羅 杰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院電化電信處,天津 300251)

1 概述

鄭州黃河公鐵兩用大橋?yàn)槭滂F路客運(yùn)專線及中原黃河公路大橋跨越黃河的共用橋梁,鐵路橋長約14 km,其中公鐵合建段長約12km。黃河大堤范圍內(nèi)(約10km)無法建設(shè)GSM-R基站房屋,因而如何滿足350km/h高速鐵路的場強(qiáng)覆蓋要求成為通信網(wǎng)規(guī)劃必須解決的問題。

2 GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)的場強(qiáng)覆蓋方案

石武鐵路客運(yùn)專線時(shí)速為350km,要求預(yù)留無線列控的條件?；谳^高的安全性要求,GSM-R系統(tǒng)考慮以下幾種覆蓋方式:交織單網(wǎng)覆蓋;交織雙網(wǎng)覆蓋;同站址雙網(wǎng)覆蓋。方案比較如下。

方案一:交織單網(wǎng)覆蓋。該方式是指鐵路沿線由一層無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋,但在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加密基站,使得兩相鄰基站的場強(qiáng)相互覆蓋到對(duì)方站址。這樣可保證在非連續(xù)基站故障的情況下,GSM-R網(wǎng)絡(luò)仍能正常工作,可靠性較高,而且電平較高,抗干擾能力較強(qiáng)。但是頻率規(guī)劃難度較大,切換次數(shù)增加。

方案二:交織雙網(wǎng)覆蓋。該方式類似于交織單網(wǎng),但是兩層無線設(shè)備受控于不同的基站控制器。交織雙網(wǎng)成本較高且安裝復(fù)雜,但是受自然災(zāi)害影響小。

方案三:同站址雙網(wǎng)覆蓋。該方式類似于普通單網(wǎng),同一站址設(shè)置2套獨(dú)立基站,分別接入不同的基站控制器,可靠性較高,但覆蓋電平較小,抗干擾能力較差。

目前國內(nèi)已經(jīng)開通及正在實(shí)施的京津城際鐵路等高速鐵路均采用方案一場強(qiáng)覆蓋方案,運(yùn)行情況良好,基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析,石武客運(yùn)專線(含黃河大橋段)采用此方案進(jìn)行場強(qiáng)覆蓋。

3 GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)弱場補(bǔ)強(qiáng)方案分析

DK644+800至DK655+200鐵路為黃河大橋大堤內(nèi)范圍,此范圍內(nèi)無線場強(qiáng)覆蓋主要有以下幾個(gè)方案。

方案一:基站+光纖直放站+漏纜

該方案基站間距為2.5km左右。通過光纖直放站延長基站的覆蓋半徑。無線電波通過漏纜輻射出去,覆蓋區(qū)域信號(hào)均勻。此方案需在橋上布設(shè)室外型基站及配套傳輸電源等設(shè)備。如圖1所示。

方案二:光纖直放站+漏纜

該方案在大橋兩端分別設(shè)置基站,通過光纖直放站實(shí)現(xiàn)橋上交織覆蓋,光纖直放遠(yuǎn)端站約800m設(shè)1處。無線電波通過漏纜輻射出去。此方案需在大橋兩端設(shè)置多個(gè)基站及光纖直放近端站,組網(wǎng)較復(fù)雜,與方案一投資相當(dāng)。如圖2所示。

圖1 基站+漏纜+直放站方案示意(單位:km)

圖2 漏纜+直放站方案示意(單位:km)

方案三:基站+天線

該方案基站間距2.5km左右。無線電波通過天線輻射出去。此方案投資較低,但是覆蓋區(qū)域信號(hào)不均勻。此方案也需在橋上布設(shè)室外型基站及配套傳輸電源等設(shè)備。橋上不掛設(shè)漏纜,但需掛設(shè)天線。此方案投資較低,比方案一、二投資約低500萬元左右。如圖3所示。

圖3 基站+天線方案示意(單位:km)

以上幾種方案均能夠滿足GSM-R場強(qiáng)交織覆蓋的需求,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,簡述如下。

方案三經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng),但是此鐵路橋上層建設(shè)公路橋,影響到天線的懸掛及場強(qiáng)覆蓋效果。

方案一的場強(qiáng)計(jì)算效果較好,但是室外型基站(包括傳輸設(shè)備、電源設(shè)備等配套設(shè)備)須放置于橋上,增加了施工及維修難度。

綜合考慮工程的可行性、穩(wěn)定性,可采用方案二即光纖直放站加漏纜的方式解決橋上場強(qiáng)覆蓋。

4 工程中需考慮的橋梁工程配合條件

由于橋梁工程工期先于GSM-R設(shè)備實(shí)施,所以預(yù)埋件及光電纜過軌的條件必須在橋梁工程實(shí)施時(shí)充分考慮。若采用光纖直放站加漏纜方案,需要跟隨橋梁主體工程解決直放站的擺放位置及漏纜的懸掛等問題。

4.1 大橋上直放站等設(shè)備的位置

光纖直放站加漏纜的方式,不再需要考慮室外型基站的布設(shè),但是仍需考慮直放站及配套供電設(shè)備的擺放位置,由于大橋上每40m一處橋墩,經(jīng)過承重力及設(shè)備占地面積核算,在橋墩處擺放直放站設(shè)備不增加額外工程且能夠滿足相對(duì)獨(dú)立的設(shè)備擺放位置要求。

4.2 大橋上漏泄電纜的懸掛方法

為滿足橋上無線電波的方向性需求,大堤范圍內(nèi)需要在橋上架設(shè)漏泄同軸電纜,漏纜的懸掛位置有以下幾種方案。

方案一:漏纜懸掛在公鐵合建鐵路橋的上方

因公鐵合建段接觸網(wǎng)桿采取倒立柱方式,每個(gè)橋墩處均有接觸網(wǎng)導(dǎo)線,若漏纜固定在鐵路橋的上方,會(huì)造成互相干擾。

方案二:漏纜懸掛在公鐵合建鐵路橋的兩側(cè)

在橋上設(shè)置電桿用于懸掛漏纜,能夠保證橋上懸掛位置及4.5m左右的懸掛高度。需要橋梁預(yù)留電桿的基礎(chǔ),考慮到橋墩間距為40m,基礎(chǔ)預(yù)留應(yīng)盡可能與其一致。以下對(duì)40m電桿間隔是否滿足漏纜垂度進(jìn)行核算。

漏纜單位質(zhì)量:1.5kg/m;

電桿間距:40m;

鋼線最大張力:20kN;

圖4 通信電桿基礎(chǔ)示意

垂度=1.5×402/(8×2000)=0.15m;

故間距40m電桿符合漏纜垂度低于0.2m的要求。

綜合考慮工程需求及專業(yè)配合難易程度,可采取在橋墩處預(yù)留電桿基礎(chǔ)方案,用以懸掛漏泄同軸電纜。預(yù)留電桿基礎(chǔ)如圖4所示。

5 工程實(shí)施中有待進(jìn)一步解決的問題

武漢天興洲大橋也為公鐵兩用橋工程,GSM-R系統(tǒng)采用的弱場補(bǔ)強(qiáng)方案為光纖直放站方式,目前尚未開通,待其開通后可作為參考。但天興洲大橋橋長為4.6km,而石武客運(yùn)專線黃河公鐵兩用特大橋大堤范圍長達(dá)10km以上,如此長距離范圍內(nèi)無基站方案的場強(qiáng)覆蓋國內(nèi)外尚無工程經(jīng)驗(yàn),目前橋梁主體工程已基本完工,通信工程將與石武客運(yùn)專線統(tǒng)籌實(shí)施,預(yù)計(jì)2011年全線開通,在此期間,應(yīng)跟蹤國內(nèi)外類似工程的開通經(jīng)驗(yàn),對(duì)擬采用的具體實(shí)施方案、高速運(yùn)行列車對(duì)橋兩側(cè)懸掛漏纜的穩(wěn)定性影響以及光纖直放站的設(shè)置間距等問題進(jìn)一步優(yōu)化研究。

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