ทำไมสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมาตรฐานจึงล้มเหลวในดินดำ

แม้ว่าวิศวกรรมโทรคมนาคมมักให้ความสำคัญกับความจุของเครือข่าย แบนด์วิธ และการสูญเสียแสง แต่การอยู่รอดของชั้นกายภาพขั้นสูงสุดนั้นขึ้นอยู่กับเสถียรภาพทางธรณีเทคนิค สำหรับเจ้าของเครือข่ายที่สร้างโครงสร้างพื้นฐานที่มีอายุการใช้งานยาวนานหลายทศวรรษ ภัยคุกคามหลักที่น่าแปลกใจกลับไม่ใช่ความจุ แต่เป็นความผันผวนทางกลไกของ “โซนที่เกิดปฏิกิริยา” ซึ่งเป็นดินชั้นบนที่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความชื้นตามฤดูกาลอย่างรุนแรง

เมื่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่สำคัญ เช่น เส้นทางแบ็คฮอลล์ที่การหยุดชะงักใด ๆ อาจส่งผลกระทบอย่างรุนแรง การพิจารณาความสามารถของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในการทนทานต่อสภาพดินจึงเป็นสิ่งสำคัญ

ในหลายภูมิภาคทั่วโลก ดินมีพฤติกรรมเหมือนเครื่องจักรที่มีพลวัต ออกแรงหลายทิศทางที่สามารถเกินขีดจำกัดทางกายภาพของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมาตรฐานได้อย่างง่ายดาย เพื่อลดความเสี่ยงนี้ เจ้าของเครือข่ายที่รอบคอบกำลังเปลี่ยนไปใช้ระบบที่มีความแข็งแรงสูงแบบพิเศษ เช่น การออกแบบที่มีความแข็งแรงสูงของ ScaleFibre เพื่อให้มั่นใจในการปกป้องทรัพย์สิน

ธรณีเทคนิคของดิน “ที่เกิดปฏิกิริยา”

ศัตรูทางกลหลักสำหรับโครงสร้างพื้นฐานใต้ดินคือชนิดของดินที่เรียกว่า Vertosols ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า “ดินดำ” ดินเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะคือมีความเข้มข้นสูงของแร่ธาตุดินเหนียวที่ขยายตัวได้ ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรอย่างมากในช่วงวัฏจักรการเปียกและแห้ง

เกิดอะไรขึ้นในดิน?

พฤติกรรมของ Vertosol ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบทางแร่วิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการมีอยู่ของแร่ธาตุบางชนิด แร่ธาตุเหล่านี้มีโครงสร้างตาข่ายแบบ 2:1 ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือ “แซนด์วิช” โมเลกุลขนาดเล็กของชั้นดินเหนียวที่แตกต่างกัน

พันธะระหว่างแผ่นเหล่านี้ค่อนข้างอ่อนแอ ในระหว่างการไฮเดรชั่น โมเลกุลของน้ำจะถูกดึงเข้าไปในช่องว่างระหว่างแผ่น (ระหว่างชั้น) ทำให้ชั้นแยกออกจากกัน ในระดับมหภาค การขยายตัวของโมเลกุลนี้ทำให้ปริมาตรของดินเพิ่มขึ้นอย่างมาก ก่อให้เกิดแรงดันบวมตัวมหาศาล ในทางกลับกัน ในช่วงฤดูแล้ง การสูญเสียน้ำทำให้ตาข่ายยุบตัวลง ส่งผลให้ดินหดตัวและเกิดรอยแยกหรือ “รอยร้าวจากการหดตัว” ลึกที่สามารถขยายไปได้หลายเมตรในดินชั้นล่าง

ภูมิศาสตร์โลกที่เสี่ยง

พื้นที่ที่มีความผันผวนทางธรณีวิทยานี้มีความสำคัญเชิงกลยุทธ์และกระจายอยู่ทั่วไป ดินที่เปลี่ยนแปลงและขยายตัวได้ก่อให้เกิดความท้าทายไปทั่วโลก คุณคงเคยเห็นสิ่งนี้ในอาคารที่ผนังแตกร้าวและฐานรากเคลื่อนที่เนื่องจากการเคลื่อนตัวของดินใต้พื้น ดินที่มีปัญหาเกิดขึ้นในหลายแห่ง แต่บางภูมิภาคก็เป็นที่รู้จักกันดี

อเมริกาเหนือ

มีหลายภูมิภาคที่มีดินเคลื่อนตัว ซึ่งรวมถึง “Houston Black” ที่มีชื่อเสียง ซึ่งพบมากในบริเวณรัฐเท็กซัส ดินเหล่านี้ขึ้นชื่อเรื่องค่าสัมประสิทธิ์การยืดตัวเชิงเส้น (COLE) ที่สูง มักทำให้ฐานรากยกตัวและท่อร้อยสายขาดออกจากกันด้วยแรงมากพอที่จะทำให้ท่อส่งสาธารณูปโภคแบบดั้งเดิมแตกหักได้ ความเสียหายจำนวนมากเกิดขึ้นทุกปีอันเป็นผลมาจากดินที่ขยายตัวได้ของ “Houston Black”

ยุโรป

ในภูมิภาค Extremadura ของสเปน ในพื้นที่ที่รู้จักกันในชื่อ Tierra de Barros ดิน Pellic Vertosols เกิดการทรุดตัวอย่างรุนแรง ในสหราชอาณาจักร ดินเหนียวในกลุ่ม Lias Group เป็นเขตเสี่ยงสูงต่อการพังทลายของโครงสร้างพื้นฐานและการเฉือนที่เกิดจากดินถล่ม ซึ่งมักเกิดขึ้นตามเส้นทางคมนาคมที่ใช้กันทั่วไป ในความเป็นจริง ในสหราชอาณาจักร ดินที่ขยายตัวได้เป็นอันตรายจากธรรมชาติอันดับ 1 และสามารถตัดสายเคเบิลและโครงสร้างพื้นฐานอื่นๆ ทำให้เกิดการหยุดชะงัก การรั่วไหล และการแตกหักอย่างกว้างขวาง

ออสเตรเลีย

ดิน Vertosols ของออสเตรเลีย ซึ่งมีดินเหนียวแตกร้าวหลากหลายชนิดมากที่สุดในโลก ก่อให้เกิดรอยแยกบนพื้นผิวที่ลึก ซึ่งช่วยให้น้ำซึมผ่านไปยังดินชั้นล่างได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการบวมตัวอย่างรุนแรงเฉพาะจุด ซึ่งสามารถทำให้สายเคเบิลใต้ดินเคลื่อนที่ได้อย่างมหาศาลในฤดูกาลเดียว ผู้ให้บริการโทรคมนาคมทั่วออสเตรเลียเผชิญกับความท้าทายอย่างมากจากดินเหล่านี้ในหลายภูมิภาคของประเทศทุกปี ในบางกรณี ดินดำเคลื่อนที่มากจนเกิดหลุมลึกขนาดใหญ่ในพื้นดิน

ลักษณะการเสียของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงใต้ดิน

การเคลื่อนตัวทางธรณีเทคนิคโจมตีทรัพย์สินใต้ดินผ่านความเค้นเชิงกลสามลักษณะที่แตกต่างกัน สายเคเบิลมาตรฐานจะถึงขีดจำกัดความยืดหยุ่นในที่สุดผ่านหนึ่งในนั้นหรือมากกว่านั้นและล้มเหลว

1. แรงดึงตามยาว (Tension)

เมื่อดินแห้งลง ดินที่หดตัวจะออกแรงเสียดทานสูงบนเปลือกหุ้มสายเคเบิล ดึงมันออกจากทั้งสองด้าน สายใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่มีความทนทานต่อการยืดตัวสูงสุดประมาณ 0.2% ก่อนที่การสูญเสียจากการโค้งงอขนาดเล็กจะลดทอนสัญญาณ หรือการโค้งงอขนาดใหญ่จะนำไปสู่การแตกหักของแก้ว

2. การบีบอัดในแนวรัศมี (Swelling Pressure)

การคืนสภาพด้วยน้ำทำให้ปริมาตรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดแรงบีบอัดในแนวรัศมี แรงดันบวมตัวนี้สามารถออกแรงมหาศาลบนเปลือกหุ้มสายเคเบิล ซึ่งทำหน้าที่เหมือนเครื่องอัดไฮดรอลิก สายเคเบิลมาตรฐานที่มีเปลือกหุ้มน้อยจะต้านทานได้น้อย ทำให้ท่อบัฟเฟอร์ผิดรูปและกดเส้นใยกับผนังท่อ ทำให้เกิดการลดทอนสัญญาณสูง

3. การอัดตามแนวแกน (Buckling)

นี่คือลักษณะการเสียที่สำคัญที่สุดและไม่ได้รับการพิจารณาอย่างถี่ถ้วนในสภาพแวดล้อมที่ดินขยายตัว เมื่อดินขยายตัว มักจะดันตามแนวแกนไปตามสายเคเบิลไปยังจุดที่มั่นคงกว่า สายเคเบิลจำนวนมากมีชิ้นส่วนเสริมแรงจำกัด ซึ่งส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาสำหรับการดึงระหว่างการติดตั้ง บางชนิดเสริมด้วยเส้นใยอะรามิด (เช่น Kevlar) ซึ่งให้ความต้านทานแรงดึงที่ดีเยี่ยม แต่ไม่มีความแข็งแรงในการอัดเลย พวกมันเป็นเหมือนเชือกที่หย่อนยานภายใต้แรงกด

ภายใต้แรงกดตามแนวแกน สายเคเบิลมาตรฐานจะโค้งงอและหักงอ สิ่งนี้บังคับให้เส้นใยแก้วโค้งงอในรัศมีที่แคบกว่า 30 มม. ทำให้เกิดการสูญเสียแสงอย่างรุนแรงหรือความเสียหายทางกายภาพโดยสิ้นเชิง

โซลูชันทางวิศวกรรม

การใช้สายเคเบิล “ปกติ” ทั่วไปในดินดำหรือดินที่ขยายตัวมักก่อให้เกิดปัญหา สายเคเบิลเหล่านี้ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรับมือกับแรงที่ดินดำกระทำต่อพวกมัน และดังนั้นจึงล้มเหลวอย่างรวดเร็วแม้มีการเคลื่อนตัวของดินเพียงเล็กน้อย ScaleFibre ได้ออกแบบพอร์ตโฟลิโอสายเคเบิลที่มีความแข็งแรงสูงเพื่อให้มีความแข็งแรงเพิ่มเติมที่ต้านทานแรงจากสิ่งแวดล้อมได้ดีกว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมาตรฐาน มีการออกแบบสองแบบกว้างๆ ได้แก่ สายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบไม่มีเกราะหุ้มแจ็คเก็ตเดี่ยวความแข็งแรงสูง (ความแข็งแรงรับแรงดึง 6kN) และ สายเคเบิลใยแก้วนำแสงหุ้มเกราะที่ไม่ใช่โลหะความแข็งแรงสูง (ความแข็งแรงรับแรงดึง 20kN) แบบแรกมีความแข็งแรงรับแรงดึงมากกว่าสายหลอดหลวมแบบดั้งเดิมประมาณสามเท่า ในขณะที่แบบหลังมีความแข็งแรงรับแรงดึงมากกว่าประมาณสิบเท่า (และเพิ่มความสามารถของสายเคเบิลในการทนทานต่อความเสียหายจากสัตว์ฟันแทะได้อย่างมีนัยสำคัญ)

ระดับ 1: ความแข็งแรงสูง (6kN)

ระดับความแข็งแรงสูง 6kN เป็นการอัปเกรดที่สำคัญจากขีดจำกัดแรงดึงมาตรฐานอุตสาหกรรม 2kN โดยได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อรองรับการติดตั้งและภาระทางสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้น การออกแบบสายเคเบิลนี้ใช้เปลือกหุ้ม Polyethylene (PE) แบบพิเศษที่ผสานรวมกับการปรับปรุงที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งเพิ่มความยืดหยุ่นทางกลอย่างมากโดยไม่จำเป็นต้องมีชั้นเพิ่มเติม ในขณะที่ยังคงรูปลักษณ์ที่เรียบง่าย การออกแบบนี้มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มขีดความสามารถในการรับแรงดึงและความต้านทานการบีบอัดของสายเคเบิลให้สูงสุด ทำให้มีความทนทานสูงภายในโครงสร้างเปลือกหุ้มเดี่ยว สิ่งนี้ทำให้เป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสำหรับการติดตั้งที่มีภาระสูงประเภทนี้ที่สายเคเบิลมาตรฐานไม่เพียงพอ

สายเคเบิลนี้ไม่มีเกราะหุ้ม ดังนั้นจึงมีความต้านทานสัตว์ฟันแทะเท่ากับสายเคเบิลที่ไม่มีเกราะหุ้มแบบดั้งเดิม

Featured Solution

สายใยแก้วนำแสงภายนอกอาคารแบบ Loose Tube ความแข็งแรงสูง

สาย Loose Tube ที่มีความแข็งแรงสูงและทนทาน สำหรับเส้นทางเครือข่ายที่สำคัญ ออกแบบมาเพื่อความทนทานในสถานการณ์ที่ดินเคลื่อนตัวหรือสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอาจคุกคามความต่อเนื่องของบริการ

ดูรายละเอียดสินค้า

ระดับ 2: NMA ความแข็งแรงสูง (20kN)

การออกแบบที่มีความแข็งแรงสูงพร้อมเกราะหุ้มที่ไม่ใช่โลหะช่วยเพิ่มการป้องกันสายเคเบิลให้ดียิ่งขึ้น เหมาะสำหรับสายเคเบิลที่สำคัญในสภาพแวดล้อมดินที่มีความเสี่ยงสูง รุ่นนี้ใช้แท่ง FRP (Fibre Reinforced Plastic) แบบอัดแข็ง ซึ่งแตกต่างจากเกราะหุ้มแบบเส้นใยแก้วทั่วไป และมีข้อดีเพิ่มเติมคือให้ความแข็งแกร่งเชิงโครงสร้างอย่างมีนัยสำคัญ ให้การป้องกันสัตว์ฟันแทะและความเสียหายอื่น ๆ ที่คล้ายกันได้อย่างมาก เนื่องจากแท่ง FRP มีความหนา แข็งแรงกว่า และให้การครอบคลุมมากกว่า “เกราะหุ้ม” แบบเส้นใย

แท่งแข็งเหล่านี้ให้ความต้านทานแรงอัดตามแนวแกน (ACR) พวกมันทำหน้าที่เหมือนคานที่รักษาความสมบูรณ์เชิงเส้นของสายเคเบิล ป้องกันความเสียหายจากการอัดและการโก่งตัวที่ทำให้สายเคเบิลมาตรฐานเสียหายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

Featured Solution

สายไฟเบอร์กลางแจ้งแบบหลวมหุ้มเกราะที่มีความแข็งแรงสูง

ท่อหุ้มเกราะที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษสำหรับเครือข่ายที่สำคัญเพื่อใช้ในกรณีที่พื้นดินเคลื่อนตัวหรือสภาวะที่รุนแรงซึ่งคุกคามความต่อเนื่องของบริการ

ดูรายละเอียดสินค้า

ข้อได้เปรียบของฉนวนไดอิเล็กตริก

แตกต่างจากสายเคเบิลหุ้มเกราะโลหะซึ่งโดยทั่วไปไม่ได้เพิ่มความแข็งแรงเพียงพอสำหรับการใช้งานในดินดำ การออกแบบที่เป็นไดอิเล็กตริกทั้งหมด (ไร้โลหะ) ของสายเคเบิลความแข็งแรงสูง ScaleFibre ทั้งสองรุ่นให้ประโยชน์ในการปฏิบัติงานที่จำเป็นสำหรับโครงข่ายหลักระยะไกล:

ภูมิคุ้มกันทางแม่เหล็กไฟฟ้า

เส้นทางระยะไกลมักขนานไปกับสายส่งไฟฟ้าแรงสูง สายเคเบิลไดอิเล็กตริกไม่นำไฟฟ้า ช่วยปกป้องเครือข่ายจากกระแสเหนี่ยวนำและฟ้าผ่าที่สามารถหลอมสายเคเบิลหุ้มเกราะโลหะได้อย่างหายนะ

ประสิทธิภาพในการปฏิบัติงาน

แตกต่างจากเกราะหุ้มโลหะ ไดอิเล็กตริกไม่จำเป็นต้องมีการต่อลงดินหรือการเชื่อมต่อที่จุดเข้า ทำให้ลดแรงงานภาคสนามและรายการวัสดุ (BoM) ได้อย่างมาก ในหลายเขตอำนาจศาลยังสามารถใช้ท่อร้อยสายไฟฟ้าหรือท่อร้อยสายเคเบิลที่มีอยู่ร่วมกันได้ ซึ่งสายเคเบิลโลหะเป็นสิ่งต้องห้าม

ความเสถียรทางเคมี

แท่ง FRP ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีและไม่เป็นสนิม ซึ่งเป็นเรื่องปกติในสายเคเบิลโลหะในดินที่เปียกและเป็นกรด ซึ่งจะส่งผลเสียต่ออายุการใช้งานของระบบสายเคเบิล การกัดกร่อนไม่เพียงแต่ลดความต้านทานสัตว์ฟันแทะของเกราะหุ้มโลหะเท่านั้น แต่ยังลดความแข็งแรงของสายเคเบิลด้วย

สรุป

การสร้างโครงข่ายดิจิทัลที่ยั่งยืนผ่านดินที่มีปฏิกิริยาต้องใช้ปรัชญาทางวิศวกรรมที่คำนึงถึงผลกระทบทางธรณีเทคนิค การพึ่งพาสายเคเบิลมาตรฐานที่ไม่มีเกราะหุ้มหรือเกราะหุ้มเส้นใยในสภาพแวดล้อมเหล่านี้จะนำไปสู่วงจรของการบำรุงรักษาและการล้มเหลวในที่สุด สถาปัตยกรรมแท่งแข็งของ ScaleFibre แสดงถึงความแตกต่างระหว่างภาระในการบำรุงรักษาสูงกับสินทรัพย์โครงสร้างพื้นฐานถาวร