Технология прокладки оптических кабелей в дорожном полотне, в обочине, преимущества и ограничения

Информационные технологии и телекоммуникации буквально пронизывают все области современной жизни. Видимым проявлением этого процесса становится появление таких объектов как Умный дом и Умный город, которые в результате естественного эволюционного трансформирования постепенно становятся основой цифровой экономики. Интенсивность объективных процессов появления цифровой реальности дополнительно серьезно стимулируются снизу за счет массового распространения Интернета вещей.

Эффективное функционирование цифровой экономики невозможно без телекоммуникаций, технологической основой которых становятся линии волоконно-оптической связи. Средства радиосвязи в силу целого ряда объективных причин применяются для решения группы нишевых задач, так как фактически применяются в тех случаях, когда организация кабельных каналов связи невозможно физически или нецелесообразно по иным соображениям.

Существенную, превышающую половину общего бюджета долю в расходах на создании линии волоконно-оптической связи, образуют чисто строительные работы. Поэтому поиск путей экономии на этой статье затрат рассматривается как одно из приоритетных направлений развития техники.

Кабели ВОЛС междугородной связи и автомобильные дороги

При выборе трасс прокладки кабельных линий междугородной связи их традиционно привязывают к автомобильным дорогам. Выбор подобной стратегии определяется следующими простыми соображениями:

автомобильные дороги, соединяющие населенные пункты, естественным образом обычно прокладываются так, чтобы минимизировать их протяженность;
в населенных пунктах сосредоточены население и организации, которые создают трафик и являются потребителями услуг электросвязи;
автомобильные дороги обеспечивают наибольшую простоту доставки техники и различных материалов по всей трассе как в процессе строительства, так и при выполнении ремонтно-восстановительных работ после аварий, а также во время текущего обслуживания.

Дополнительно укажем на то обстоятельство, что сама автомобильная дорога выгодна с точки зрения выполнения строительства кабельных линий связи из-за того, что

из перечня проектных работ исключается трудоемкое исследование геоподосновы;
за счет наличия мостов легко решается проблема организации переходов через водные преграды;
из-за однородного характера грунта и отсутствия подтопления заметно уменьшаются риски повреждения кабеля;
резко снижаются требования в отношении проходимости специализированной строительной техники.

Варианты прокладки волоконно-оптических кабелей «в дороге» и их исполнение

Варианты прокладки волоконно-оптических кабелей в дороге и их исполнение

Рис. 1. Схематическое представление автомобильной дороги с твердым покрытием и возможные места прокладки кабелей

С учетом отмеченного выше естественного тяготения трасс прокладки кабельных линий связи к автомобильным дорогам в общем случае возможны три варианта исполнения их линейной части, которые отличаются местом прокладки кабеля и его конструктивным исполнением. Прокладка кабеля может осуществляться, см. рис. 1:

непосредственно в дорожное полотно (1);
в минитраншею обочины (2);
вдоль дороги сразу же за полосой отчуждения обычно на расстоянии 15 – 30 м от края дорожного полотна (3).

Прокладка в пределах полосы отчуждения, но вне обочины допустима в том случае, если создаваемая линия связи предназначена для решения сервисных задач, необходимых для корректного функционирования трассы. Данная возможность специально не выделяется в отдельный вариант из-за того, что с точки зрения выполнения строительных работ она, за исключением организационных моментов, практически не отличается от прокладки за ее пределами отчуждаемой полосы.

Возможна прокладка непосредственно в дорожном полотне в его боковой части на глубине порядка 10 – 15 см в канавке шириной около 2 см с последующей заливкой гудроном. Такая технология активно продвигалась немецкой компанией Siemens в самом начале 2000-х гг и была частично востребована в городе. В качестве прототипа используемого для этого кабеля, рис. 1б из-за необходимости обеспечения высокой поперечной прочности был выбран модуль глубоководного морского кабеля. От широко распространенных традиционных «сухопутных» изделий он отличался тем, что содержал толстостенную медную или алюминиевую трубку, на которую возлагается функция силовой основы и поясной изоляции. Из-за высокой стоимости таких изделий (как минимум в 1,5 раза больше по сравнению с традиционными конструкциями с броней из круглой стальной проволоки из-за применения сплошного упрочняющего покрытия из цветного металла большой толщины) такое направление развития не получило.

Схематическое представление вариантов исполнения кабелей для прокладки вдоль автомобильных дорог с твердым покрытием

Рис. 2. Схематическое представление вариантов исполнения кабелей для прокладки вдоль автомобильных дорог с твердым покрытием: а) традиционная модульная конструкция в однослойной броне из круглой стальной проволоки; б) со сплошной трубчатой броней; в) безбронный с трубкой для пневматической прокладки

Прокладка вне полосы отчуждения осуществляется непосредственно в грунт и должна выполняться только кабелем в броне из стальной проволоки. Проволока имеет преимущественно круглое поперечное сечение, более эффективная квадратная в сечении проволока не используется из-за технологических сложностей ее нанесения на тело кабеля. Наиболее распространены конструкции с однослойной броней, Рис. 2а, при прокладке в скальных грунтах и при рисках мерзлотных деформаций почвы может применяться 2-слойная проволочная броня, позволяющая довести допустимое растягивающее усилие кабеля до 20 тонн.

Особенности реализации линейной части кабельной системы ВОЛС, проложенной в дороге

Для построения линейной части системы волоконно-оптической связи в обочине наиболее пригодна технология пневматической прокладки, которая соответствует рекомендациям L.48, L.49 и L.68 Международного союза электросвязи. В основе технологии лежит использование комбинации трубок и безбронных кабелей, рис. 2в. Идея этой технологии и ее основные свойства были рассмотрены в статье «Задувка оптического кабеля: технология пневматической прокладка ВОЛС, особенности, применение». Поэтому далее остановимся только на отличиях от традиционной схемы реализации линий междугородной связи.

Прокладка в обочине предполагает выполнение нескольких простых процедур.

Особенности реализации линейной части кабельной системы ВОЛС, проложенной в дороге

Рис. 3. Размеры минитраншеи в структуре обочины

Сначала цепной или дисковой пилой в теле обочины формируется прорезь (миниканавка или минитраншея) шириной 5 – 10 см при глубине примерно 50 – 60 см, см. рис 3. Популярный при подземной прокладке междугородных линий плуг-пропорщик в данном случае скорее избыточен из-за отсутствия такой необходимости – структура обочины изначально предполагает, что в ней отсутствуют корни деревьев, валуны и иные аналогичные невидимые подземные препятствия.

Через каждый километр, в местах ответвлений от дороги, а также в иных точках, предусмотренных проектом, формируется выемка для установки в нее сборного пластикового колодца. Выбор расстояния между колодцами в 1 км обусловлен стремлением к созданию технических запасов (максимальная протяженность трубки может достигать 1,5 км), так что небольшое превышение этого расстояния не приводит к тяжелым последствиям.

Колодец штатно выдерживает давление до 26 тонн. Подобное значение более чем с двукратным запасом превышает нормативную по актуализированной редакции СНиП 2.05.02-85 статическую осевую нагрузку автомобиля. Таким образом, гарантируется отсутствие опасности его разрушения при съезде на обочину даже тяжело груженных фур.

Одиночные трубки под безбронный кабель или их сборки-пакеты с общей оболочкой, укладываемые в разрез сразу же после его формирования, имеют два типоразмера с отличием по диаметру в два раза. Эта особенность дополнительно с небольшой штатной глубиной минитраншеи, что создает условия простоты изменения ее ширины, позволяет гибко варьировать количеством волокон в линейной части и легко адаптировать структуру магистрали автодорожной телекоммуникационной сети под потребности конкретного проекта, рис. 4. Укладка одиночных трубок и их пакетов в траншею и восстановление целостности обочины может выполняться с одного автомобиля.

Возможные варианты размещения комбинаций трубок в минитраншеях различный ширины

Рис. 4. Возможные варианты размещения комбинаций трубок в минитраншеях различный ширины (слева широкая, справа – узкая)

Тягач, на котором установлен пилящий агрегат, отличается относительно умеренной мощностью, что положительно сказывается на его габаритах. В процессе работы он перемещается по обочине. Выемка под колодцы имеет небольшие габариты. Все это выгодно с той точки зрения, что позволяет не только не останавливать движение по дороге, но даже не вводить на него ограничения.

Для прохода под равноуровневыми дорогами привлекается популярная технология горизонтального направленного бурения. Переходы через реки осуществляются по мостам с использованием дополнительной механической защиты трубчатого кабеля, изначально рассчитанного на эксплуатацию в таких условиях.

После формирования системы трубчатых каналов производится задувка безбронных миникабелей, которая требует применения специального технологического приспособления, например, Katimex X-Blow micro. Оно имеет хорошие массогабаритные показатели, что позволяет в нерабочем состоянии хранить ее вместе с аксессуарами в чемоданчике-кейсе, рис. 5.

задувка безбронных миникабелей

Рис. 5. Головка для ввода и продвижения оптического миникабеля в трубчатом канале с подключенным источником сжатого воздуха и с установкой на треноге - Katimex X-Blow micro

Далее выполняются обычные для работы с линейной части волоконно-оптической связи процедуры:

сварки отдельных строительных длин с установкой муфт или армирования отельных волокон элементами разъемов с их последующим подключением в розетки кроссов в промежуточных и оконечных точках трассы, соответственно;
проверки общего затухания и отсутствия дефектов на рабочих длинах волн;
оформление необходимой документации (паспортизация трассы).

Последним шагом становится подключение к активному сетевому оборудованию.

Дополнительная защита кабеля от влаги не требуется, что обеспечивается

отсутствием рисков постоянного нахождения воды в колодцах, находящихся в толще обочины выше уровня водоносного слоя;
применением влагозащитных покрытий трубок и герметичностью конструкции сборного колодца;
влагостойкой полиэтиленовой оболочкой миникабеля;
заполнением внутренних пустот кабельного сердечника гидрофобным гелем.

Основные достоинства прокладки оптического кабеля в обочине дорожного полотна

Использование обочины в качестве места для прокладки волоконно-оптического кабеля имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной прокладкой вне полосы отвода. В качестве наиболее значимых среди них отдельного упоминания заслуживают такие факторы как

высокая скорость прокладки, которую иллюстрируют данные в таблице 1;
простота установки колодцев, определяемая их сборной конструкцией, небольшой массой и малыми габаритами;
минимизация рисков мерзлотных деформаций и длительного воздействия влаги, определяемая структурой и условиями формирования обочины;
легкость подключения к информационной системе технологических контроллеров различного назначения, облегчающих текущую эксплуатацию автомобильных дорог и делающих автомобильное движение более эффективным.

Таблица 1. Типовые параметры строительства линейной части волоконно-оптической системы связи

Компонент трассы	Традиционная технология	Пневматическая прокладка
Линейная часть	1 км за смену	3 км за смену
Установка колодца	4 часа	1 час

Немаловажное значение приобретает то, что риски повреждения кабеля и колодцев строительной техникой в процессе эксплуатации снимаются практически до нуля (коэффициент готовности линейной части системы достигает «пяти девяток» или 0,99999) просто в силу отсутствия строительных работ, выполняемых посторонними организациями на обочине дорог.

С финансовой точки зрения автодорожная телекоммуникационная сеть на этапах строительства и эксплуатации обходится заказчику и оператору как минимум на десятки процентов дешевле. Если в части капитальных затрат данное утверждение не является неожиданным из-за простоты и дешевизны строительных механизмов, а также хороших массогабаритных показателей кабелей, то в части эксплуатации все не так очевидно и требует дополнительных комментариев.

Дополнительный бонус снижения эксплуатационных расходов для организаций, занимающихся проектированием, созданием и эксплуатацией технологических информационных систем, прямо вытекает из простоты наращивания количества отдельных волокон в линии и/или их подачи к промежуточной точке трассы по мере возникновения такой необходимости. Волоконно-оптическая линия междугородной связи относится к объектам с высокой капиталоемкостью, наращивание до проектной мощности передаваемого по ней трафика растягивается порой на десять и более лет. С учетом высокой стоимости кредитных средств возможность реализации подхода «волокно по заказу» позволяет оператору сэкономить значительные финансовые ресурсы.

Потенциальные потребители оптических кабелей в дорожном полотне

При определении перечня потенциальных потребителей ресурсов автодорожной телекоммуникационной сети следует обязательно принять во внимание наиболее сильные стороны технологии пневматической прокладки волоконно-оптического кабеля в трубках, которые непосредственно следуют из схемы ее осуществления. Главные из них - малое время на построение такой линии после прокладки трубок и ее высокая гибкость в части простоты выполнения отвода через каждый километр и в местах пересечения с иными дорогами даже в том случае, если это не предусматривалось первоначальным проектом. Учтем также место прокладки – обочину дороги. Поэтому наряду с традиционными потребителями ресурсов линии волоконно-оптической связи, которыми являются:

операторы сетей связи общего пользования;
реализуемая в стране распределенная сеть ЦОДов;
операторы ведомственных сетей (энергетика, трубопроводный транспорт), которые часто используют линии связи общего назначения для наращивания эксплуатационной живучести своих сетей путем взаимного резервирования;
базовые станции сотовой связи

К создаваемой линии связи могут подключаться многочисленные терминальные устройства информационной инфраструктуры, вновь создаваемой вдоль автомобильной дороги. В перечень таковых входят:

камеры системы контроля дорожного движения;
контроллеры для управления системой освещения;
автономные метеостанции;
телефоны экстренного вызова служб спасения;
информационные табло;
индуктивные петлевые датчики массы и осевой нагрузки на дорожное полотно;
ридеры систем бесконтактной оплаты за проезд по платным автомагистралям.

При необходимости список потребителей можно продолжить.

Заключение

Перечислим основные выводы, которые можно сделать:

Реализация линейной части автодорожной волоконно-оптической телекоммуникационной сети на основе технологии пневматической прокладки выгодна не только своими техническими достоинствами, но и позволяет заказчику сэкономить значительные финансовые средства за счет значимого снижения времени и удешевления строительства, а также операционных расходов.
Пневматическая прокладка волоконно-оптических кабелей в трубках в теле обочины автомобильных дорог имеет ряд преимуществ перед остальными технологиями строительства линий междугородной связи; в первую очередь обеспечивается скорость реализации, в разы превосходящая темпы строительства при традиционных способах, а также высокая эксплуатационная гибкость созданной линии в части подключения новых телекоммуникационных сервисов.
Волоконно-оптические кабели, проложенные с использованием этой технологии, за счет простоты подключения новых терминальных устройств различного назначения и отсутствий ограничений по скорости передачи данных позволяют резко увеличить уровень и качество информационной поддержки дорожного движения с полноценным включением автомобильных дорог в область цифровой экономики.
Ключевой компонент систем пневматической прокладки – специализированная головка для подачи оптического кабеля в трубку в потоке сжатого воздуха не является дефицитной (пример, Katimex X-Blow micro), а внедрение реализуемой с ее помощью процедур строительства линейной части не требует разработки дополнительных технических средств и специальных конструкций волоконно-оптических кабелей.
Выполнение монтажных работ не сопровождается ограничениями и, тем более, не требует остановки дорожного движения, а сама прокладка может быть выполнена с помощью широко распространенной строительной техники.
Немногочисленные недостатки линейной части систем волоконно-оптической связи, организованной в теле обочин автомобильных дорог с привлечением технологии пневматической прокладки, не проявляются при выполнении общих правил эксплуатации и немногочисленных дополнительных ограничений.