轨道交通改造工程漏泄电缆敷设方案

陈尔超，王喜军，杨立新，武少峰

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 概述

国内城市轨道交通技术的快速发展和推动，信号系统不断创新，陆续实现了基于轨道电路的固定闭塞系统（TBTC）、基于通信的列车运行控制系统（CBTC）、全自动运行系统（FAO），以及正在推进研究的基于车-车通信的列车自主运行系统（TACS）。早期建设的线路，由于运能不足、设备老化、技术更新等原因面临升级改造的需要，而如今选取的信号技术方案对无线通信提出了越来越高的需求。

为提升轨道交通无线通信的传输质量，工业与信息化部指出1.8G 专用频段可用于轨道交通行业，中城协亦推荐轨道交通使用专用频段，推动无线通信LTE-M 技术的推广与应用。LTE-M 技术采用专有频段、专用技术，长距离覆盖，除了承载列车运行控制业务信息，还可综合承载列车紧急文本、列车运行状态监测、PIS 视频和集群调度等业务信息。

在LTE-M 技术下，无线信号覆盖主要采用漏泄电缆、定向天线两种方式，系统结构如图1 所示。在同轴电缆外层打孔、开槽，使电磁波沿线漏泄，称为漏泄电缆，简称漏缆。漏泄电缆沿线路呈带状分布，场强覆盖连续，分布均衡，信号质量高，不易受外界其他信号干扰；定向天线覆盖信号场强不均匀，遇到弯道信号质量差，容易受到同频干扰。漏泄电缆有众多优点，缺点主要为投资较高、敷设困难，尤其对于轨道交通改造工程，线路复杂，干扰因素较多，敷设更加困难。

图1 无线覆盖系统结构Fig.1 System structure diagram of wireless coverage

城市轨道交通除了地下隧道，还有地面、高架场景，多样化的场景进一步增加了其敷设的难度。本文针对漏缆敷设问题进行分析研究，提出轨道交通改造工程多场景的漏缆敷设方案，包括隧道段、地面段、高架段以及车站段的敷设方案。

2 漏缆敷设要求

2.1 漏缆敷设一般要求

1）漏泄同轴电缆与其他系统漏泄同轴电缆间距不小于 300 mm，避免相互间的干扰。

2）漏泄同轴电缆若与接触网回流线、保护地线和照明线等非高压带电体同侧时，间距不小于0.6 m；与牵引供电设备带电部分的距离不小于2 m。

3）漏泄同轴电缆架设在隧道壁上时，漏泄同轴电缆与隧道壁的间距不小于80 mm。

4）钢丝承力索悬挂漏泄同轴电缆后的最大允许垂度保持在0.15 m 以内（20ºC 时）。

5）漏泄同轴电缆固定每隔1 m 设置一处卡具，每隔10 m 设置一处防火卡具。

6）漏缆槽孔对面的护套突起线为标记线，安装时应将标记线靠墙铺设，保障漏缆开孔的方向，即开孔方向正对覆盖区域。

2.2 漏缆敷设范围要求

漏缆敷设范围根据承载的业务和设备维护需要进行设计，主要覆盖下列区域。

1）正线区间线路、折返线、停车线、渡线；

2）建筑限界内联络线；

3）车辆基地与正线的出入段线；

4）车辆基地内车辆可达区域。

具有集群调度通信功能的系统，还应考虑公共区域、终端用户使用区域。

3 漏缆敷设方案

TD-LTE 系统由核心网、基站系统和车载终端组成，其中基站系统由基带单元（BBU）和远端射频单元（RRU）组成，设于车站及轨旁区间，车载终端单元（TAU）设于列车两端车载机柜内。通过漏缆传输媒介连接基站系统与车载终端、为车-地之间提供双向数据交换通道。在列车Tc（带司机室的拖车）车顶各安装两副天线，在列车Tc 车底的一位、二位各安装一副天线。

根据业务承载可靠性要求，可选择采用单漏泄同轴电缆或双漏泄同轴电缆覆盖方式。当综合承载业务信息时，考虑到信息中断对调度指挥、乘客服务、应急救援、列车运行控制的多方面影响，为提供更高服务质量、应对突发状况、保证安全，采用双漏缆覆盖方式。当单独承载业务信息时，可根据实际工程情况进行选择，在工程条件允许时，为提高信息传输的可靠性，亦采用双漏缆覆盖方式。

下面以双漏缆覆盖方式为例，分别对隧道段、地面段、高架段以及车站段场景下的漏缆敷设方案进行探讨。涉及剖面图基于大连地铁13 号线工程。

3.1 隧道段敷设方案

以单洞双轨为例，上/下行漏缆分别敷设于隧道两侧隧道壁上，采用漏泄同轴电缆卡具安装，漏缆安装高度距离轨面分别为4 200 mm、4 500 mm，与安装在Tc 车顶部的平板天线相对应。安装步骤包括：标记安装位置、钻头打孔、植入膨胀螺栓、安装漏缆卡具和卡入漏缆。隧道段漏缆敷设剖面如图2 所示。

图2 隧道段漏缆敷设剖面Fig.2 Cutaway diagram of leakage cable laying in tunnel section

3.2 高架段敷设方案

高架段线路两侧均设有护栏/声屏障，护栏/声屏障的立柱一般采用H 型钢或槽钢，为此利用护栏/声屏障立柱，采用卡具进行漏缆安装。卡具每1 m 固定一次，漏缆安装高度距离轨面分别为500 mm、800 mm，与安装在Tc 车底部的平板天线相对应。在每个立柱的对应高度钻孔，然后通过螺丝和自锁紧螺母将卡具固定在立柱上，再将漏缆穿入卡具。对于双线桥，分别在上/下行两侧敷设。对于单线桥，可仅在弱电侧敷设。以双线桥为例，高架段漏缆敷设剖面如图3 所示。若线路中间设有疏散平台，亦可安装于疏散平台下方。

图3 高架段漏缆敷设剖面Fig.3 Cutaway diagram of leakage cable laying in elevated section

3.3 地面段敷设方案

中国铁路总公司《铁路技术管理规程》（普速铁路部分）184 条规定 “接触网支柱不应附挂通信、有线电视等非供电线路设施，特殊情况需附挂时，应经铁路局批准”。接触网支柱之所以不建议附挂设施，主要考虑到对接触网支柱上架设的接触网线、回流保护线以及隔离开关等供电设备的影响，参照此规程，城市轨道交通线路若需挂设，方案需经运营单位批准后实施。这样，按照是否利用接触网支柱可分为两种情况：单独立杆方案和利用接触网支柱与辅助杆方案。

1）单独立杆方案

以双线线路为例，在线路双侧分别安装漏缆立杆，立杆间距15 m；杆上以抱箍的方式拉镀锌钢绞线，再在钢绞线上吊挂漏缆进行安装，漏缆安装高度距离轨面分别为500 mm、800 mm。为平衡钢绞线的拉力和降低倒杆事件的发生，再在连接杆处设置斜拉地锚进行固定。为保障漏缆开孔侧的覆盖区域不被障碍物遮挡，立杆设置在接触网支柱的内侧，并与设备限界保持50 mm 以上的间隙。

2）利用接触支柱方案

利用接触网支柱方案经运营单位批准后，可在利用接触网支柱的基础上辅以局部安装漏缆立杆。轨道交通的接触网支柱间距一般为40 m 左右，这样在每个接触网支柱中间辅助安装1 根漏缆立杆，并与接触网立柱保持在同一直线上，此方案可降低立杆的数量。漏缆固定方式与单独立杆方案一致，仍通过拉镀锌钢绞线吊挂漏缆方式。地面段漏缆敷设剖面如图4 所示。

图4 地面段漏缆敷设剖面Fig.4 Cutaway diagram of leakage cable laying in ground section

3.4 车站段敷设方案

车站按站台类型分为侧式站台和岛式站台。侧式站台漏缆沿站台板边缘的侧墙进行安装，漏缆安装高度距离轨面分别为500 mm、800 mm，与车底天线相对应。安装步骤包括：标记安装位置、钻头打孔、植入膨胀螺栓、安装漏缆卡具、卡入漏缆。岛式站台漏缆则安装于外侧墙壁，安装高度距离轨面分别为4 200 mm、4 500 mm，与车顶天线相对应。以侧式站台为例，车站区段漏缆敷设剖面如图5 所示。

图5 车站段漏缆敷设剖面Fig.5 Cutaway diagram of leakage cable laying in station section

4 关键技术指标及干扰分析

4.1 关键技术指标

以列车运行控制业务为例，阐述业务性能技术指标。

1）信息单网传输的端到端延迟时间不大于150 ms 的概率不小于98%。

2）信息传输丢包率不大于1%。

3） 上/ 下行每路传输速率分别不小于256 kbit/s。

4）单网通信中断时间不超过2 s 的概率不小于99.92%。

5）连接建立失败概率小于1%，链路断开概率小于1%。

4.2 干扰分析

漏缆相比于天线，抗干扰性较好，但同频邻区的干扰仍存在，尤其是车站段小区间的相互干扰。下面将基于本文方案，依照Keenan-Motley 传播模型对车站段同频干扰进行分析。同频隔离度计算如公式（1）所示，其中f是频率，D是车载天线与漏缆间距离，P×W是损耗值。

1）岛式站台干扰分析

采用上挂漏缆-天顶天线方案，车载天线距离本侧小区漏缆约2 m，无穿透损耗，则本侧小区路损如公式（2）所示。

岛式站台同频隔离度：PL2－PL1＝26.4 dB

根据链路预算边缘的最高解调门限值8.5，则岛式站台同频隔离度满足要求。

2）侧式站台干扰分析

采用下挂漏缆-车底天线方案，车载天线距离本侧小区漏缆约2 m，无穿透损耗，则本侧小区路损如公式（4）所示。

侧式站台同频隔离度：PL2－PL1＝7.1 dB

侧式站台同频隔离度达不到链路预算边缘要求，需采取小区合并或其他抗干扰措施。

5 结束语

本文通过研究轨道交通改造工程不同场景的漏缆敷设，提出隧道段、地面段、高架段以及车站段的多种场景敷设方式，有效解决了复杂线路情况下漏缆敷设困难问题，可为城市轨道交通改造工程的漏缆敷设提供设计思路。同时在漏缆敷设过程中，亦需注意与隧道、路基、桥梁、接触网等相关专业的配合。对于新型城市轨道交通，如磁悬浮、悬挂式单轨，可在本文的基础上进行扩展分析。