Mặc dù kỹ thuật viễn thông thường ưu tiên dung lượng mạng, băng thông và suy hao quang, nhưng sự tồn tại cuối cùng của lớp vật lý lại phụ thuộc vào sự ổn định địa kỹ thuật. Đối với các chủ sở hữu mạng đang xây dựng tài sản cơ sở hạ tầng kéo dài nhiều thập kỷ, mối đe dọa chính đáng ngạc nhiên không phải là dung lượng. Thay vào đó, đó là sự biến động cơ học của “Vùng Hoạt Động”, tức là lớp đất mặt chịu tác động của sự dao động độ ẩm theo mùa dữ dội.
Khi xây dựng cơ sở hạ tầng mạng quan trọng, như các tuyến đường trục có thể gây ảnh hưởng cực kỳ nghiêm trọng nếu xảy ra sự cố, việc xem xét khả năng của cáp quang chịu được điều kiện đất là điều cần thiết.
Ở nhiều khu vực trên thế giới, đất hoạt động như một cỗ máy động, tạo ra các lực đa chiều có thể dễ dàng vượt quá giới hạn chịu đựng vật lý của cáp quang tiêu chuẩn. Để giảm thiểu rủi ro này, các chủ sở hữu mạng lưới thận trọng đang chuyển sang sử dụng các hệ thống cường độ cao chuyên biệt, chẳng hạn như các thiết kế cường độ cao của ScaleFibre, để đảm bảo bảo vệ tài sản.
Địa kỹ thuật của đất “phản ứng”
Kẻ thù cơ học chính đối với cơ sở hạ tầng chôn ngầm là một loại đất được gọi là Vertosols, thường được gọi là “đất đen”. Chúng được định nghĩa bởi nồng độ cao của các khoáng sét trương nở trải qua những thay đổi thể tích đáng kể trong các chu kỳ làm ướt và làm khô.
Điều gì xảy ra trong đất?
Hành vi của Vertosol được quyết định bởi thành phần khoáng vật học của nó, đặc biệt là sự hiện diện của các khoáng chất cụ thể. Các khoáng chất này có cấu trúc mạng tinh thể 2:1—về cơ bản là một “bánh sandwich” phân tử siêu nhỏ gồm các lớp sét khác nhau.
Các liên kết giữa các lớp này tương đối yếu. Trong quá trình hydrat hóa, các phân tử nước bị hút vào không gian giữa các lớp (giữa các lớp), đẩy các lớp ra xa nhau. Ở cấp độ vĩ mô, sự giãn nở phân tử này khiến thể tích đất tăng vọt, tạo ra áp lực trương nở lớn. Mặt khác, trong các thời kỳ khô hạn, việc mất nước khiến mạng tinh thể sụp đổ, dẫn đến co ngót đất và hình thành các vết nứt sâu hoặc “vết nứt co ngót” có thể kéo dài vài mét vào lớp đất dưới.
Các khu vực địa lý toàn cầu gặp rủi ro
Các vùng địa chất không ổn định này có ý nghĩa chiến lược và phân bố rộng rãi. Đất dịch chuyển, trương nở tạo ra thách thức trên khắp thế giới. Chắc hẳn bạn đã thấy điều này trong các tòa nhà, nơi tường nứt và móng dịch chuyển do sự di chuyển của đất bên dưới. Đất có vấn đề xảy ra ở nhiều nơi, nhưng một số khu vực cụ thể lại rất nổi tiếng.
Bắc Mỹ
Một số khu vực có đất dịch chuyển, bao gồm “Houston Black” khét tiếng, chiếm ưu thế ở hành lang Texas, những loại đất này được biết đến với Hệ số giãn nở tuyến tính (COLE) cao, thường làm lún móng và cắt đứt các đường ống dẫn với lực đủ mạnh để làm gãy các đường ống tiện ích truyền thống. Hàng năm, một lượng lớn thiệt hại xảy ra do đất trương nở “Houston Black”.
Châu Âu
Tại vùng Extremadura của Tây Ban Nha, trong một khu vực được gọi là Tierra de Barros, các Pellic Vertosol trải qua sự lún sụt cực độ. Ở Vương quốc Anh, đất sét nhóm Lias là các khu vực có rủi ro cao về trượt lở đất và hư hỏng cơ sở hạ tầng, thường dọc theo các tuyến đường vận tải thường được sử dụng. Trên thực tế, ở Vương quốc Anh, đất trương nở là mối nguy hiểm tự nhiên số 1, và có thể cắt đứt cáp và các cơ sở hạ tầng khác, gây ra sự cố mất điện, rò rỉ và nổ tràn lan.
Úc
Chứa đựng phạm vi đa dạng nhất các loại đất sét nứt trên toàn cầu, Vertosol của Úc tạo thành các vết nứt bề mặt sâu cho phép nước thấm nhanh vào lớp đất dưới, gây ra sự trương nở cục bộ, dữ dội có thể làm dịch chuyển cáp chôn ngầm một cách đáng kể chỉ trong một mùa. Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên khắp Úc phải đối mặt với những thách thức to lớn từ những loại đất này ở nhiều vùng của đất nước mỗi năm. Trong một số trường hợp, đất đen dịch chuyển nhiều đến mức tạo ra những khe nứt lớn trong lòng đất.
Các chế độ hỏng hóc của cáp quang chôn ngầm
Sự dịch chuyển địa kỹ thuật tấn công một tài sản chôn ngầm thông qua ba tác nhân gây ứng suất cơ học riêng biệt. Một cáp tiêu chuẩn cuối cùng sẽ đạt đến giới hạn đàn hồi của nó thông qua một hoặc nhiều tác nhân này và bị hỏng.
1. Ứng suất dọc trục (Kéo căng)
Khi đất khô, đất co lại tạo ra ma sát lớn lên vỏ cáp, kéo nó từ cả hai đầu. Hầu hết các sợi quang có khả năng chịu ứng suất tối đa khoảng 0,2% trước khi suy hao uốn vi mô làm suy giảm tín hiệu hoặc uốn vĩ mô dẫn đến gãy kính.
2. Ép nát xuyên tâm (Áp lực trương nở)
Việc tái hydrat hóa kích hoạt sự tăng thể tích nhanh chóng, dẫn đến tải trọng ép nát xuyên tâm. Áp lực trương nở này có thể tạo ra lực rất lớn lên vỏ cáp, hoạt động như một cái kìm thủy lực. Các loại cáp tiêu chuẩn với vỏ bọc tối thiểu ít có khả năng chống chịu, cho phép ống đệm biến dạng và ép sợi quang vào thành ống, gây ra suy hao cao.
3. Nén dọc trục (Uốn cong/Móp)
Đây là chế độ hỏng hóc quan trọng nhất và ít được xem xét trong môi trường trương nở. Khi đất nở ra, nó thường đẩy dọc theo cáp về phía các điểm ổn định hơn. Nhiều loại cáp có các thành phần chịu lực hạn chế, chủ yếu được thiết kế để kéo trong quá trình lắp đặt. Một số được gia cố bằng sợi aramid (như Kevlar), cung cấp độ bền kéo tuyệt vời nhưng không có độ bền nén. Chúng về cơ bản là những sợi dây thừng trở nên mềm oặt dưới áp lực.
Dưới tải trọng nén dọc trục, cáp tiêu chuẩn bị uốn cong và xoắn. Điều này buộc các sợi thủy tinh phải uốn cong với bán kính nhỏ hơn 30mm, gây ra suy hao quang học nghiêm trọng hoặc hỏng hóc vật lý hoàn toàn.
Một giải pháp kỹ thuật
Việc sử dụng các loại cáp “thông thường” truyền thống trong đất đen hoặc đất trương nở thường dễ gặp vấn đề. Những loại cáp này đơn giản là không được thiết kế để xử lý các lực tác động từ đất đen, và do đó nhanh chóng bị hỏng ngay cả sau những dịch chuyển đất vừa phải. ScaleFibre đã thiết kế danh mục cáp cường độ cao của mình để cung cấp thêm sức bền, giúp chống lại các lực môi trường tốt hơn so với cáp quang tiêu chuẩn. Có hai thiết kế chính - cáp quang không bọc thép một lớp vỏ cường độ cao (được đánh giá ở độ bền kéo 6kN), và cáp quang bọc thép phi kim loại cường độ cao (được đánh giá ở độ bền kéo 20kN). Loại thứ nhất cung cấp độ bền kéo gấp khoảng ba lần so với cáp ống lỏng truyền thống, trong khi loại thứ hai cung cấp độ bền kéo gấp khoảng mười lần (và bổ sung đáng kể khả năng chống lại hư hại do loài gặm nhấm của cáp).
Cấp 1: Cường độ cao (6kN)
Cấp độ cường độ cao 6kN mang lại sự nâng cấp đáng kể so với giới hạn kéo 2kN tiêu chuẩn công nghiệp, được thiết kế đặc biệt để xử lý các tải trọng lắp đặt và môi trường tăng cao. Thiết kế cáp này sử dụng vỏ Polyethylene (PE) chuyên dụng được tích hợp với các cải tiến độc quyền giúp tăng cường đáng kể khả năng chịu đựng cơ học mà không cần thêm các lớp bổ sung. Trong khi vẫn duy trì cấu hình tinh gọn, thiết kế này tập trung vào việc tối đa hóa khả năng kéo và khả năng chống ép nát của cáp, mang lại độ bền cao trong cấu trúc một lớp vỏ. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn hiệu quả cho các loại lắp đặt tải trọng cao mà cáp tiêu chuẩn không đủ.
Loại cáp này không có lớp bọc thép, và do đó chỉ có khả năng chống loài gặm nhấm như các loại cáp không bọc thép truyền thống.
Cáp quang ống lỏng cường độ cao ngoài trời
Ống lỏng cường độ cao, bền bỉ cho các tuyến mạng quan trọng, được thiết kế để có khả năng phục hồi trong trường hợp đất dịch chuyển hoặc điều kiện khắc nghiệt đe dọa sự liên tục của dịch vụ.
Xem Chi tiết Sản phẩmCấp 2: Cường độ cao NMA (20kN)
Thiết kế cường độ cao bọc thép phi kim loại đưa việc bảo vệ cáp lên một tầm cao mới. Lý tưởng cho các loại cáp quan trọng trong môi trường đất có rủi ro cao, phiên bản này sử dụng các thanh FRP (Nhựa gia cường sợi) đúc kéo đặc. Điều này khác biệt so với các loại bọc thép kiểu sợi thủy tinh phổ biến hơn, và nó có thêm lợi ích là cung cấp độ cứng cấu trúc đáng kể. Nó cung cấp khả năng bảo vệ đáng kể hơn chống lại loài gặm nhấm và các hư hại tương tự khác, vì các thanh FRP dày hơn, chắc chắn hơn và cung cấp độ che phủ tốt hơn so với “áo giáp” kiểu sợi.
| Thông số cơ học | Sợi thủy tinh (Tiêu chuẩn) | Thanh FRP đặc (ScaleFibre NMA) |
|---|---|---|
| Cấu hình vật lý | Linh hoạt (Giống dây thừng) | Cứng (Giống dầm) |
| Độ bền nén dọc trục | Không đáng kể (Dễ bị uốn cong/móp) | Cao (Độ bền cột cấu trúc) |
| Khả năng chống ép nát | Thấp (Vỏ ngoài bị biến dạng) | Vượt trội (Khung bảo vệ cứng) |
| Mô đun Young (Độ cứng) | Thấp hơn (Độ đàn hồi cao hơn) | Cao (Giảm 30%–75% độ giãn dài) |
Các thanh đặc này cung cấp Kháng Nén Dọc Trục (ACR). Chúng hoạt động như các dầm giúp duy trì tính toàn vẹn tuyến tính của cáp, ngăn chặn hiệu quả hư hại do nén và hiện tượng uốn cong/móp làm hỏng các loại cáp tiêu chuẩn.
Cáp quang ngoài trời ống rời bọc thép cường độ cao
Ống rời bọc thép có độ bền cực cao dùng cho các mạng lưới quan trọng khi chuyển động mặt đất hoặc điều kiện khắc nghiệt đe dọa đến tính liên tục của dịch vụ.
Xem Chi tiết Sản phẩmLợi thế điện môi
Không giống như các tùy chọn cáp bọc thép kim loại, vốn thường không tăng đủ độ bền cho các ứng dụng trong đất đen, thiết kế hoàn toàn bằng điện môi (không kim loại) của cả hai loại cáp cường độ cao ScaleFibre mang lại những lợi ích vận hành thiết yếu cho các đường trục đường dài:
Miễn nhiễm điện từ
Các tuyến đường dài thường chạy song song với đường dây điện cao thế. Cáp điện môi không dẫn điện, bảo vệ mạng khỏi dòng điện cảm ứng và sét đánh có thể làm tan chảy các lựa chọn thay thế bọc thép kim loại một cách thảm khốc.
Hiệu quả vận hành
Không giống như bọc thép kim loại, vật liệu điện môi không yêu cầu nối đất hoặc liên kết tại các điểm vào, giúp giảm đáng kể công sức lao động tại hiện trường và chi phí vật tư (BoM). Ở nhiều khu vực pháp lý, chúng cũng có thể dùng chung ống dẫn hoặc ống luồn điện hiện có, nơi cáp kim loại bị cấm.
Ổn định hóa học
Các thanh FRP trơ về mặt hóa học và miễn nhiễm với ăn mòn. Điều này thường xảy ra với cáp kim loại trong đất ẩm ướt, có tính axit, sẽ ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ hệ thống cáp. Ăn mòn không chỉ làm giảm khả năng chống loài gặm nhấm của lớp bọc thép kim loại mà còn làm giảm độ bền của cáp.
Kết luận
Xây dựng một đường trục kỹ thuật số bền vững thông qua đất phản ứng đòi hỏi một triết lý kỹ thuật xem xét các tác động địa kỹ thuật. Dựa vào các loại cáp không bọc thép tiêu chuẩn hoặc cáp bọc thép bằng sợi trong những môi trường này sẽ dẫn đến một chu kỳ bảo trì và cuối cùng là hỏng hóc. Kiến trúc thanh đặc của ScaleFibre đại diện cho sự khác biệt giữa một trách nhiệm bảo trì cao và một tài sản cơ sở hạ tầng vĩnh viễn.
Sẵn sàng Bảo vệ Mạng lưới của Bạn?
Nhận thông tin chi tiết về cáp cường độ cao bọc thép 20kN của chúng tôi được thiết kế cho môi trường khắc nghiệt.
Nhận Chi tiếtChúng tôi sẽ liên hệ với bạn để xác nhận yêu cầu.
