;
участки с щебеночными и каменистыми грунтами III—V категорий; участки, требующие специальной защиты кабеля (места частых раскопок, насыпной грунт со шлаком и строительным мусором, зола, известь, органические вещества, солончаки и т. д.).
При всех возможных конструкциях кабелеукладчиков они должны быть оснащены специальной кассетой для прокладки силовых кабелей, у которых направляющий желоб должен обеспечивать радиус внутренней кривой изгиба прокладываемого кабеля, равный не менее 25 диаметров его наружной оболочки.
Одним из важных технологических требований к выполнению прокладки является обеспечение свободной размотки кабельного барабана, установленного на кабельном транспортере, например, типа ТКБ-6. Установка кабельного барабана на кабельном транспортере или устройстве для размотки кабеля, размещенном на платформе другого транспортного средства, должна обеспечивать условие, при котором требуемое усилие тяжения, прикладываемое к концу кабеля в процессе размотки, не превышало бы 500 Н.
Вместо кабельного транспортера типа ТКБ-6 может быть использован грузовой автомобиль повышенной проходимости типа "Урал-375", на платформе которого установлены инвентарные устройства для транспортировки кабельных барабанов и раскатки с них кабеля в процессе прокладки.
Началу работы механизированной колонны, состав которой приведен в табл. 5, должны предшествовать планировочные работы для подготовки рабочей полосы 5—6 м, необходимой для прохода кабелеукладчика, а также выравнивания неровностей рельефа, бугристости, устройства объездов через овраги и т. п.
Основные ограничения к профилям местности, учет которых обеспечит нормальное движение кабелеукладчика в составе мехколонны: кривизна профиля трассы, проходящей через перевалы возвышений, должна иметь радиус не менее 50 м; радиус кривизны профиля трассы, проходящей через овраги или водосточные каналы, должен составлять не менее 25 м, встречающиеся на трассе спуски к рекам, а также выходы из них не должны иметь уклон более 20°.
Прокладка кабеля начинается с определения технической готовности кабелеукладчика (проверяется по заводскому паспорту и инструкции по эксплуатации) и уточнения способа заглубления кабелеукладочного ножа с кассетой. Заглубление ножа с кассетой производится в предварительно вырытом котловане глубиной 1100 мм, имеющем размеры в плане 2000*800 мм, с большой стороной, вытянутой вдоль направления движения.

Сцепка тракторов, число которых определяется категорией грунта на трассе, производится по схеме, приведенной на рис. 26, обеспечивающей наиболее высокую степень эффективности сложения из тяговых усилий. По данным многократных полевых испытаний сцеп из пяти-шести тракторов имеет коэффициент совместности использования из тяги, равный 0,8, для различных условий прокладываемых трасс. Рекомендуется сцепку тракторов производить следующим образом: фаркоп коренного (первого) от кабелеукладчика трактора и канат от второго непосредственно I сцепить с дышлом кабелеукладчика, затем канат третьего трактора сцепить с передним крюком коренного, канат четвертого трактора сцепить с I передним крюком второго и т. д. Перед началом движения цуга тракторов производится предварительное натяжение канатов, сцепляющих тракторы, в последовательности от второго, следующего за коренным, к последнему трактору. Движение тракторов должно начинаться одновременно по команде, для предотвращения возможных повреждений все изменения хода следует выполнять плавно, без резких рывков и торможений. После сцепки тяговых тракторов с кабелеукладчиком и заглубления ножа необходимо подготовить барабан с кабелем к размотке. Кабельный барабан может быть размещен на кабельном транспортере или на платформе грузового автомобиля, двигающегося в составе механизированной колонны.
В качестве транспортера используются кабельные тележки ТК-5 или КУ-22, на которые в полевых условиях устанавливаются кабельные барабаны с помощью самоходного автокрана, обеспечивающего также съем освободившегося пустого кабельного барабана. Кроме того, применяются кабельные транспортеры ТКБ-6 или ТКБ-10, оснащенные грузоподъемными механизмами для погрузки и выгрузки кабельных барабанов. Операции погрузки и выгрузки кабельных барабанов, выполняемые на трассе, содержат до 40% общих трудозатрат на прокладку кабелей с помощью ножевого кабелеукладчика.

Сцеп тракторов кабелеукладчика с пассивным рабочим органом

Значительное снижение трудозатрат достигается при использовании в составе механизированной колонны вместо прицепной кабельной тележки грузового автомобиля высокой проходимости, например "Урал-375". Автомобиль двигается в створе с кабелеукладчиком на жесткой сцепке, обеспечивающей совпадение скоростей перемещения. При этом кабель, сматываемый с вращающегося барабана, поступает непосредственно в кассету кабелеукладчика.
Использование в составе механизированной колонны второго грузового автомобиля обеспечивает возможность производить прокладку в непрерывном режиме. Если второй автомобиль так же, как и первый, имеет на платформе инвентарные приспособления для установки и размотки барабанов с кабелем, то это исключает необходимость производить перегрузку кабельных барабанов с автомобиля на кабельную тележку. Вполне очевидно, что замена кабельной тележки грузовым автомобилем повышенной проходимости позволяет значительно увеличить производительность прокладки кабелей механизированной колонной и исключить необходимость иметь в составе кабелеукладочной техники автомобильный кран.
До начала прокладки конец кабеля, заведенный в кассету кабелеукладчика, должен быть неподвижно закреплен на дне котлована или приямка для  заглубления кабелеукладочного ножа, где также размещается динамометр для контроля усилия тяжения кабеля. Кабель, поступающий в кассету с разматываемого кабельного барабана, должен иметь па входе запас слабины не менее половины длины витка на барабане. В дальнейшем в процессе движения кабелеукладчика эта слабина должна быть несколько меньше, однако поддерживаться должна постоянно. Скорость размотки кабеля с барабана регулируется и поддерживается оператором кабелеукладчика равной скорости движения механизированной колонны. Прокладываемый кабель должен входить в кассету свободно, оставаясь ненатянутым.
Контроль за глубиной прокладки выполняется постоянно в процессе движения механизированной колонны оператором кабелеукладчика, который следит за заглублением ножа по красной контрольной линии, нанесенной на наружной боковой поверхности. Все маневры в механизированной колонне совершаются одновременно по общей команде, плавно изменяя ход, без резких рывков и торможений, что является гарантией высокого
качества прокладки кабельной линии. Параллельная прокладка одиночных кабельных линий выполняется на расстоянии не менее 1 м одна от другой.
Через действующие кабельные линии и подземные коммуникации механизированные колонны совершают переходы с поднятым кабелеукладочным ножом, не прерывая движения. В местах пересечения с подземными коммуникациями прокладываемый кабель доуглубляется с соблюдением соответствующих мер предосторожности. Доуглубленный участок проложенного кабеля на участке пересечения защищается металлическим коробом, выполненным из двух раздельных стальных профилей (швеллеров или уголков), бетонными плитами и т. п.
Концы строительных длин прокладываемых кабелей соединяются с концом кабеля на кабельном барабане, подлежащем размотке, внахлест на длине не менее 3,5 м. При этом конец проложенного кабеля располагается снизу, что обеспечивает нормальное перемещение на входе в кассету кабелеукладчика, и подматывается смоляной лентой на длине не менее 80 см. При соединении концов кабелей смоляной лентой их необходимо совместно изогнуть по радиусу, равному радиусу кривизны кассеты, этим достигается частичное снижение растягивающих усилий от сопротивления перемещению кабеля при прохождении кассеты.
Места стыковки строительных длин кабелей (места установки соединительных муфт) обозначаются на местности временными реперами (вешками, столбиками и т. п.). Допускается также при необходимости над местом стыковки кабелей в щель закладывать небольшой отрезок стального профиля на глубину 0,4-0,5 м для обнаружения этих мест кабелеискаnелем.
Котлован под монтаж соединительной муфты должен иметь размеры в плане 2,5 х 1,5 ми располагаться по одну сторону от проложенного кабеля с тем, чтобы обеспечить условия для механизированного рытья котлована с помощью землеройной машины. Отрывку кабеля выполняют вручную во избежание его возможных повреждений.
Важной задачей оператора является точное фиксирование мест расположения ушедших в землю связанных концов двух кабелей. Возможно, более точное обозначение с помощью временной вешки мест отрывки котлована для монтажа соединительных муфт значительно сократит затраты времени на монтаж кабельной линии. Разметку и отрывку котлованов под монтаж соединительных муфт следует производить в наиболее короткие сроки, гак как временные вешки могут оказаться снятыми, что в значительной степени затруднит отыскание мест связки кабелей, находящихся в земле. Кроме того, следует учитывать, что укладку концов кабелей в открытом котловане рационально производить непосредственно после прокладки, до значительного проседания разрыхленного грунта и его затвердения.
Обязанностью оператора кабелеукладчика является слежение в процессе прокладки за перемещением на участках возможных пересечений с ранее проложенными кабельными линиями или подземными коммуникациями. Рекомендуется выглублять и заглублять кабелеукладочный нож на расстоянии не ближе 5 м от места пересечения с подземными сооружениями, которые должны быть обойдены.
Весьма важно в процессе прокладки предвидеть место установки кабельной муфты, где предстоит отрывка котлована, чтобы он не оказался в болоте, овраге, кювете и подобных местах, труднодоступных для монтажа и эксплуатации.
Одним из землеустроительных требований, предъявляемых к способу бестраншейной прокладки, является необходимость выравнивания и уплотнения грунта на всей длине трассы, что обеспечивается, как правило, приспособлениями, предусмотренными в конструкции кабелеукладчика, или выполняется бульдозером, имеющимся в составе механизированной колонны. Обслуживание кабелеукладочного ножа в процессе прокладки сводится к очистке кассеты от засорений через каждые 15—20 км трассы, если по условиям местности не требуется более частой очистки.
Как было отмечено, в процессе прокладки кабеля кабелеукладчиком производится непрерывный контроль за глубиной заложения кабеля по красной контрольной линии, нанесенной на кабелепрокладочном ноже. Контрольная линия шириной 100 мм наносится на нож на расстоянии 1200 мм от острия ножа. При выявлении отклонений от нормальной глубины заложения кабеля колонна должна быть немедленно остановлена. Прокладка может быть продолжена только после устранения причин, вызвавших отклонение от заданной глубины. Место недостаточного заглубления кабеля (менее 0,9) отмечают вешкой и вручную производят работы по укладке его на проектную глубину.
Весьма важен для гарантированной сохранности от случайных механических повреждений прокладываемого кабеля контроль усилий тяжения, который осуществляется в начале прокладки. Контроль усилия тяжения выполняется динамометром типа ДПУ-0,5-2, один конец которого анкерится в грунте металлическим стержнем, другой присоединяется к проволочному чулку, надетому поверх наружного покрова конца кабеля (см. рис.). Показание динамометра для силовых кабелей с медными и алюминиевыми жилами в алюминиевой или свинцовой оболочке не должно превышать 1,5 кН. Для установки динамометра подготавливается котлован в виде приямка с размерами 2000 х 800 х 1000 мм, который располагается симметрично относительно оси прокладки кабеля. Как показывает многолетняя практика, при прокладке ножевыми кабелеукладчиками усилия тяжения кабеля не превышают 0,5—1,5 кН, при этом в момент трогания с места усилия составляют не более 1,4—1,5 кН, а при установившемся движении механизированной колонны эти усилия не превышают 0,5—0,7 кН.
Обследования целого ряда смонтированных кабельных линий, проложенных с помощью кабелеукладчика ножевого типа, позволили установить при осмотре котлованов, вырытых в местах расположения кабельных муфт со средней частотой 2—4 котлована на I км длины трассы, что колебания глубины залегания не превышают 5—6% номинального значения. Многочисленные обследования уложенных в земле соединенных ("связанных") концов кабелей, прошедших кассету, что является наиболее сложным участком прокладки, не выявили ни одного повреждения кабеля, обрывов изоляции, разрушений брони или кабельных покрытий.
Рассмотрим особенности прокладки в различных грунтовых условиях.
При прокладке кабеля ножевыми кабелеукладчиками в грунтах I—III категорий достаточно тягового усилия трех—пяти тракторов тягового класса 100 кН, например T-I00M, один из которых должен быть гидрофицирован для подачи рабочей жидкости в силовые гидроцилиндры, установленные на кабеле укладчике. При необходимости увеличения тягового усилия цуга тракторов в отдельных местах к ним подключается бульдозер.
С целью продления сезона кабелеукладочных работ предусматривается прокладка кабеля в начальный период зимы, когда промерзание грунта не превышает 0,2-0,3 м, а температура воздуха находится в пределах, допустимых для производства кабельных работ.

При необходимости прокладке кабеля предшествует многократная пропорка мерзлого грунта с помощью пропорщика ПГ-1 или кабелеукладчика с пропорочным ножом. Количество проходов пропорщика зависит от состава грунта и степени его промерзания. Прокладку кабеля после пропорки трассы производят обычной кабелеукладочной колонной. При температурах воздуха ниже допустимых перед прокладкой производят прогрев кабеля на барабане согласно указаниям, приведенным в инструкции.
Прокладка кабеля через болота допускается при глубине залегания торфяного слоя не более I м с укладкой кабеля на твердом грунте. Прокладку кабеля через нетопкие (проходимые) болота производят так же, как и в грунтах I—III категорий. Прокладку через топкие болота шириной до 1000 м следует производить с помощью длинного каната, перекинутого через болото. В качестве тяги используется сцеп тракторов, один из которых оснащен гидравлической станцией, или специальная тяговая лебедка ЛT-140, смонтированная на тракторе Т-140 и обладающая тяговым усилием 200-600 кН и канатоемкостью 1000 м. Прокладка кабеля через водные преграды производится в местах, определенных проектом. На местности трасса перехода обозначается вешками, установленными вне рабочей зоны в 3 — 4 м от оси трассы с двух сторон.
Прокладку кабеля через небольшие реки, ручьи при глубине воды до 1 — 1,5 м и ширине зеркала до 25 м производят с ходу обычной мехколонной.
Через водные преграды при глубине воды более 1,5 ми ширине зеркала более 25 м прокладку необходимо производить при помощи длинного каната сцепом тракторов или тракторной лебедкой JIT-140. Перед прокладкой кабеля понтонные отсеки кабелеукладчика заполняются водой, а на носу и корме устанавливаются две мерные рейки, длина которых выбирается в зависимости от глубины водной преграды.
Прокладка через глубоководные преграды производится в следующем порядке: сначала переходят кабелеукладчиком вхолостую (т. е. без кабеля) по створу перехода для выявления препятствий, затем предварительно пропарывают створ перехода для устранения препятствий на полную глубину залегания кабеля и после этого производят прокладку кабеля. Для обеспечения обратного хода (вытаскивания) кабелеукладчика на берегу, где он установлен, остаются 1—2 трактора, соединенных канатом достаточной длины с кабелеукладчиком. Тракторная лебедка должна быть надежно заякорена, а тяговые трактора соединены в колонну сцепкой. Тяговый канат перетаскивают через водную преграду трактором или тракторной лебедкой с помощью вспомогательного каната, предварительно перетянутого через преграду. При встрече ножа кабелеукладчика с непреодолимыми препятствиями при предварительной про- порке кабелеукладчик извлекают в исходное положение. Последующая проходка осуществляется с переносом трассы параллельно первоначальной на расстояние нескольких метров.
Технология прокладки кабелей бестраншейным способом с применением вибрационных кабелеукладчиков не имеет существенных отличий от прокладки с помощью кабелеукладчиков с пассивным рабочим органом. Вибрационные кабелеукладчики позволяют прокладывать кабели на глубине 0,9-1,2 м в грунтах I—IV категорий, а также на переходах через заболоченные участки и овраги. Учитывая повышенную маневренность вибрационных кабелеукладчиков, обеспечивающую возможность их использования на территориях современных крупных промышленных объектов и вблизи городов, следует указать требования, ограничивающие их применение.
Прокладку вибрационным кабелеукладчиком производить не разрешено на участках кабельных трасс, где имеются места пересечений с различного рода подземными инженерными коммуникациями, заложенными на глубину менее 1.5 м (кабели связи, кабель высокого напряжения, трубопроводы и т. п.), участках с лесистой местностью, со щебеночным и каменистыми грунтами IV и V категорий. Кроме того, бестраншейная прокладка невозможна на отдельных участках трассы, требующих специальной механической защиты кабеля в местах частых раскопок, насыпном грунте и т. п. При выборе кабельной трассы необходимо иметь в виду, что спуски к рекам и оврагам, а также выходы из них должны иметь угол уклона не более 20°.
Процесс прокладки начинается с заглубления кабелеукладочного ножа, которое производится способом, предусмотренным конструкцией кабелеукладчика,  в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Если грунты на трассе увлажнены, и условия сцепления гусениц трактора ухудшаются, то в помощь кабелеукладчику дополнительно используется трактор, оборудованный ходоуменьшителем. Глубина укладки кабеля устанавливается размером сменного кабелеукладочного ножа — 0,9 и 1,2 м. Кабельный барабан устанавливается на переднем навесном оборудовании кабелеукладчика или на платформе грузового автомобиля, связанного с кабелеукладчиком жесткой сцепкой, которая обеспечивает возможность синхронизации скоростей движения кабелеукладчика со скоростями перемещения кабеля в кассете.
При прокладке по схеме с использованием грузового автомобиля типа "Урал-375" рационально для сокращения времени производства погрузо-разгрузочных операций размещать на платформе одновременно два барабана с кабелем. Барабаны устанавливаются на инвентарных устройствах, обеспечивающих транспортировку барабанов, раскатку с них кабеля и подачу его по валкам, размещенным на кабине автомобиля, непосредственно в кассету кабелеукладчика. Перед началом прокладки конец кабеля, выходящий из канала кассеты на 1,5 м, надежно прикрепляется к стержню, заглубленному в дне котлована на глубину 0,5—0,7 м.
Постоянство глубины прокладки обеспечивается касанием колес трамбователя о грунт, достигаемым при заглублении кабелеукладочного ножа. Движение кабелеукладчика начинается на передаче и со скоростью, необходимой для создания необходимого тягового усилия. При всех схемах прокладки вращение кабельного барабана осуществляется принудительно при постоянном контроле процесса размотки кабеля и прохождения его по валковым устройствам до входа в кассету. При этом необходимый запас длины кабеля на входе в кассету должен составлять не менее 0,5—1 м.
При размещении кабельного барабана на переднем навесном оборудовании кабелеукладчика синхронность скоростей подачи кабеля в кассету и движение трактора обеспечиваются с помощью регулятора гидромотора привода вращения кабельного барабана.
При выявлении случайных отклонений от нормальной глубины заложения кабеля прокладка приостанавливается, место недостаточного заглубления кабеля (менее 0,9 м) отмечают вешками и затем производят с соблюдением необходимых мер предосторожности работы по его укладке на проектную глубину.
Современные вибрационные кабелеукладчики позволяют успешно прокладывать кабели в мерзлых грунтах и на болотистых трассах. В условиях глубокого промерзания почвы работе кабелеукладчика предшествует многократная пропорка грунта с помощью  пропорщика. Прокладка кабеля кабелеукладчиком через болота допускается при глубине залегания торфяного слоя не более 1 м с укладкой кабеля на твердом грунте Прокладка через нетонкие проходимые болота производится таким же способом, как и в твердых грунтах 1—IV категорий. I Прокладка кабелей вибрационным кабелеукладчиком производится экипажем в составе двух человек. Механик-водитель осуществляет управление трактором и механизмами кабелеукладчика, в том числе механизмом размотки, обеспечивает движение по заданной трассе. Помощник механика-оператора находится в кабине у специального люка и обеспечивает нормальное протекание процесса прокладки кабеля, в том числе контроль за размоткой кабельного барабана, визуальный контроль состояния оболочки кабеля путем непрерывного осмотра через люк кабины, периодический контроль глубины укладки по отметке на ноже кабелеукладчика, наблюдение и контроль нормативного значения свободного запаса кабеля до входа в кассету.
При прокладке кабеля по схеме с использованием грузового автомобиля для транспортировки по кабельной трассе барабанов с кабелем в состав бригады дополнительно входят два монтажника, обеспечивающие принудительную размотку барабанов.