武广铁路客运专线隧道内通信设备的安装工艺及其光纤应用的创新设计

2010-01-25余世文

铁道标准设计 2010年1期

余世文

(中国铁路通信信号集团公司，北京 100071)

1 概述

武广铁路客运专线北起武汉(起点里程DK1 188+000)南至广州(终点DK2 220+250),途经咸宁、岳阳、长沙、株洲、衡阳、郴州、韶关、清远等地,正线全长1 068.6双线km[1]。全线地形地质条件复杂,隧道及桥隧相连的地段在武广铁路客运专线占的比重较高。

客运专线通信系统必须具备高可靠性、高可用性,满足可维护性及可扩展性等要求,设备采用模块化设计,便于系统升级和扩展。通信系统为客运专线列车控制、运营调度、旅客服务、经营管理、防灾安全监控等业务应用系统提供网络服务,并为运输提供高质量的语音、数据及图像通信业务。武广铁路客运专线通信系统满足设计速度350 km/h、运营速度300 km/h的要求,验收速度350 km/h；满足既有提速线200 km/h动车组上线运行的需要；满足列车追踪3 min间隔的要求。[2]

武广铁路客运专线通信系统的通信设备有相当一部分是安装在地形地质条件复杂的隧道及桥隧相连的地段,这些通信设备的安装质量将直接影响到整个通信系统安全运行。在国内,目前没有客运专线通信设备隧道内的安装标准或者安装工艺(武广铁路客运专线之前的津京城际没有隧道),并且施工设计图又涉及不到这个层面,为了全线安装标准统一、安装质量可靠、安装美观适用,通号公司武广集成商会同建设、设计、监理、施工的众多专家,形成了武广铁路客运专线隧道内通信设备的安装工艺[3]。

隧道内的通信设备有泄漏电缆、射频电缆、光缆、地线、避雷器、直流阻断器、光纤直放站、电源防雷箱、环境监测控制箱、光缆终端盒、UPS等设备,这些设备的布放和安装除必须满足施工设计要求外,还必须执行我单位形成的安装工艺,从而达到了全线标准统一、质量可靠、美观适用。其中,在隧道等弱场区域采用光纤直放站以实现GSM-R系统的交织冗余覆盖,光纤直放站的光纤应用物理需求是相当复杂的,设计单位会同集成商,多次研究设计,最终形成了一个创新的设计,使光纤的应用简单化,施工安装明了化,故障查找快速化。

2 隧道内通信设备的安装工艺[4]

2.1 隧道口处射频电缆及地线的引下安装(图1)

图1 隧道口处射频缆及地线安装示意(单位：mm)

(1)在隧道口处,射频缆引下位置应距离隧道顶最外壁垂直线50 cm。射频缆引下时用φ60 mm镀锌钢管防护,防护高度距槽道盖板面2.5 m,管顶口用热缩套封堵；射频缆经电力槽道穿越排水沟至通信槽道,此段用φ33/40硅芯管防护,硅芯管总防护长3 m。

(2)在隧道口处安装接地端子箱,具体安装尺寸见图1,射频缆、避雷器、漏缆共计三根接地引接至接地端子箱相应端子,再由接地端子箱引接一根50 mm2地线沿着射频缆引下至通信信号电缆槽综合接地端子,同径路的射频缆和地线采用上下层卡具分别独立固定。

(3)射频缆、避雷器、漏缆所用接地线采用150 cm长度,以保证布线的美观和冗余。

2.2 隧道内漏缆连接安装(图2)

图2 隧道内漏缆连接安装示意(单位：m)

(1)每段漏缆长度大于500 m时加装1个直流阻断器。

(2)两段漏缆之间跳线应绕圈,跳线长度1 m。连接器应可靠地固定在隧道、承力索或H型钢柱上。

2.3 隧道内外漏缆连接安装(图3)

图5 综合洞室设备及线缆安装示意(二)(单位：mm)

图3 隧道内外漏缆连接安装示意(单位：mm)

(1)地线的安装方式与隧道口处地线的安装方式相同。

(2)连接器的安装与隧道内两段漏缆的安装要求相同。

2.4 综合洞室设备及缆线安装防护

(1)综合洞室设备及缆线安装见图4,直放站远端机、电源防雷箱、环境监测控制箱、光缆终端盒、UPS等设备以洞室中心线为基准均匀分布安装。缆线的走线方式以图示为准,尽量避免交叉,特别是射频缆的布线,要求不与其他线缆交叉,如无法避免时,必须防护并应将射频缆布设在外侧。

图4 综合洞室设备及线缆安装示意(一)(单位：mm)

(2)综合洞室两侧的射频缆引入见图5,射频缆在综合洞室门的弧形与矩形交越处拐入,在拐入点处采用φ33/40硅芯管防护,然后沿着综合洞室侧壁平行布线。

(3)综合洞室上部两侧漏缆的接地连接见图5。两侧漏缆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接地线至综合洞室接地端子。

(4)综合洞室中心墙壁安装1个接地端子排,位置见图4。直放站远端机、电源防雷箱、环境监测控制箱、光缆终端盒、UPS等设备的接地引至接地端子排,然后由接地端子排引下一根16 mm2接地线至综合洞室接地端子，见图5Ⅰ-Ⅰ剖面。

(5)引入综合洞室的光缆及各设备的接地线(16 mm2)规定在综合洞室广州方向侧墙壁上布线,位置尺寸见图5Ⅰ-Ⅰ剖面。

(6)配电箱至UPS的电源线及漏缆的接地线(50 mm2)规定在综合洞室武汉方向侧墙壁上布线,位置尺寸见图5Ⅱ-Ⅱ剖面。

(7)光缆在进入综合洞室前,首先在收容腔进行盘留,然后上下行光缆及铁路对侧光缆一起合并径路,从通信信号槽道穿越水沟和电力槽道,沿墙壁角进入综合洞室,此段光缆采用φ60 mm镀锌钢管防护,在进入1.8 m后沿墙壁垂直爬上,钢管防护至距水泥面50 cm高度止,然后4根光缆平行水泥面布放。地线布置在光缆下方。见图5Ⅲ-Ⅲ剖面。

2.5 电源防雷箱与UPS的连接方式(图6)

(1)UPS的保护地(UPS金属外壳)和电源防雷箱(C级防雷)地两地合一,统一接到接地端子排。

(2)要求电源防雷箱的入线端与UPS的进线端之间的电缆长度为5～10 m,距离过短会影响防雷效果。

图6 电源防雷箱与UPS的连接方式示意(单位：m)

3 光纤直放站的光纤应用创新设计[5]

武广铁路客运专线GSM-R系统采用交织冗余覆盖方案,在隧道等弱场区域采用光纤直放站结合天线/漏缆提供冗余覆盖,每个直放站远端机需要接入相邻两个基站(BTS)的信号,经过放大后,输出两路合成的信号并分别馈送至两边与直放站连接的漏缆或天线。每个直放站远端机与相邻两个BTS的接入是通过光纤连接实现的,并且,为了实现无线信号的冗余覆盖,以及单点宕机仍然无线信号覆盖的要求,武广铁路客运专线每个光纤直放站远端机(RU)都采用主、备、从三路光纤，分别从不同物理径路引入无线信号的方式。这种方式提高了系统的安全性,但同时也为光缆线路的施工设计、光纤的应用分配设计提高了要求。为此,设计单位会同集成商一起研究和创新,最终形成了应用简单、施工方便、故障查找快速的创新设计方案。

3.1 不同长度隧道无线覆盖的解决方案

(1)小于800 m隧道的覆盖解决方案

小于800 m的隧道解决方案采用直放站加泄漏电缆的覆盖方式。此种方案的直放站放置于隧道口,泄漏电缆沿隧道铺设用来覆盖隧道,并在隧道口放置天线用来覆盖切换重叠区,使切换在隧道外完成。直放站与相邻两基站通过光纤连接,光纤连接具有主、备、从的关系(图7)。

图7 300～800 m隧道的覆盖解决方案(单位：m)

对于连续的短隧道群,若满足小于800 m的要求,则可将其视为一个隧道考虑,隧道间隙使用漏缆贯通后进行覆盖,同样使用光纤实现连接。

(2)800～7 000 m隧道的覆盖解决方案

长隧道解决方案采用直放站加泄漏电缆的覆盖方式。在隧道内放置多个直放站,直放站分别引隧道两侧的基站信号源,切换区域在隧道内。各直放站之间以及各直放站与隧道两侧的基站通过光纤连接,光纤连接具有主、备、从的关系(图8)。

图8 800～7 000 m隧道的覆盖解决方案(单位：m)

(3)大于7 000 m特长隧道的覆盖解决方案

大于7 000 m的特长隧道解决方案采用新加基站、直放站加泄漏电缆的覆盖方式。直放站引入基站信号源,切换区域在隧道内。基站与直放站通过光纤连接,光纤连接同样具有主、备、从的关系(图9)。

图9 大于7 000 m隧道的覆盖解决方案(单位：m)

3.2 直放站的光缆敷设施工解决方案

针对以上不同长度隧道无线覆盖的3种解决方案,直放站的光缆敷设施工采用一种通用解决方案。即：主备用属主基站的近端机(MU)经所属远端机(RU)至从用属主基站的近端机(MU)之间的直放站区段,在铁路两侧分别单独敷设1条8芯短段光缆,部分直放站光纤需求超过8芯的直放站区段,敷设2条8芯短段光缆。铁路两侧的短段光缆分别环引入(一侧需要穿过铁轨)直放站的光缆终端盒。如图10所示。

图10 直放站光缆敷设解决方案

3.3 直放站的光纤应用的创新设计

铁路两侧的光缆环引入直放站光缆终端盒后,本站需要环引的2根光纤成端(共4根尾纤),其他光纤均在光缆终端盒内直通。光缆终端盒选用了OTB-SY型室外光缆终端盒[6](实用新型专利申请号：200920072633.8),该种终端盒采用了特殊的设计,为尾纤的接续使用提供了可靠的安全保障。光缆终端盒与直放站之间采用4芯光纤尾缆连接,即主、备、从三芯光纤,另一芯光纤预留备用。

现以武广案例说明光纤应用的创新设计。例如,武广铁路客运专线一段连续隧道的直放站系统构成如图11所示,图中“石马冲”、“羊角塘”等为隧道,WG1910、WG1911、WG1912为基站,“光远”、“光近”为直放站。基站之间是通过干线光缆连接,直放站之间是通过短段8芯光缆及漏缆连接。

根据上图实例需要,进行了如图12所示光纤应用的设计解决方案。

图11 直放站的系统构成实例

图12 光纤应用的设计实例

光纤应用方案采用了同一根光缆同一根纤芯分段应用的创新设计。例如DK1754+655处光远端机,其主、备用信号都是从光近5-2发送,从用信号是从光近2-2发送。即从光近5-2方向,面向广州左侧光缆中的第二芯为主用光纤,面向广州右侧光缆中的第二芯为备用光纤；从光近2-2方向,面向广州左侧光缆中的第二芯为从用光纤,面向广州右侧光缆中的第二芯为预留备用光纤。