尽管电信工程通常优先考虑网络容量、带宽和光损耗，但物理层的最终存活取决于岩土工程的稳定性。对于建设数十年基础设施资产的网络所有者来说，主要的威胁出人意料地并非容量。相反，它是“活跃区”的机械不稳定性，即受季节性强烈水分波动影响的上层土壤。
在建设关键网络基础设施时，例如任何中断都可能产生极其重大影响的回程线路，审慎地考虑光纤光缆承受土壤条件的能力至关重要。
在全球许多地区，土壤表现得像一台动态机器，施加的多向力很容易超出标准光纤光缆的物理承受能力。为降低这种风险，审慎的网络所有者正转向专业的高强度系统，例如 ScaleFibre 的高强度设计，以确保资产保护。
“活性”土壤的岩土工程学
埋地基础设施的主要机械破坏者是一种名为“黏土”的土壤类型，通常被称为“黑土地”。它们的特点是含有高浓度的膨胀性粘土矿物，在湿润和干燥循环中会发生剧烈的体积变化。
土壤中发生了什么？
黏土的行为受其矿物组成决定，特别是特定矿物的存在。这些矿物具有 2:1 的晶格结构——本质上是不同粘土层组成的微观分子“夹心”。
这些层之间的键合相对较弱。在水合过程中，水分子被吸入层间空间（层之间），迫使各层分离。在宏观尺度上，这种分子膨胀导致土壤体积急剧增加，产生巨大的膨胀压力。另一方面，在干燥时期，水分的流失导致晶格塌陷，导致土壤收缩并形成可延伸数米深至底土的深层裂缝或“收缩裂缝”。
全球风险地理区域
这些地质不稳定的区域具有重要的战略意义且分布广泛。移动的膨胀性土壤给全球带来了挑战。您无疑在建筑物中见过这种情况，墙壁开裂、地基因底层土壤移动而位移。问题土壤在许多地方都存在，但有些特定区域是众所周知的。
北美洲
一些地区拥有移动性土壤，包括德克萨斯州走廊中臭名昭著的“休斯顿黑土”。这些土壤以其高线性膨胀系数（COLE）而闻名，常常抬升地基并剪切管道，其力量足以折断传统的公用事业主管道。每年，“休斯顿黑土”膨胀性土壤都会造成巨大的损害。
欧洲
在西班牙埃斯特雷马杜拉地区的蒂耶拉德巴罗斯（Tierra de Barros）地区，黏土会发生极端沉降。在英国，利亚斯群粘土是滑坡引起的剪切和基础设施故障的高风险区域，通常发生在常用的交通路权沿线。事实上，在英国，膨胀性土壤是头号自然地面灾害，可能剪断电缆和其他基础设施，造成大面积中断、泄漏和爆裂。
澳大利亚
澳大利亚的黏土含有全球最多样化的开裂粘土，它们形成深层地表裂缝，使水能够迅速渗入底土，引发局部剧烈膨胀，从而在一个季节内极大地位移地下电缆。澳大利亚各地的电信运营商每年在该国许多地区都面临这些土壤带来的巨大挑战。在某些情况下，黑土的位移如此之大，以至于在地表形成了巨大的裂口。
埋地光缆的失效模式
岩土运动通过三种不同的机械应力攻击埋地资产。标准电缆最终会通过其中一种或多种应力达到其弹性极限并失效。
1. 纵向应变（拉伸）
随着土壤干燥，收缩的土地对电缆护套施加高摩擦力，从两端拉动电缆。大多数光纤在发生微弯损耗导致信号衰减或宏弯导致玻璃断裂之前，最大应变容差约为 0.2%。
2. 径向压扁（膨胀压力）
再水合作用会引发体积的快速增加，从而产生径向压扁载荷。这种膨胀压力会对电缆护套施加巨大力量，如同液压虎钳。护套较薄的标准电缆几乎没有抵抗力，从而导致缓冲管变形并将光纤压向管壁，引发高衰减。
3. 轴向压缩（屈曲）
这是膨胀性环境中最为关键且考虑不周的失效模式。当土壤膨胀时，它通常会沿着电缆轴向推向更稳定的点。许多电缆的加强构件有限，主要设计用于安装时的拉力。有些电缆用芳纶纱线（如凯夫拉尔）增强，它们提供出色的拉伸强度，但抗压强度为零。它们本质上是受压时会变软的绳索。
在轴向压缩载荷下，标准电缆会发生屈曲和扭结。这会迫使光纤弯曲半径小于 30 毫米，导致灾难性的光损耗或完全的物理损坏。
一种工程解决方案
在黑土或膨胀性土壤中使用传统“普通”电缆往往容易出现问题。这些电缆根本不是为承受黑土施加的力而设计的，因此即使土壤发生适度位移，它们也会迅速失效。ScaleFibre 已设计其高强度电缆产品组合，以提供比标准光纤光缆更强的抵抗环境力的能力。目前有两种主要设计——高强度单护套无铠装光纤光缆 （额定拉伸强度为 6kN），以及 高强度非金属铠装光纤光缆 （额定拉伸强度为 20kN）。前者提供大约是传统松套光缆三倍的拉伸强度，而后者则提供大约是十倍的拉伸强度（并且显著提高了电缆抵抗啮齿动物破坏的能力）。
等级 1：高强度 (6kN)
6kN 高强度等级对行业标准 2kN 拉伸极限进行了显著升级，专门设计用于处理增加的安装和环境载荷。这种电缆设计采用了一种特殊的聚乙烯（PE）护套，并集成了专有增强功能，可在无需额外层的情况下大幅提高其机械弹性。在保持流线型轮廓的同时，该设计专注于最大化电缆的拉伸能力和抗压碎性，在单护套结构内提供高耐用性。这使其成为标准电缆不足的此类高载荷安装的有效选择。
此电缆不提供铠装，因此其防鼠性能仅与传统无铠装电缆相当。
等级 2：NMA 高强度 (20kN)
非金属铠装高强度设计将电缆保护推向更高层次。此版本非常适合高风险土壤环境中的关键电缆，它采用实心拉挤成型的 FRP（纤维增强塑料）杆。这与更常见的玻璃纱式铠装不同，它具有提供显著结构刚度的额外优势。由于 FRP 杆比纱线式“铠装”更厚、更坚固且覆盖范围更广，因此它能提供显著更强的防啮齿动物和其他类似损害的保护。
| 机械指标 | 玻璃纱（标准） | 实心 FRP 杆（ScaleFibre NMA） |
|---|---|---|
| 物理特性 | 柔性（绳状） | 刚性（梁状） |
| 轴向抗压强度 | 可忽略不计（易受屈曲影响） | 高（结构柱强度） |
| 抗压保护 | 低（外护套变形） | 卓越（刚性保护笼） |
| 杨氏模量（刚度） | 较低（弹性较高） | 高（伸长率降低 30%–75%） |
这些实心杆提供轴向抗压（ACR）能力。它们充当梁，保持电缆的线性完整性，有效防止压缩造成的损坏以及标准电缆容易发生的屈曲。
介电优势
与通常无法为黑土地应用提供足够强度的金属铠装电缆选项不同，ScaleFibre 两种高强度电缆的全介电设计（无金属）为长途骨干网络提供了重要的运营优势：
电磁抗扰性
长距离线路通常与高压电力线平行。介电电缆是非导电的，可以保护网络免受感应电流和雷击的影响，这些电流和雷击可能会灾难性地熔化金属铠装替代品。
运行效率
与金属铠装不同，介电电缆在入口处无需接地或连接，显著减少了现场劳动力和材料清单（BoM）。在许多司法管辖区，它们还可以与现有电力管道或导管共用，而金属电缆则被禁止。
化学稳定性
FRP 杆具有化学惰性，不受腐蚀。这在潮湿、酸性土壤中的金属电缆中很常见，腐蚀会对电缆系统寿命产生不利影响。腐蚀不仅会降低金属铠装的防鼠能力，还会降低电缆的强度。
结论
在活性土壤中建设可持续的数字骨干网络需要一种考虑岩土工程影响的工程理念。在这些环境中依赖标准无铠装或纱线铠装电缆会导致维护循环和最终失效。ScaleFibre 的实心杆结构代表了高维护负债与永久基础设施资产之间的区别。
