高鐵槽道建設(shè)骨干光纜的技術(shù)和應用探究

王睿 王傳瑞 陶卓

中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司 江蘇 南京 210019

1 高鐵光纜敷設(shè)環(huán)境和技術(shù)

目前國內(nèi)高鐵主體部分一般同步建設(shè)強、弱電槽道，鐵路信號線纜及通信光纜利用相應槽道敷設(shè)。槽道分為嵌入主體和外側(cè)安裝兩種方式。如圖1、圖2所示。

圖1 混凝土預制強弱電槽道

圖2 外側(cè)槽道安裝

與高速公路通信管道不同的是，高鐵弱電槽道為連續(xù)設(shè)置，中間無類似于人/手孔的檢查井設(shè)計，這就導致光纜接續(xù)和接頭盒安裝固定必須在槽道內(nèi)完成[1]。

因此，采用非延燃型鎧裝光纜、特別減震設(shè)計的光纜接頭盒是高鐵光纜的主要技術(shù)要求。其中光纜接頭盒采用盒體減震和熔纖盤減震的雙重減震設(shè)計，如圖3所示。

圖3 減震型高鐵用光纜接頭盒

光纜的預留也不能采用常規(guī)方式，而代以“S”形彎曲預留的方式，提供維護搶修余量。

2 高鐵對光纜的性能影響分析

2.1 振動影響因素分析

高鐵環(huán)境對光纜的影響主要指光纜在彎曲、扭絞、振動和受壓等機械力作用下，光纖的偏振模色散和衰耗性能變化，與光纖本身材料本征、雜質(zhì)、不均勻等內(nèi)部因素無關(guān)。

偏振模色散：在排除光纖制造過程中纖芯不圓度、應力分布不均勻、光纖受力等內(nèi)部因素，外部因素可能會使光纖產(chǎn)生隨機雙折射。目前在高鐵光纜工程中已采用了各類減震技術(shù)，在規(guī)范施工的情況下，線路振動較小，加上現(xiàn)有光纜的制造技術(shù)已十分完善，采用鎧裝結(jié)構(gòu)的光纜本身機械特性已經(jīng)能應對各種復雜外部環(huán)境，自身對振動的隔絕作用也十分明顯，根據(jù)工程經(jīng)驗判斷，不會引起PMD性能的劣化。

現(xiàn)有100G相干系統(tǒng)由于使用了偏振復用和相干解調(diào)，可以提供超過20000ps/nm的CD容限和超過30ps的PMD容限，CD和PMD都不再是限制因素。

衰耗：高鐵產(chǎn)生的振動不會對光纜自身造成擠壓，從而影響衰耗性能。對于未采用填砂或有效減震方式輔助固定的接頭盒，高鐵產(chǎn)生的振動可能會造成接頭盒內(nèi)固定器件的松動脫落而引起纖芯衰耗增加。但這些影響均可通過規(guī)范施工、接頭盒減震工藝等方式予以規(guī)避。

2.2 強電影響因素分析

根據(jù)《通信線路工程設(shè)計規(guī)范》（GB 51158-2015）要求，埋式電力電纜（交流35kV以下）與直埋光纜線路平行隔距應不小于0.5m。目前高鐵兩側(cè)強弱電線纜分為不同槽道敷設(shè)，光纜與相鄰槽道內(nèi)的電纜（10kV交流電）長距離平行，且通過混凝土隔墻與空氣分離，相比土壤埋式間隔，具備更優(yōu)異的電氣隔離性，滿足標準規(guī)定的要求。

高鐵接觸網(wǎng)為沿鐵路線上空架設(shè)的向電力機車供電的特殊形式的線路。在考慮電阻因素時，實際電壓等級為27.5kV。槽道內(nèi)光纜線路與交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)平行，平行間距約為5～6m，滿足光纜與電氣設(shè)備的間距要求。

為保證在極端情況下（如雷擊）光纜線路安全，高鐵引下的光纜在紅線井內(nèi)，對金屬加強芯和金屬屏蔽層，應采取有效接地措施，建議采用不低于35mm2電纜引至地下預埋地氣棒，并對埋式電纜采用管道保護[2]。

目前高鐵專網(wǎng)和公網(wǎng)搭建光纜在槽道內(nèi)的敷設(shè)單盤長度不超過4km，接頭處均對金屬材料進行電氣斷開處置，結(jié)合上述理論分析，槽道光纜中的金屬線縱向感應電動勢低于430V，符合《電信線路遭受強電線路危險影響的容許值》（GB6830-1986）中相關(guān)規(guī)定。

通過上述分析，即使在強電故障條件下，高鐵光纜受強電影響因素仍在安全范圍之內(nèi)。

3 鐵路專網(wǎng)運行情況分析

現(xiàn)有鐵路專網(wǎng)主要為路局至各個站段、相鄰或相關(guān)站段之間等提供電路，鐵路接入層傳輸系統(tǒng)承載的業(yè)務主要包括：數(shù)調(diào)、應急救援指揮、運輸管理信息系統(tǒng)、客票系統(tǒng)、調(diào)度指揮管理系統(tǒng)、微機監(jiān)測、牽引供電遠動、牽引供電視頻監(jiān)控、編組場視頻監(jiān)控、車輛運行狀態(tài)地面安全監(jiān)測網(wǎng)絡信息系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)中大部分業(yè)務安全可靠性要求都較高。

自2008年開始，高鐵專網(wǎng)陸續(xù)開通了2.5G/10G DWDM系統(tǒng)，使用的光纜均敷設(shè)在高鐵槽道中，未出現(xiàn)過因振動影響傳輸?shù)那闆r[3]。

4 通信運營商搭建高鐵光纜運行分析

以某省高鐵干線光纜為例，已投產(chǎn)近10年，路由安全狀態(tài)穩(wěn)定，無遷改、無斷纖，承載的干線傳輸波分系統(tǒng)均運行正常。

近期對在網(wǎng)運行數(shù)據(jù)和高鐵段光纜傳輸性能性進行了專項測試和分析，結(jié)果表明高鐵光纜運行穩(wěn)定，包括接續(xù)衰耗在內(nèi)的各項指標正常。而對于普遍擔心的高鐵振動對接頭穩(wěn)定性的影響，測試結(jié)果證明高鐵主線部分的接續(xù)衰耗指標，無論從大衰耗事件的占比，還是劣化程度，均未呈現(xiàn)出明顯的劣勢。

4.1 引接段和主線段光纜接頭性能劣化總體對比

本次測試針對高鐵段落與引接段落，將接續(xù)性能的測試和數(shù)據(jù)梳理分為兩部分。

第一部分測試和記錄了A市-B市段中A市引接段和高鐵主線段的接頭性能劣化情況，選擇A市引接段的理由為該段光纜遷改次數(shù)少，路由、長度等參數(shù)與驗收情況最為接近。

其中引接段樣本數(shù)據(jù)710個，主線段樣本數(shù)據(jù)2130個。詳細分布如表1、表2所示。

表1 A市引接段、A市-B市高鐵主線段接續(xù)衰耗分布區(qū)間統(tǒng)計

表2 A市引接段、A市-B市高鐵主線段接續(xù)衰耗優(yōu)劣分布表

經(jīng)過近10年的運行，引接段和主線段光纜接頭性能都有不同程度的劣化，但由于高鐵主線光纜路由較為穩(wěn)定，劣化程度相對引接段更小。

第二部分選擇了A市至B市、C市至D市兩個完整中繼段，進行所有備纖接續(xù)點的衰耗測試，并計取雙向平均值。兩個中繼段內(nèi)共有78個接頭盒，其中引接段共29個接頭盒，高鐵段共49個接頭盒，樣本數(shù)據(jù)為6048個。測試結(jié)果如表3所示。

表3 A市-B市、C市-D市完整中繼段衰耗統(tǒng)計樣本總表

上述兩個中繼段所有芯·接頭衰耗數(shù)據(jù)在[0，0.08dB]區(qū)間數(shù)據(jù)占比為90.88%，[0.08dB，0.1dB]區(qū)間數(shù)據(jù)占比為3.61%，大于0.1dB區(qū)間數(shù)據(jù)為5.51%，詳細情況如圖4所示。其中：

從區(qū)間分布上可以看出高鐵部分接頭性能略好于引接部分，與第一部分測試結(jié)果一致，主要原因還是引接段接頭性能受外界影響因素較大。

4.2 接頭性能分析

針對A市-B市、C市-D市兩個中繼段的出現(xiàn)的較大接續(xù)衰耗，進行專項分析，提取單個接頭盒內(nèi)超過6個0.1dB的事件信息。

超過0.1dB的熔接衰耗點分布如下，主要分布區(qū)間為0.1～0.22dB。大接續(xù)衰耗整體分布情況見圖5。

高鐵主線部分的接續(xù)衰耗指標，無論從大衰耗事件的占比，還是整體劣化程度，都沒有呈現(xiàn)出明顯的劣勢。高鐵干線光纜運行穩(wěn)定，包括接續(xù)衰耗在內(nèi)的各項指標正常。

圖4 衰耗區(qū)間占比表

圖5 大接續(xù)衰耗分布圖

5 高鐵光纜效果分析

高鐵敷設(shè)總體上提高了光纜安全性，并實現(xiàn)了降低時延、縮短工期、減輕維護壓力的效果。高鐵是國家品牌，涉及人身安全，可靠性極高，發(fā)生重大事故概率極低，通信干線光纜與高鐵專網(wǎng)光纜一起，均布放在高鐵槽道內(nèi)。從鐵路專網(wǎng)和公網(wǎng)搭建的運行數(shù)據(jù)來看，高鐵環(huán)境對于干線光纜和系統(tǒng)幾乎沒有影響。

該省近三年干線光纜運行中，高鐵搭建方式場景故障率為0，而常規(guī)建設(shè)方式下每百公里平均障礙次數(shù)達到0.24～0.32次。高鐵建設(shè)方式的穩(wěn)定性得以有效驗證。

6 結(jié)束語

在高鐵光纜建設(shè)技術(shù)日趨成熟的今天，基本克服了高鐵振動、強電等因素對光纜安全和性能造成的影響。通過在網(wǎng)運行十年的高鐵干線光纜的運行情況和故障統(tǒng)計分析，高鐵段光纜的穩(wěn)定性和性能甚至略優(yōu)于傳統(tǒng)的管道光纜。接近零故障的統(tǒng)計也可大大降低維護壓力，同時通過與鐵路通信維護段簽訂相關(guān)代維協(xié)議，可執(zhí)行與傳統(tǒng)干線光纜相同的維護標準。

在傳統(tǒng)方式下，現(xiàn)今光纜建設(shè)難度日趨增大，高鐵光纜作為一種響應國家共建共享號召、風險可控，并能帶來直接效益的方式，建議各電信運營商，根據(jù)網(wǎng)絡建設(shè)需求和高鐵建設(shè)規(guī)劃，提前洽商，豐富光纜的建設(shè)模式，加快信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)腳步。