軌道交通改造工程漏泄電纜敷設方案

陳爾超，王喜軍，楊立新，武少峰

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308）

1 概述

國內城市軌道交通技術的快速發展和推動，信號系統不斷創新，陸續實現了基于軌道電路的固定閉塞系統（TBTC）、基于通信的列車運行控制系統（CBTC）、全自動運行系統（FAO），以及正在推進研究的基于車-車通信的列車自主運行系統（TACS）。早期建設的線路，由于運能不足、設備老化、技術更新等原因面臨升級改造的需要，而如今選取的信號技術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量，工業與信息化部指出1.8G 專用頻段可用于軌道交通行業，中城協亦推薦軌道交通使用專用頻段，推動無線通信LTE-M 技術的推廣與應用。LTE-M 技術采用專有頻段、專用技術，長距離覆蓋，除了承載列車運行控制業務信息，還可綜合承載列車緊急文本、列車運行狀態監測、PIS 視頻和集群調度等業務信息。

在LTE-M 技術下，無線信號覆蓋主要采用漏泄電纜、定向天線兩種方式，系統結構如圖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，場強覆蓋連續，分布均衡，信號質量高，不易受外界其他信號干擾；定向天線覆蓋信號場強不均勻，遇到彎道信號質量差，容易受到同頻干擾。漏泄電纜有眾多優點，缺點主要為投資較高、敷設困難，尤其對于軌道交通改造工程，線路復雜，干擾因素較多，敷設更加困難。

圖1 無線覆蓋系統結構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，多樣化的場景進一步增加了其敷設的難度。本文針對漏纜敷設問題進行分析研究，提出軌道交通改造工程多場景的漏纜敷設方案，包括隧道段、地面段、高架段以及車站段的敷設方案。

2 漏纜敷設要求

2.1 漏纜敷設一般要求

1）漏泄同軸電纜與其他系統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回流線、保護地線和照明線等非高壓帶電體同側時，間距不小于0.6 m；與牽引供電設備帶電部分的距離不小于2 m。

3）漏泄同軸電纜架設在隧道壁上時，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（20oC 時）。

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

6）漏纜槽孔對面的護套突起線為標記線，安裝時應將標記線靠墻鋪設，保障漏纜開孔的方向，即開孔方向正對覆蓋區域。

2.2 漏纜敷設范圍要求

漏纜敷設范圍根據承載的業務和設備維護需要進行設計，主要覆蓋下列區域。

1）正線區間線路、折返線、停車線、渡線；

2）建筑限界內聯絡線；

3）車輛基地與正線的出入段線；

4）車輛基地內車輛可達區域。

具有集群調度通信功能的系統，還應考慮公共區域、終端用戶使用區域。

3 漏纜敷設方案

TD-LTE 系統由核心網、基站系統和車載終端組成，其中基站系統由基帶單元（BBU）和遠端射頻單元（RRU）組成，設于車站及軌旁區間，車載終端單元（TAU）設于列車兩端車載機柜內。通過漏纜傳輸媒介連接基站系統與車載終端、為車-地之間提供雙向數據交換通道。在列車Tc（帶司機室的拖車）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。

根據業務承載可靠性要求，可選擇采用單漏泄同軸電纜或雙漏泄同軸電纜覆蓋方式。當綜合承載業務信息時，考慮到信息中斷對調度指揮、乘客服務、應急救援、列車運行控制的多方面影響，為提供更高服務質量、應對突發狀況、保證安全，采用雙漏纜覆蓋方式。當單獨承載業務信息時，可根據實際工程情況進行選擇，在工程條件允許時，為提高信息傳輸的可靠性，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方案進行探討。涉及剖面圖基于大連地鐵13 號線工程。

3.1 隧道段敷設方案

以單洞雙軌為例，上/下行漏纜分別敷設于隧道兩側隧道壁上，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。安裝步驟包括：標記安裝位置、鉆頭打孔、植入膨脹螺栓、安裝漏纜卡具和卡入漏纜。隧道段漏纜敷設剖面如圖2 所示。

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

3.2 高架段敷設方案

高架段線路兩側均設有護欄/聲屏障，護欄/聲屏障的立柱一般采用H 型鋼或槽鋼，為此利用護欄/聲屏障立柱，采用卡具進行漏纜安裝。卡具每1 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。在每個立柱的對應高度鉆孔，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/下行兩側敷設。對于單線橋，可僅在弱電側敷設。以雙線橋為例，高架段漏纜敷設剖面如圖3 所示。若線路中間設有疏散平臺，亦可安裝于疏散平臺下方。

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

3.3 地面段敷設方案

中國鐵路總公司《鐵路技術管理規程》（普速鐵路部分）184 條規定 “接觸網支柱不應附掛通信、有線電視等非供電線路設施，特殊情況需附掛時，應經鐵路局批準”。接觸網支柱之所以不建議附掛設施，主要考慮到對接觸網支柱上架設的接觸網線、回流保護線以及隔離開關等供電設備的影響，參照此規程，城市軌道交通線路若需掛設，方案需經運營單位批準后實施。這樣，按照是否利用接觸網支柱可分為兩種情況：單獨立桿方案和利用接觸網支柱與輔助桿方案。

1）單獨立桿方案

以雙線線路為例，在線路雙側分別安裝漏纜立桿，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生，再在連接桿處設置斜拉地錨進行固定。為保障漏纜開孔側的覆蓋區域不被障礙物遮擋，立桿設置在接觸網支柱的內側，并與設備限界保持50 mm 以上的間隙。

2）利用接觸支柱方案

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

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

3.4 車站段敷設方案

車站按站臺類型分為側式站臺和島式站臺。側式站臺漏纜沿站臺板邊緣的側墻進行安裝，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。安裝步驟包括：標記安裝位置、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。以側式站臺為例，車站區段漏纜敷設剖面如圖5 所示。

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

4 關鍵技術指標及干擾分析

4.1 關鍵技術指標

以列車運行控制業務為例，闡述業務性能技術指標。

1）信息單網傳輸的端到端延遲時間不大于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）單網通信中斷時間不超過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，但同頻鄰區的干擾仍存在，尤其是車站段小區間的相互干擾。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行分析。同頻隔離度計算如公式（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，車載天線距離本側小區漏纜約2 m，無穿透損耗，則本側小區路損如公式（2）所示。

島式站臺同頻隔離度：PL2－PL1＝26.4 dB

根據鏈路預算邊緣的最高解調門限值8.5，則島式站臺同頻隔離度滿足要求。

2）側式站臺干擾分析

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

側式站臺同頻隔離度：PL2－PL1＝7.1 dB

側式站臺同頻隔離度達不到鏈路預算邊緣要求，需采取小區合并或其他抗干擾措施。

5 結束語

本文通過研究軌道交通改造工程不同場景的漏纜敷設，提出隧道段、地面段、高架段以及車站段的多種場景敷設方式，有效解決了復雜線路情況下漏纜敷設困難問題，可為城市軌道交通改造工程的漏纜敷設提供設計思路。同時在漏纜敷設過程中，亦需注意與隧道、路基、橋梁、接觸網等相關專業的配合。對于新型城市軌道交通，如磁懸浮、懸掛式單軌，可在本文的基礎上進行擴展分析。