高速铁路海底隧道GSM-R覆盖方案

葛伟涛

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 概述

截止2021年底，国内铁路营业里程达到15 km，其中高速铁路4万km。铁路尤其350 km/h的高速铁路对于无线通信系统覆盖要求比较高，主要体现在覆盖场强及冗余可靠等方面。铁路无线通信系统覆盖的典型场景包括山体隧道、封闭式风/声屏障等封闭区域和铁路高架桥、路基等开阔区域。近几年陆续有高铁项目出现了跨海隧道的特殊场景，如汕汕铁路汕头湾海底隧道、广湛高铁湛江湾海底隧道、甬舟铁路金塘海底隧道等。该类隧道与山体隧道不同，其主要采用盾构形式建设，无法在隧道内设置通信洞室，通信直放站或分布式基站等弱场补强设备无法安装在通信洞室内。因此高铁跨海隧道的GSM-R覆盖成为此类项目的无线通信系统的设计重点和难点。

海底隧道由于其施工的特殊性，在隧道口一般先采用U型槽和明挖的方式建设，进入地下后，在地下通过盾构形式穿越海底。本文以广湛高铁海底隧道为模型，分析GSM-R系统覆盖及设备安装方案。

广湛高铁位于广东省境内，设计速度为350 km/h。广湛高铁在湛江市境内途经湛江湾，设湛江湾海底隧道，海底隧道全长9.64 km，其中进口U型槽区段长760 m，海底进口明挖段长770 m，海底盾构段长7 400 m，海底出口明挖段长330 m，出口U型槽长380 m。海底隧道示意如图1所示。

2 GSM-R系统覆盖方案

目前，高速铁路移动通信系统主要采用GSM-R移动通信系统。GSM-R移动通信系统在隧道弱场主要采用分布式基站或直放站结合隧道内通信漏缆、隧道口天线的方式对隧道进行弱场补强。由于广湛高铁信号采用CTCS-3列控系统，设计速度为350 km/h，因此湛江湾海底隧道应采用冗余覆盖方式。

1）方案一：分布式基站方案

在铁路隧道口DK406+930、DK416+570分别设置2套BBU，其中BBU1和BBU2各配置2载频，BBU3和BBU4各配置1载频。在隧道口及隧道内共8个位置各设置2套RRU，分别为RRU1-RRU16，每个RRU点位间距不超过1.5 km。RRU1-RRU4通过光缆以星型连接的方式接入BBU1，RRU5-RRU8通过光缆以星型连接的方式接入BBU2，组成A网。RRU9-RRU12通过光缆以星型连接的方式接入BBU3，RRU13-RRU16通过光缆以星型连接的方式接入BBU4，组成B网。A网主用，B网备用。A网和B网中的两个小区均在DK410+840-DK412+340之间进行切换。隧道内敷设通信漏缆，利用漏缆覆盖隧道内，隧道口安装天线，覆盖隧道外。覆盖示意如图2所示。

GSM-R系统设备的主控、时钟、电源、载频等关键板卡或模块按热备用工作模式冗余配置。基站/分布式基站载波单元应分板设置，单一单板故障时，基站/分布式基站仍能提供服务。因此，分布式基站组网时，每个RRU设备点根据厂家产品性能，可能设置4台RRU，即每2台RRU对应图中的1套RRU。

2）方案二：数字直放站方案

在铁路隧道口分别设1套宏基站BTS，分别为BTS1和BTS2，均配置为2载频。在隧道口及隧道内共8个点位按照间距不超过1.5 km各设置1台数字直放站DRU，分别为DRU1-DRU8。数字直放站分别通过环网的形式接入BTS1和BTS2。其中DRU1-4由BTS1提供主用信号，由BTS2提供备用信号。DRU5-8由BTS2提供主用信号，由BTS1提供备用信号。BTS1和BTS2 两个小区之间在DK410+840-DK412+340之间进行切换。隧道内敷设通信漏缆，利用漏缆覆盖隧道内，隧道口安装天线，覆盖隧道外。覆盖示意如图3所示。

方案一和方案二优缺点如表1所示。

两个方案中，方案一安装RRU较多，投资高，占用光纤资源多，用电量大。方案二利用直放站组网，设备少，投资低，网络结构简单，可靠性也能满足现行规范及运营需求。综合考虑，海底隧道采用方案二覆盖。

3 海底隧道内设备安装方案

根据上述GSM-R覆盖方案，分别在DK407+900、DK409+340、DK410+840、DK412+340、DK413+840、DK415+340各安装1套数字直放站，其中DK407+900位于海底隧道进口明挖段，DK409+340、DK410+840、DK412+340、DK413+840、DK415+340位于海底隧道盾构段。高速铁路隧道内一般设有通信洞室，用于安装通信直放站等弱场补强设备，通信洞室宽×深×高一般为4 m×4.2 m×4.4 m， 其 中 深 4.2 m 不 含 1.8 m的余长电缆腔。垂直铁路方向剖面示意如图4所示。

由于海底隧道明挖段侧面设置通信洞室施工难度较大，尤其是垂直铁路方向的深度对施工难度及投资影响较大。经与隧道专业沟通，广湛高铁海底隧道明挖段DK407+900通信洞室设置为宽×深×高=4 m×4.2 m×4 m，其中深 4.2 m 含 1.8 m 的电缆余长腔。直放站、配电箱、光缆终端盒等设备可壁挂在隧道通信洞室内，其安装示意如图5所示。

DK409+340、DK410+840、DK412+340、DK413+840、DK415+340位于海底隧道盾构段，盾构段侧面无法设置通信洞室。根据盾构段结构，盾构段轨道板下面设有中间箱涵，中间箱涵两侧设有边涵，中间箱涵建设完成后可做为隧道的疏散通道。由轨道层至中间箱涵疏散通道每间隔100 m设有楼梯，便于疏散逃生。为了满足通信设备安装需求，可以将通信直放站安装在中间箱涵一侧的侧壁上，但不得影响疏散通道人员通行。考虑到中间箱涵内安装通信设备时需要将电源线、馈线、光缆等线缆连接至弱电缆槽，因此需要在每处中间箱涵直放站位置经两侧边涵至两侧强弱电电缆槽预留6根Φ 100的热镀锌钢管。考虑到通信设备接地需求，还需在每处中间箱涵侧壁的通信设备安装位置预留2处接地端子。另外，为了便于在预留的钢管内布放线缆，还需要在设备安装旁边由中间箱涵向两侧边涵预留宽0.8 m、高1.25 m人孔。海底隧道盾构段通信设备及管线安装示意如图6所示。

4 公网覆盖预留

为满足高铁旅客的通话及上网需求，提高铁路旅客服务品质，铁路沿线尤其是对隧道内进行公网覆盖十分必要。海底隧道一般长度较长，考虑到旅客的通话及上网需求，运营商及铁塔公司均会对其进行公网覆盖，因此有必要对公网覆盖预留用电、槽道、洞室或隧道壁等资源。目前，高铁公网4G/5G覆盖还是按照500 m左右的间距设置公网设备，因此海底隧道在设计阶段可按照500 m间距预留公网设备安装条件。若公网设备安装在海底隧道明挖段，可参照海底隧道通信洞室大小预留公网覆盖洞室；若公网设备安装在海底隧道盾构段，可参照铁路通信设备安装方式安装在轨道板下面的中间箱涵侧墙上，并在相应区域预留过轨钢管、人孔、接地端子等。

5 防腐防锈蚀措施

由于海底隧道位于海水下面，设备、线缆的运行环境湿度较大，高铁为百年工程，高铁列车对风压、设备安全等要求较高，高铁开通运营后隧道内进出不便。因此在设计及施工阶段应提前考虑漏缆卡具、通信设备、配电设备等设备材料的防腐、防锈、防盐雾措施。常见的金属防腐蚀措施有热浸锌、涂层、复合涂层、阴极保护、钝化等措施，建议在设计或招标阶段，结合海底隧道所处环境，有针对性的采用相适合的防腐防锈蚀措施，进一步提高设备或线缆的使用寿命。

6 总结

本文以广湛高铁湛江湾海底隧道为例，首先分析了海底隧道GSM-R系统两种覆盖方案，并对两种覆盖方案的优缺点进行分析。通过分析比较，由于数字直放站覆盖方案使用设备少，投资低，网络结构简单，可靠性也能满足现行规范及运营需求，建议海底隧道采用数字直放站覆盖方案。其次，结合海底隧道明挖段、盾构段的结构形式，提出海底隧道通信直放站安装方案，并为公网覆盖预留了设备安装条件。最后，结合海底隧道环境特点，提出防腐防锈蚀建议。本次研究对海底隧道GSM-R系统的覆盖具有指导和参考价值。