武廣鐵路客運專線隧道內(nèi)通信設(shè)備的安裝工藝及其光纖應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計

余世文

(中國鐵路通信信號集團公司，北京 100071)

1 概述

武廣鐵路客運專線北起武漢(起點里程DK1 188+000)南至廣州(終點DK2 220+250),途經(jīng)咸寧、岳陽、長沙、株洲、衡陽、郴州、韶關(guān)、清遠等地,正線全長1 068.6雙線km[1]。全線地形地質(zhì)條件復(fù)雜,隧道及橋隧相連的地段在武廣鐵路客運專線占的比重較高。

客運專線通信系統(tǒng)必須具備高可靠性、高可用性,滿足可維護性及可擴展性等要求,設(shè)備采用模塊化設(shè)計,便于系統(tǒng)升級和擴展。通信系統(tǒng)為客運專線列車控制、運營調(diào)度、旅客服務(wù)、經(jīng)營管理、防災(zāi)安全監(jiān)控等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù),并為運輸提供高質(zhì)量的語音、數(shù)據(jù)及圖像通信業(yè)務(wù)。武廣鐵路客運專線通信系統(tǒng)滿足設(shè)計速度350 km/h、運營速度300 km/h的要求,驗收速度350 km/h；滿足既有提速線200 km/h動車組上線運行的需要；滿足列車追蹤3 min間隔的要求。[2]

武廣鐵路客運專線通信系統(tǒng)的通信設(shè)備有相當(dāng)一部分是安裝在地形地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道及橋隧相連的地段,這些通信設(shè)備的安裝質(zhì)量將直接影響到整個通信系統(tǒng)安全運行。在國內(nèi),目前沒有客運專線通信設(shè)備隧道內(nèi)的安裝標(biāo)準(zhǔn)或者安裝工藝(武廣鐵路客運專線之前的津京城際沒有隧道),并且施工設(shè)計圖又涉及不到這個層面,為了全線安裝標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、安裝質(zhì)量可靠、安裝美觀適用,通號公司武廣集成商會同建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工的眾多專家,形成了武廣鐵路客運專線隧道內(nèi)通信設(shè)備的安裝工藝[3]。

隧道內(nèi)的通信設(shè)備有泄漏電纜、射頻電纜、光纜、地線、避雷器、直流阻斷器、光纖直放站、電源防雷箱、環(huán)境監(jiān)測控制箱、光纜終端盒、UPS等設(shè)備,這些設(shè)備的布放和安裝除必須滿足施工設(shè)計要求外,還必須執(zhí)行我單位形成的安裝工藝,從而達到了全線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、質(zhì)量可靠、美觀適用。其中,在隧道等弱場區(qū)域采用光纖直放站以實現(xiàn)GSM-R系統(tǒng)的交織冗余覆蓋,光纖直放站的光纖應(yīng)用物理需求是相當(dāng)復(fù)雜的,設(shè)計單位會同集成商,多次研究設(shè)計,最終形成了一個創(chuàng)新的設(shè)計,使光纖的應(yīng)用簡單化,施工安裝明了化,故障查找快速化。

2 隧道內(nèi)通信設(shè)備的安裝工藝[4]

2.1 隧道口處射頻電纜及地線的引下安裝(圖1)

圖1 隧道口處射頻纜及地線安裝示意(單位：mm)

(1)在隧道口處,射頻纜引下位置應(yīng)距離隧道頂最外壁垂直線50 cm。射頻纜引下時用φ60 mm鍍鋅鋼管防護,防護高度距槽道蓋板面2.5 m,管頂口用熱縮套封堵；射頻纜經(jīng)電力槽道穿越排水溝至通信槽道,此段用φ33/40硅芯管防護,硅芯管總防護長3 m。

(2)在隧道口處安裝接地端子箱,具體安裝尺寸見圖1,射頻纜、避雷器、漏纜共計三根接地引接至接地端子箱相應(yīng)端子,再由接地端子箱引接一根50 mm2地線沿著射頻纜引下至通信信號電纜槽綜合接地端子,同徑路的射頻纜和地線采用上下層卡具分別獨立固定。

(3)射頻纜、避雷器、漏纜所用接地線采用150 cm長度,以保證布線的美觀和冗余。

2.2 隧道內(nèi)漏纜連接安裝(圖2)

圖2 隧道內(nèi)漏纜連接安裝示意(單位：m)

(1)每段漏纜長度大于500 m時加裝1個直流阻斷器。

(2)兩段漏纜之間跳線應(yīng)繞圈,跳線長度1 m。連接器應(yīng)可靠地固定在隧道、承力索或H型鋼柱上。

2.3 隧道內(nèi)外漏纜連接安裝(圖3)

圖5 綜合洞室設(shè)備及線纜安裝示意(二)(單位：mm)

圖3 隧道內(nèi)外漏纜連接安裝示意(單位：mm)

(1)地線的安裝方式與隧道口處地線的安裝方式相同。

(2)連接器的安裝與隧道內(nèi)兩段漏纜的安裝要求相同。

2.4 綜合洞室設(shè)備及纜線安裝防護

(1)綜合洞室設(shè)備及纜線安裝見圖4,直放站遠端機、電源防雷箱、環(huán)境監(jiān)測控制箱、光纜終端盒、UPS等設(shè)備以洞室中心線為基準(zhǔn)均勻分布安裝。纜線的走線方式以圖示為準(zhǔn),盡量避免交叉,特別是射頻纜的布線,要求不與其他線纜交叉,如無法避免時,必須防護并應(yīng)將射頻纜布設(shè)在外側(cè)。

圖4 綜合洞室設(shè)備及線纜安裝示意(一)(單位：mm)

(2)綜合洞室兩側(cè)的射頻纜引入見圖5,射頻纜在綜合洞室門的弧形與矩形交越處拐入,在拐入點處采用φ33/40硅芯管防護,然后沿著綜合洞室側(cè)壁平行布線。

(3)綜合洞室上部兩側(cè)漏纜的接地連接見圖5。兩側(cè)漏纜的接地引接至接地端子箱,然后由接地端子箱引下一根50 mm2接地線至綜合洞室接地端子。

(4)綜合洞室中心墻壁安裝1個接地端子排,位置見圖4。直放站遠端機、電源防雷箱、環(huán)境監(jiān)測控制箱、光纜終端盒、UPS等設(shè)備的接地引至接地端子排,然后由接地端子排引下一根16 mm2接地線至綜合洞室接地端子，見圖5Ⅰ-Ⅰ剖面。

(5)引入綜合洞室的光纜及各設(shè)備的接地線(16 mm2)規(guī)定在綜合洞室廣州方向側(cè)墻壁上布線,位置尺寸見圖5Ⅰ-Ⅰ剖面。

(6)配電箱至UPS的電源線及漏纜的接地線(50 mm2)規(guī)定在綜合洞室武漢方向側(cè)墻壁上布線,位置尺寸見圖5Ⅱ-Ⅱ剖面。

(7)光纜在進入綜合洞室前,首先在收容腔進行盤留,然后上下行光纜及鐵路對側(cè)光纜一起合并徑路,從通信信號槽道穿越水溝和電力槽道,沿墻壁角進入綜合洞室,此段光纜采用φ60 mm鍍鋅鋼管防護,在進入1.8 m后沿墻壁垂直爬上,鋼管防護至距水泥面50 cm高度止,然后4根光纜平行水泥面布放。地線布置在光纜下方。見圖5Ⅲ-Ⅲ剖面。

2.5 電源防雷箱與UPS的連接方式(圖6)

(1)UPS的保護地(UPS金屬外殼)和電源防雷箱(C級防雷)地兩地合一,統(tǒng)一接到接地端子排。

(2)要求電源防雷箱的入線端與UPS的進線端之間的電纜長度為5～10 m,距離過短會影響防雷效果。

圖6 電源防雷箱與UPS的連接方式示意(單位：m)

3 光纖直放站的光纖應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計[5]

武廣鐵路客運專線GSM-R系統(tǒng)采用交織冗余覆蓋方案,在隧道等弱場區(qū)域采用光纖直放站結(jié)合天線/漏纜提供冗余覆蓋,每個直放站遠端機需要接入相鄰兩個基站(BTS)的信號,經(jīng)過放大后,輸出兩路合成的信號并分別饋送至兩邊與直放站連接的漏纜或天線。每個直放站遠端機與相鄰兩個BTS的接入是通過光纖連接實現(xiàn)的,并且,為了實現(xiàn)無線信號的冗余覆蓋,以及單點宕機仍然無線信號覆蓋的要求,武廣鐵路客運專線每個光纖直放站遠端機(RU)都采用主、備、從三路光纖，分別從不同物理徑路引入無線信號的方式。這種方式提高了系統(tǒng)的安全性,但同時也為光纜線路的施工設(shè)計、光纖的應(yīng)用分配設(shè)計提高了要求。為此,設(shè)計單位會同集成商一起研究和創(chuàng)新,最終形成了應(yīng)用簡單、施工方便、故障查找快速的創(chuàng)新設(shè)計方案。

3.1 不同長度隧道無線覆蓋的解決方案

(1)小于800 m隧道的覆蓋解決方案

小于800 m的隧道解決方案采用直放站加泄漏電纜的覆蓋方式。此種方案的直放站放置于隧道口,泄漏電纜沿隧道鋪設(shè)用來覆蓋隧道,并在隧道口放置天線用來覆蓋切換重疊區(qū),使切換在隧道外完成。直放站與相鄰兩基站通過光纖連接,光纖連接具有主、備、從的關(guān)系(圖7)。

圖7 300～800 m隧道的覆蓋解決方案(單位：m)

對于連續(xù)的短隧道群,若滿足小于800 m的要求,則可將其視為一個隧道考慮,隧道間隙使用漏纜貫通后進行覆蓋,同樣使用光纖實現(xiàn)連接。

(2)800～7 000 m隧道的覆蓋解決方案

長隧道解決方案采用直放站加泄漏電纜的覆蓋方式。在隧道內(nèi)放置多個直放站,直放站分別引隧道兩側(cè)的基站信號源,切換區(qū)域在隧道內(nèi)。各直放站之間以及各直放站與隧道兩側(cè)的基站通過光纖連接,光纖連接具有主、備、從的關(guān)系(圖8)。

圖8 800～7 000 m隧道的覆蓋解決方案(單位：m)

(3)大于7 000 m特長隧道的覆蓋解決方案

大于7 000 m的特長隧道解決方案采用新加基站、直放站加泄漏電纜的覆蓋方式。直放站引入基站信號源,切換區(qū)域在隧道內(nèi)?；九c直放站通過光纖連接,光纖連接同樣具有主、備、從的關(guān)系(圖9)。

圖9 大于7 000 m隧道的覆蓋解決方案(單位：m)

3.2 直放站的光纜敷設(shè)施工解決方案

針對以上不同長度隧道無線覆蓋的3種解決方案,直放站的光纜敷設(shè)施工采用一種通用解決方案。即：主備用屬主基站的近端機(MU)經(jīng)所屬遠端機(RU)至從用屬主基站的近端機(MU)之間的直放站區(qū)段,在鐵路兩側(cè)分別單獨敷設(shè)1條8芯短段光纜,部分直放站光纖需求超過8芯的直放站區(qū)段,敷設(shè)2條8芯短段光纜。鐵路兩側(cè)的短段光纜分別環(huán)引入(一側(cè)需要穿過鐵軌)直放站的光纜終端盒。如圖10所示。

圖10 直放站光纜敷設(shè)解決方案

3.3 直放站的光纖應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計

鐵路兩側(cè)的光纜環(huán)引入直放站光纜終端盒后,本站需要環(huán)引的2根光纖成端(共4根尾纖),其他光纖均在光纜終端盒內(nèi)直通。光纜終端盒選用了OTB-SY型室外光纜終端盒[6](實用新型專利申請?zhí)枺?00920072633.8),該種終端盒采用了特殊的設(shè)計,為尾纖的接續(xù)使用提供了可靠的安全保障。光纜終端盒與直放站之間采用4芯光纖尾纜連接,即主、備、從三芯光纖,另一芯光纖預(yù)留備用。

現(xiàn)以武廣案例說明光纖應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計。例如,武廣鐵路客運專線一段連續(xù)隧道的直放站系統(tǒng)構(gòu)成如圖11所示,圖中“石馬沖”、“羊角塘”等為隧道,WG1910、WG1911、WG1912為基站,“光遠”、“光近”為直放站。基站之間是通過干線光纜連接,直放站之間是通過短段8芯光纜及漏纜連接。

根據(jù)上圖實例需要,進行了如圖12所示光纖應(yīng)用的設(shè)計解決方案。

圖11 直放站的系統(tǒng)構(gòu)成實例

圖12 光纖應(yīng)用的設(shè)計實例

光纖應(yīng)用方案采用了同一根光纜同一根纖芯分段應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計。例如DK1754+655處光遠端機,其主、備用信號都是從光近5-2發(fā)送,從用信號是從光近2-2發(fā)送。即從光近5-2方向,面向廣州左側(cè)光纜中的第二芯為主用光纖,面向廣州右側(cè)光纜中的第二芯為備用光纖；從光近2-2方向,面向廣州左側(cè)光纜中的第二芯為從用光纖,面向廣州右側(cè)光纜中的第二芯為預(yù)留備用光纖。

4 總結(jié)

武廣鐵路客運專線工程在隧道內(nèi)通信設(shè)備安裝的研究形成了安裝工藝,以及光纖直放站光纖應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計,滿足了客運專線通信系統(tǒng)高可靠性、高可用性、可維護性及可擴展性等要求,達到了安裝標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、質(zhì)量可靠、美觀適用的目的,在當(dāng)前如火如荼客運專線的建設(shè)中,更具有較高參考價值。

[1] 武廣鐵路客運專線有限責(zé)任公司.新建鐵路武漢至廣州客運專線武漢至花都段指導(dǎo)性施工組織設(shè)計[Z].武漢：2007.

[2] 鐵鑒函[2008]729號，關(guān)于武廣鐵路客運專線烏龍泉至花段通信、信號、電力、電氣化工程補充初步設(shè)計的批復(fù)[Z].北京：2008.

[3] 通號公司武廣四電集成項目經(jīng)理部.隧道內(nèi)通信設(shè)備安裝(含漏纜)首段(件)定標(biāo)紀要[EB].http://www.crsc.cn/:2009-3-30.

[4] 胡曉紅.新建鐵路武漢至廣州客運專線施工圖設(shè)計·漏纜徑路及安裝圖冊[Z].北京：中國鐵路通信信號集團有限公司，2007.

[5] 李國盛.新建鐵路武漢至廣州客運專線施工圖設(shè)計·長途通信線路圖冊[Z].北京：中國鐵路通信信號集團有限公司，2007.

[6] 蘇州光電纜工藝研究所.OTB-SY型室外光纜終端盒[P].中國:200920072633.8