高海拔高寒地区光缆线路的设计与维护

#" 融区
片状多年冻土地带夹杂有季节 冻 土 ， 通 称 融 区。 根据融区成因， 大致分为构造融区 （包括地热、 地 下水融区） 、 地表水融区 （包括河流、 湖泊融区） 和渗 透辐射融区三种类型。 构造地热融区一般表现为温泉沿构造断裂带出 露。 融区范围视构造带破碎程度和水温而定， 多半呈
二、 地质结构对光缆线路的影响
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—— ! —光缆螺旋度 —— $—系统误差 光纤内部的机械应力分布的不均匀是受到不均 匀的外部应力作用的结果， 当光缆从侧面受到挤压， 导致对光纤施加压力， 产生微弯损耗， 使光信号受到 损失， 产生误码， 甚至光纤断裂。 如果外力过大， 光缆 有被压断的可能。通常由于冻胀产生的对光缆的外 力是缓慢的过程， 定期对光纤的衰减进行监测， 及时 发现衰减大的故障点， 对其产生原因进行分析， 从而 找出原因， 使光纤维护从故障维护变为预防维护。
一、 光缆线路勘察设计内容
自然条件极其恶劣的高海拔高寒地区人烟稀 少， 公路两侧除城镇外 2 几乎很少看见村落的房屋建 筑，同时公路所在的地带也是地质结构比较稳固的
王 立 宣 !""# 年 毕
业于郑州大学通讯 工程专业， 获工学学 士学位。信息产业部邮电设计院工程师。主要从事有线 传输工程、 光通信系统的设计与研究工作。 在国家、 省部 级刊物发表了 《海底光缆的海洋调查》 、 《 工程中光纤故 障的分析与处理》等六篇学术论文。
王立宣：高海拔高寒地区光缆线路的设计与维护
管进行保护，塑管敷设长度应超出河堤两岸不同土 质的分界面至少 10 ,， 由于冲刷严重， 同时做加强 型漫水坡，在冲刷特别严重的河流可对漫水坡用地 锚加固。对高海拔高寒地区的光缆长期的技术跟踪 调查显示， 河流地段的光缆故障占相当大的比例， 且 多发于冬季冻胀期。
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盲区决定了光时域反射仪所能测到的最短距离 及最接近距离，它是由活接头的反射引起光时域反 射仪接收机饱和所致。盲区通常发生在光时域反射 仪面板前的活接头反射上，但也可在光纤的其他地 方发生。 盲区往往发生在测试端， 使测试端数据在事 件表中不能正常读取， 给测试端故障检测带来困难， 一般光时域反射仪的盲区为几百米至几十米，为了 使测试数据完整，可采用大于光时域反射仪盲区的 连接于光时域反 软光纤盘 （一般选 200 , 左右为佳） 射仪与被测光纤之间，使光时域反射仪的盲区落在 软光纤盘上， 从而使被测光纤上的数据被完整获得。 （3）光纤折射率是直接影响光时域反射仪测试 距离准确性的一个重要参数，要求使用光缆生产商 提供的准确数值。 光纤在光缆中的螺旋度 ! （4） 工程中普遍使用的是层绞式松套管光缆，光纤 是沿中间加强心螺旋缠绕的，所以光纤的传输长度 大于光缆的长度。对于光缆维护部门这个参数的准 确性是十分重要的， 不同厂家、 不同型号的光缆螺旋 （每公里缆长所对应的纤长） 是不同的， 应要求 度! 光缆生产商提供准确数值。 一般情况下准确定位光纤故障点的位置应选择 距离故障点最近的接头点为基准参考点，从而计算 基准参考点与故障点的距离。光缆维护部门关心的 是故障点的光缆长度，而不是光时域反射仪测得的 光纤的传输长度 " ，根据以上可得光缆长度 # 计算 公式
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高海拔高寒地区
光缆线路的 设计与维护
阮智博 罗焕成
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!" 地下冰
地下冰是地质 （岩性） 、 水文地质 （地下水） 和热 物理（冻结速度和地中热流）等因素综合作用的产 物， 地质和水文地质条件相同条件下， 随海拔增高、 纬度增大而增多。 就地貌特征而言， 地下冰总体分布 是山地、 丘陵区， 中高山区， 河谷、 平原区顺次递减。 岩性、 植被、 坡向和水文条件等局部因素对地下 冰的形成有很大的制约作用。 一般来说， 土质颗粒直 径 0&02340&005 ,, 是地下冰形成的最佳粒度范围。 因而，细粒土中含冰量按下列顺序递减：粉质亚粘 土、 亚粘土、 粉质亚砂土、 粘土、 亚砂土和粉砂。对粗 颗粒土质 （碎石土和砂砾石） 而言， 主要取决于其中 植被茂盛以及沼泽湿地 小于 0&023 ,, 颗粒的含量。 有利于地下冰形成， 阴坡一般比阳坡的松散土层厚， 植被茂盛， 土层地温低， 因而， 阴坡地下冰比阳坡含 量大。地形坡度大、 植被覆盖层薄、 排水条件好的地 区， 不利于地下冰形成。一般地形坡度小于 106的坡 体地下冰容易形成。 厚层地下冰的埋藏深度规律： 从地形上来看、 厚 层地下冰在山地、 丘陵区埋藏较浅、 高原、 平原居中， 河谷地段较深。同一地区由于植被和岩性条件的不 同， 其埋藏深度差异也较大。草炭沼泽、 粘性土和砂 总 砾土的厚层地下冰的埋藏深度分别为 0&748&0 ,， 体上，最大季节融化深度即多年冻土上限附近是厚 层地下冰的集聚之地。 光缆沟坑禁止挖至地下冰层， 光缆埋深应在地下冰层上限以下 104/0 9, 处。 地下冰形成地段的地面识别特征标志：多年冻 土地带中的沼泽化湿地或植被茂盛地带、 热融滑塌、 热融泥流、 热融湖塘、 冻胀丘 （形状如小土包） 和串珠 状水系多发地带。 地下冰埋藏浅且含冰量大，通常含冰量高达 属含土冰层或饱冰冻土。融化后再回冻， 50:420:， 属强融沉和强冻胀类型。不良 冻胀系数大于 1/: ，
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三、 光缆线路的维护
在高海拔高寒地区除了按常规维护外，还要根 据其地质结构及特点对光缆线路路由及光纤衰减进 行长期的监测。 这些地区地质结构复杂多变，大气温度随全球 变化而变化， 引起冻土、 融区、 地下冰的深度变化， 从 而对光缆产生影响。 对光缆路由上的塌陷、 隆起地形 变化要引起高度重视。 对光纤衰减 要充分利用光时域反射仪 （;"!<） 进行长期监测， 特别是在冬季上冻时期。 光时域反射 仪是通过后向散射法进行光纤衰减的测量，该方法 能测试整个光纤链路的衰减，并能提供和长度有关 的衰减细节， 可获得如下有关链路的重要特性： 链路上特征点 （如接头点、 弯曲点等） （1 ）距离： ； 的位置， 链路的距离 （中继段光纤的传输长度 ! ） （/ ） 损耗： 单个光纤接头的损耗； 衰减： 链路中光纤的衰减； （8 ） （3 ） 反射： 如活接头及光纤裂缝的反射。 测试中经常发现测得的故障点的位置与实际位 置总有偏差， 产生偏差的主要原因如下： 仪表本身的系统误差 " （1 ） 仪表本身产生的系统误差是客观存在的，系统 误差 " 值可以在仪表手册的性能指标中查得。 （/ ） 光时域反射仪的盲区
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地质现象如热融滑塌、 热融泥流、 冻胀丘和冰锥等都 会对光缆产生不均匀压力和拉力，故光缆线路埋设 应尽量避开冻胀丘和冰锥等多发地段；个别活动性 较强的冻胀丘地段， 在选择路由时注意回避， 同时应 考虑光缆外护抗低温的塑管、 钢管， 以防冻胀断裂； 特别是应加强保护冻土措施， 严格控制施工季节， 缩 短光缆沟坑暴露时间， 及时回填光缆沟坑。 回填土料 以原地点土料为主， 按原来土质顺序分层夯实， 草皮 及腐植质土料禁止回填基坑下部，以免腐烂产生热 量使地下冰融化引起光缆沟坑下沉及增大冻胀性， 复杂地 一般地段回填高度要高出原地面 /0480 9,， 段高出原地面 80430 9,， 有植被地段要注意恢复植 被层， 尽量恢复原来的生态地质环境。
地区， 适合光缆敷设， 故勘测光缆线路时一般以公路 为基线向两侧扩展 100 , 范围的资料进行收集及勘 探。 光缆线路勘察设计内容除常规勘察设计外， 还应 包括冻土地质勘测， 主要对下列问题进行研究： （ 1 ）光 缆 敷 设 区 内 多 年 冻 土 和 季 节 冻 土 分 布 界线；
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!" 冻土
冬季由于气候寒冷而冻结的土或含水岩称为冻 土；冬季冻结而夏季完全融化的土或含水岩称季节 冻土；连续两年以上保持冻结状态的土或含水岩称 为多年冻土。 根据不同土质中冻土含水量的大小，将冻土划 分为少冰冻土、 多冰冻土、 富冰冻土、 饱冰冻土和含 土冰层五种类型。 冬季土层自地表向下冻结过程中，由于水分渗 透引起水分凝结形成冻土层，不同深度的冻土层其 冻胀量有较大的差异，其中冻胀量占整个冻土层总 冻胀量 / 8 2 的深度范围定义为主冻胀带。由于光缆 在冻土层的主冻胀带内受的冻胀量最大，使光缆受 力不均产生侧压力和拉力，为减少土体冻胀对光缆 的危害， 光缆的埋深应在主冻胀带以下。 饱冰冻土和含土冰层一般出现在多年冻土层上 限附近， 尽管光缆埋深一般均在多年冻土上限以下， 但在暖季开挖光缆沟时，若光缆沟坑暴露时间较长 或回填后地表植被遭到破坏，可能造成多年冻土层 上限下降， 导致光缆沟底多年冻土融化引起沉陷， 使 光缆受力不均匀产生侧压力引起光缆传输故障， 施
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0&260&4 ,，山地的北坡上限要比南坡浅 0&461&0 ,。
季节冻土区的最大季节冻结深度一般为 2&062&4 ,， 其影响因素与最大季节融化深度相同。 光缆线路通过融区地质地带， 特别是河流融区， 即使是几米宽的小河也要特别注意。光缆线路穿越 河流时， 尽可能利用稳固的桥梁通过。 高海拔高寒地 区的河流一般多为季节性河流， 雨季流量大， 冲刷严 重， 泥砂、 卵石沉积于河底， 从而河底与岸滩的地质 结构有很大的差异， 其含水土层的含水量不同， 在岸 滩和河底同一个埋设深度范围内冬季冻土的冻胀系 数不同， 冻胀量也有较大的差异， 从而在不同土质的 分界面对光缆产生横向剪切力， 使光缆受到挤压， 甚 至使光缆局部扭曲变形， 造成传输故障。 当光缆线路 穿越河流时要用抗低温的大长度塑管 （最好整根， 中 间无接头） 对光缆加以保护， 加大埋深。在冻胀严重 地段，可以在河滩的不同土质的分界面处再加以钢
王 立 宣
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摘 要 介绍高海拔高寒地区的地质结构和特点， 阐 述其自然环境对光缆线路的影响， 以及设计与维护中 应注意的问题。 关键词 高海拔高寒地区 光缆线路 施工 维护
实施开发我国边远地区， 振兴其经济， 信息通信 显得尤为重要， 光纤通信以其大容量、 抗干扰、 保密 等特点被大量应用于各行各业的通信领域。但是我 国许多边远地区大多处于自然条件恶劣的高海拔高 寒地区， 会给光缆线路的安全及设计、 施工维护带来 诸多问题。本文就高海拔高寒地区 （特别是青海、 西 藏、 新疆等地区） 光缆线路的研究进行如下阐述。
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工时应予以充分重视， 注意保护地面植被， 光缆埋设 应注意施工季节， 暖季开挖时应采取保温措施， 及时 埋设和回填。
王立宣：高海拔高寒地区光缆线路的设计与维护
（/ ）光 缆 敷 设 区 内 不 同 地 段 及 不 同 岩 性 条 件 下，多年冻土最大季节融化深度和季节冻土区最大 季节冻结深度； 埋藏深度 及 （2）厚层地下冰地段的分布范围、 季节融化层的岩性剖面； （3）对多年冻土区季节融化层及季节冻土区土 层冻胀性进行评价； （4）可能对地下通信光缆埋设和施工造成危害 的地质结构及主要成因。
断续带状。 河流融区主要沿河道呈带状分布，融区范围和 深度取决于河水流量和水温，湖泊融区主要分布在 湖底。 渗透辐射融区是由于地表吸收大量太阳辐射热 量并且有大气降水渗入造成。 大气圈和岩石圈之间的热交换，使高原多年冻 土区表层形成一层冬季冻结和夏季融化的活动层。 夏季融化的最大深度称为最大季节融化深度。总的 规律是： 山地、 丘陵地区最小， 高原、 平原次之， 高山 及河谷地带最大。产生这些变化的原因主要是海拔 高度、 纬度、 地表特征和岩性等条件的差异， 此外， 有 植被覆盖的地段上限一般比无植被覆盖的地段要浅
高海拔高寒地区属高寒大陆性气候，寒冷而干 旱， 气候多变， 四季不分明， 一年内冻结期多者长达 光缆敷设以高山、 山地、 丘陵、 河谷、 平原 567 个月， 相间的地貌地形， 海拔高度最高可达 4 200 多 ,， 地 质结构极其复杂。 对光缆线路安全、 施工维护影响较 大的不良地质结构主要是冻土、 融区和地下冰。