軌道交通改造工程漏泄電纜敷設(shè)方案

陳爾超，王喜軍，楊立新，武少峰

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 概述

國內(nèi)城市軌道交通技術(shù)的快速發(fā)展和推動，信號系統(tǒng)不斷創(chuàng)新，陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了基于軌道電路的固定閉塞系統(tǒng)（TBTC）、基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CBTC）、全自動運(yùn)行系統(tǒng)（FAO），以及正在推進(jìn)研究的基于車-車通信的列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）。早期建設(shè)的線路，由于運(yùn)能不足、設(shè)備老化、技術(shù)更新等原因面臨升級改造的需要，而如今選取的信號技術(shù)方案對無線通信提出了越來越高的需求。

為提升軌道交通無線通信的傳輸質(zhì)量，工業(yè)與信息化部指出1.8G 專用頻段可用于軌道交通行業(yè)，中城協(xié)亦推薦軌道交通使用專用頻段，推動無線通信LTE-M 技術(shù)的推廣與應(yīng)用。LTE-M 技術(shù)采用專有頻段、專用技術(shù)，長距離覆蓋，除了承載列車運(yùn)行控制業(yè)務(wù)信息，還可綜合承載列車緊急文本、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、PIS 視頻和集群調(diào)度等業(yè)務(wù)信息。

在LTE-M 技術(shù)下，無線信號覆蓋主要采用漏泄電纜、定向天線兩種方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。在同軸電纜外層打孔、開槽，使電磁波沿線漏泄，稱為漏泄電纜，簡稱漏纜。漏泄電纜沿線路呈帶狀分布，場強(qiáng)覆蓋連續(xù)，分布均衡，信號質(zhì)量高，不易受外界其他信號干擾；定向天線覆蓋信號場強(qiáng)不均勻，遇到彎道信號質(zhì)量差，容易受到同頻干擾。漏泄電纜有眾多優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)主要為投資較高、敷設(shè)困難，尤其對于軌道交通改造工程，線路復(fù)雜，干擾因素較多，敷設(shè)更加困難。

圖1 無線覆蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure diagram of wireless coverage

城市軌道交通除了地下隧道，還有地面、高架場景，多樣化的場景進(jìn)一步增加了其敷設(shè)的難度。本文針對漏纜敷設(shè)問題進(jìn)行分析研究，提出軌道交通改造工程多場景的漏纜敷設(shè)方案，包括隧道段、地面段、高架段以及車站段的敷設(shè)方案。

2 漏纜敷設(shè)要求

2.1 漏纜敷設(shè)一般要求

1）漏泄同軸電纜與其他系統(tǒng)漏泄同軸電纜間距不小于 300 mm，避免相互間的干擾。

2）漏泄同軸電纜若與接觸網(wǎng)回流線、保護(hù)地線和照明線等非高壓帶電體同側(cè)時(shí)，間距不小于0.6 m；與牽引供電設(shè)備帶電部分的距離不小于2 m。

3）漏泄同軸電纜架設(shè)在隧道壁上時(shí)，漏泄同軸電纜與隧道壁的間距不小于80 mm。

4）鋼絲承力索懸掛漏泄同軸電纜后的最大允許垂度保持在0.15 m 以內(nèi)（20oC 時(shí)）。

5）漏泄同軸電纜固定每隔1 m 設(shè)置一處卡具，每隔10 m 設(shè)置一處防火卡具。

6）漏纜槽孔對面的護(hù)套突起線為標(biāo)記線，安裝時(shí)應(yīng)將標(biāo)記線靠墻鋪設(shè)，保障漏纜開孔的方向，即開孔方向正對覆蓋區(qū)域。

2.2 漏纜敷設(shè)范圍要求

漏纜敷設(shè)范圍根據(jù)承載的業(yè)務(wù)和設(shè)備維護(hù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要覆蓋下列區(qū)域。

1）正線區(qū)間線路、折返線、停車線、渡線；

2）建筑限界內(nèi)聯(lián)絡(luò)線；

3）車輛基地與正線的出入段線；

4）車輛基地內(nèi)車輛可達(dá)區(qū)域。

具有集群調(diào)度通信功能的系統(tǒng)，還應(yīng)考慮公共區(qū)域、終端用戶使用區(qū)域。

3 漏纜敷設(shè)方案

TD-LTE 系統(tǒng)由核心網(wǎng)、基站系統(tǒng)和車載終端組成，其中基站系統(tǒng)由基帶單元（BBU）和遠(yuǎn)端射頻單元（RRU）組成，設(shè)于車站及軌旁區(qū)間，車載終端單元（TAU）設(shè)于列車兩端車載機(jī)柜內(nèi)。通過漏纜傳輸媒介連接基站系統(tǒng)與車載終端、為車-地之間提供雙向數(shù)據(jù)交換通道。在列車Tc（帶司機(jī)室的拖車）車頂各安裝兩副天線，在列車Tc 車底的一位、二位各安裝一副天線。

根據(jù)業(yè)務(wù)承載可靠性要求，可選擇采用單漏泄同軸電纜或雙漏泄同軸電纜覆蓋方式。當(dāng)綜合承載業(yè)務(wù)信息時(shí)，考慮到信息中斷對調(diào)度指揮、乘客服務(wù)、應(yīng)急救援、列車運(yùn)行控制的多方面影響，為提供更高服務(wù)質(zhì)量、應(yīng)對突發(fā)狀況、保證安全，采用雙漏纜覆蓋方式。當(dāng)單獨(dú)承載業(yè)務(wù)信息時(shí)，可根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行選擇，在工程條件允許時(shí)，為提高信息傳輸?shù)目煽啃?，亦采用雙漏纜覆蓋方式。

下面以雙漏纜覆蓋方式為例，分別對隧道段、地面段、高架段以及車站段場景下的漏纜敷設(shè)方案進(jìn)行探討。涉及剖面圖基于大連地鐵13 號線工程。

3.1 隧道段敷設(shè)方案

以單洞雙軌為例，上/下行漏纜分別敷設(shè)于隧道兩側(cè)隧道壁上，采用漏泄同軸電纜卡具安裝，漏纜安裝高度距離軌面分別為4 200 mm、4 500 mm，與安裝在Tc 車頂部的平板天線相對應(yīng)。安裝步驟包括：標(biāo)記安裝位置、鉆頭打孔、植入膨脹螺栓、安裝漏纜卡具和卡入漏纜。隧道段漏纜敷設(shè)剖面如圖2 所示。

圖2 隧道段漏纜敷設(shè)剖面Fig.2 Cutaway diagram of leakage cable laying in tunnel section

3.2 高架段敷設(shè)方案

高架段線路兩側(cè)均設(shè)有護(hù)欄/聲屏障，護(hù)欄/聲屏障的立柱一般采用H 型鋼或槽鋼，為此利用護(hù)欄/聲屏障立柱，采用卡具進(jìn)行漏纜安裝?？ň呙? m 固定一次，漏纜安裝高度距離軌面分別為500 mm、800 mm，與安裝在Tc 車底部的平板天線相對應(yīng)。在每個(gè)立柱的對應(yīng)高度鉆孔，然后通過螺絲和自鎖緊螺母將卡具固定在立柱上，再將漏纜穿入卡具。對于雙線橋，分別在上/下行兩側(cè)敷設(shè)。對于單線橋，可僅在弱電側(cè)敷設(shè)。以雙線橋?yàn)槔?，高架段漏纜敷設(shè)剖面如圖3 所示。若線路中間設(shè)有疏散平臺，亦可安裝于疏散平臺下方。

圖3 高架段漏纜敷設(shè)剖面Fig.3 Cutaway diagram of leakage cable laying in elevated section

3.3 地面段敷設(shè)方案

中國鐵路總公司《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（普速鐵路部分）184 條規(guī)定 “接觸網(wǎng)支柱不應(yīng)附掛通信、有線電視等非供電線路設(shè)施，特殊情況需附掛時(shí)，應(yīng)經(jīng)鐵路局批準(zhǔn)”。接觸網(wǎng)支柱之所以不建議附掛設(shè)施，主要考慮到對接觸網(wǎng)支柱上架設(shè)的接觸網(wǎng)線、回流保護(hù)線以及隔離開關(guān)等供電設(shè)備的影響，參照此規(guī)程，城市軌道交通線路若需掛設(shè)，方案需經(jīng)運(yùn)營單位批準(zhǔn)后實(shí)施。這樣，按照是否利用接觸網(wǎng)支柱可分為兩種情況：單獨(dú)立桿方案和利用接觸網(wǎng)支柱與輔助桿方案。

1）單獨(dú)立桿方案

以雙線線路為例，在線路雙側(cè)分別安裝漏纜立桿，立桿間距15 m；桿上以抱箍的方式拉鍍鋅鋼絞線，再在鋼絞線上吊掛漏纜進(jìn)行安裝，漏纜安裝高度距離軌面分別為500 mm、800 mm。為平衡鋼絞線的拉力和降低倒桿事件的發(fā)生，再在連接桿處設(shè)置斜拉地錨進(jìn)行固定。為保障漏纜開孔側(cè)的覆蓋區(qū)域不被障礙物遮擋，立桿設(shè)置在接觸網(wǎng)支柱的內(nèi)側(cè)，并與設(shè)備限界保持50 mm 以上的間隙。

2）利用接觸支柱方案

利用接觸網(wǎng)支柱方案經(jīng)運(yùn)營單位批準(zhǔn)后，可在利用接觸網(wǎng)支柱的基礎(chǔ)上輔以局部安裝漏纜立桿。軌道交通的接觸網(wǎng)支柱間距一般為40 m 左右，這樣在每個(gè)接觸網(wǎng)支柱中間輔助安裝1 根漏纜立桿，并與接觸網(wǎng)立柱保持在同一直線上，此方案可降低立桿的數(shù)量。漏纜固定方式與單獨(dú)立桿方案一致，仍通過拉鍍鋅鋼絞線吊掛漏纜方式。地面段漏纜敷設(shè)剖面如圖4 所示。

圖4 地面段漏纜敷設(shè)剖面Fig.4 Cutaway diagram of leakage cable laying in ground section

3.4 車站段敷設(shè)方案

車站按站臺類型分為側(cè)式站臺和島式站臺。側(cè)式站臺漏纜沿站臺板邊緣的側(cè)墻進(jìn)行安裝，漏纜安裝高度距離軌面分別為500 mm、800 mm，與車底天線相對應(yīng)。安裝步驟包括：標(biāo)記安裝位置、鉆頭打孔、植入膨脹螺栓、安裝漏纜卡具、卡入漏纜。島式站臺漏纜則安裝于外側(cè)墻壁，安裝高度距離軌面分別為4 200 mm、4 500 mm，與車頂天線相對應(yīng)。以側(cè)式站臺為例，車站區(qū)段漏纜敷設(shè)剖面如圖5 所示。

圖5 車站段漏纜敷設(shè)剖面Fig.5 Cutaway diagram of leakage cable laying in station section

4 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及干擾分析

4.1 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

以列車運(yùn)行控制業(yè)務(wù)為例，闡述業(yè)務(wù)性能技術(shù)指標(biāo)。

1）信息單網(wǎng)傳輸?shù)亩说蕉搜舆t時(shí)間不大于150 ms 的概率不小于98%。

2）信息傳輸丟包率不大于1%。

3） 上/ 下行每路傳輸速率分別不小于256 kbit/s。

4）單網(wǎng)通信中斷時(shí)間不超過2 s 的概率不小于99.92%。

5）連接建立失敗概率小于1%，鏈路斷開概率小于1%。

4.2 干擾分析

漏纜相比于天線，抗干擾性較好，但同頻鄰區(qū)的干擾仍存在，尤其是車站段小區(qū)間的相互干擾。下面將基于本文方案，依照Keenan-Motley 傳播模型對車站段同頻干擾進(jìn)行分析。同頻隔離度計(jì)算如公式（1）所示，其中f是頻率，D是車載天線與漏纜間距離，P×W是損耗值。

1）島式站臺干擾分析

采用上掛漏纜-天頂天線方案，車載天線距離本側(cè)小區(qū)漏纜約2 m，無穿透損耗，則本側(cè)小區(qū)路損如公式（2）所示。

島式站臺同頻隔離度：PL2－PL1＝26.4 dB

根據(jù)鏈路預(yù)算邊緣的最高解調(diào)門限值8.5，則島式站臺同頻隔離度滿足要求。

2）側(cè)式站臺干擾分析

采用下掛漏纜-車底天線方案，車載天線距離本側(cè)小區(qū)漏纜約2 m，無穿透損耗，則本側(cè)小區(qū)路損如公式（4）所示。

側(cè)式站臺同頻隔離度：PL2－PL1＝7.1 dB

側(cè)式站臺同頻隔離度達(dá)不到鏈路預(yù)算邊緣要求，需采取小區(qū)合并或其他抗干擾措施。

5 結(jié)束語

本文通過研究軌道交通改造工程不同場景的漏纜敷設(shè)，提出隧道段、地面段、高架段以及車站段的多種場景敷設(shè)方式，有效解決了復(fù)雜線路情況下漏纜敷設(shè)困難問題，可為城市軌道交通改造工程的漏纜敷設(shè)提供設(shè)計(jì)思路。同時(shí)在漏纜敷設(shè)過程中，亦需注意與隧道、路基、橋梁、接觸網(wǎng)等相關(guān)專業(yè)的配合。對于新型城市軌道交通，如磁懸浮、懸掛式單軌，可在本文的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展分析。