高鐵槽道建設骨干光纜的技術和應用探究

王睿 王傳瑞 陶卓

中通服咨詢設計研究院有限公司 江蘇 南京 210019

1 高鐵光纜敷設環境和技術

目前國內高鐵主體部分一般同步建設強、弱電槽道，鐵路信號線纜及通信光纜利用相應槽道敷設。槽道分為嵌入主體和外側安裝兩種方式。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設置，中間無類似于人/手孔的檢查井設計，這就導致光纜接續和接頭盒安裝固定必須在槽道內完成[1]。

因此，采用非延燃型鎧裝光纜、特別減震設計的光纜接頭盒是高鐵光纜的主要技術要求。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、不均勻等內部因素無關。

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、光纖受力等內部因素，外部因素可能會使光纖產生隨機雙折射。目前在高鐵光纜工程中已采用了各類減震技術，在規范施工的情況下，線路振動較小，加上現有光纜的制造技術已十分完善，采用鎧裝結構的光纜本身機械特性已經能應對各種復雜外部環境，自身對振動的隔絕作用也十分明顯，根據工程經驗判斷，不會引起PMD性能的劣化。

現有100G相干系統由于使用了偏振復用和相干解調，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，高鐵產生的振動可能會造成接頭盒內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范施工、接頭盒減震工藝等方式予以規避。

2.2 強電影響因素分析

根據《通信線路工程設計規范》（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。目前高鐵兩側強弱電線纜分為不同槽道敷設，光纜與相鄰槽道內的電纜（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，具備更優異的電氣隔離性，滿足標準規定的要求。

高鐵接觸網為沿鐵路線上空架設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。槽道內光纜線路與交流電氣化鐵道接觸網平行，平行間距約為5～6m，滿足光纜與電氣設備的間距要求。

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，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]。

目前高鐵專網和公網搭建光纜在槽道內的敷設單盤長度不超過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）中相關規定。

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。

3 鐵路專網運行情況分析

現有鐵路專網主要為路局至各個站段、相鄰或相關站段之間等提供電路，鐵路接入層傳輸系統承載的業務主要包括：數調、應急救援指揮、運輸管理信息系統、客票系統、調度指揮管理系統、微機監測、牽引供電遠動、牽引供電視頻監控、編組場視頻監控、車輛運行狀態地面安全監測網絡信息系統等。這些系統中大部分業務安全可靠性要求都較高。

自2008年開始，高鐵專網陸續開通了2.5G/10G DWDM系統，使用的光纜均敷設在高鐵槽道中，未出現過因振動影響傳輸的情況[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，已投產近10年，路由安全狀態穩定，無遷改、無斷纖，承載的干線傳輸波分系統均運行正常。

近期對在網運行數據和高鐵段光纜傳輸性能性進行了專項測試和分析，結果表明高鐵光纜運行穩定，包括接續衰耗在內的各項指標正常。而對于普遍擔心的高鐵振動對接頭穩定性的影響，測試結果證明高鐵主線部分的接續衰耗指標，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，將接續性能的測試和數據梳理分為兩部分。

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少，路由、長度等參數與驗收情況最為接近。

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

表1 A市引接段、A市-B市高鐵主線段接續衰耗分布區間統計

表2 A市引接段、A市-B市高鐵主線段接續衰耗優劣分布表

經過近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，進行所有備纖接續點的衰耗測試，并計取雙向平均值。兩個中繼段內共有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，樣本數據為6048個。測試結果如表3所示。

表3 A市-B市、C市-D市完整中繼段衰耗統計樣本總表

上述兩個中繼段所有芯·接頭衰耗數據在[0，0.08dB]區間數據占比為90.88%，[0.08dB，0.1dB]區間數據占比為3.61%，大于0.1dB區間數據為5.51%，詳細情況如圖4所示。其中：

從區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的較大接續衰耗，進行專項分析，提取單個接頭盒內超過6個0.1dB的事件信息。

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

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

圖4 衰耗區間占比表

圖5 大接續衰耗分布圖

5 高鐵光纜效果分析

高鐵敷設總體上提高了光纜安全性，并實現了降低時延、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，發生重大事故概率極低，通信干線光纜與高鐵專網光纜一起，均布放在高鐵槽道內。從鐵路專網和公網搭建的運行數據來看，高鐵環境對于干線光纜和系統幾乎沒有影響。

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，而常規建設方式下每百公里平均障礙次數達到0.24～0.32次。高鐵建設方式的穩定性得以有效驗證。

6 結束語

在高鐵光纜建設技術日趨成熟的今天，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。通過在網運行十年的高鐵干線光纜的運行情況和故障統計分析，高鐵段光纜的穩定性和性能甚至略優于傳統的管道光纜。接近零故障的統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代維協議，可執行與傳統干線光纜相同的維護標準。

在傳統方式下，現今光纜建設難度日趨增大，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，根據網絡建設需求和高鐵建設規劃，提前洽商，豐富光纜的建設模式，加快信息基礎設施的建設腳步。