鮮先華，王志剛

（1.中鐵二局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 京原鐵路電化工程指揮部，北京 102402；2.中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司 北京工程項(xiàng)目管理部，北京 100038）

0 引言

近年來，我國鐵路建設(shè)項(xiàng)目有不少是建設(shè)成本高、維護(hù)成本高的山區(qū)鐵路，如陸續(xù)開通的渝利鐵路、貴廣鐵路、焦柳鐵路、京原鐵路等。另外，有部分20世紀(jì)建成通車的鐵路仍在使用無線列調(diào)系統(tǒng)。無線列調(diào)系統(tǒng)存在覆蓋距離短、通信交互慢的缺點(diǎn)，無法滿足我國鐵路不斷提速的要求，因此在對(duì)這些山區(qū)既有鐵路進(jìn)行電氣化改造的同時(shí)，也需要將無線通信系統(tǒng)由無線列調(diào)系統(tǒng)改造為GSM-R系統(tǒng)［1-3］。如何降低建設(shè)施工成本、方便后期維護(hù)，并滿足山區(qū)鐵路GSM-R系統(tǒng)覆蓋要求是需要重點(diǎn)研究的課題。

1 山區(qū)鐵路無線覆蓋的難點(diǎn)

在平原地區(qū)，由于地勢(shì)空曠無遮擋，GSM-R系統(tǒng)每處基站（或直放站）的覆蓋范圍都相對(duì)較遠(yuǎn)。通常每2個(gè)車站間距離為15～30 km時(shí)，區(qū)間僅需要設(shè)置1處基站（或直放站）就能達(dá)到覆蓋要求，低于15 km時(shí)利用車站的基站就可以完成覆蓋。

對(duì)于山區(qū)鐵路GSM-R系統(tǒng)，由于山體遮擋導(dǎo)致覆蓋范圍極其有限，只能依靠增加直放站的數(shù)量來完成區(qū)間無線覆蓋。通常，每2個(gè)直放站之間的距離不超過1 km，甚至在特別困難地區(qū)直放站距離不超過500 m。而且由于山高溝深導(dǎo)致區(qū)間直放站的修建位置有限，可選擇性小。且地理地質(zhì)條件艱難，導(dǎo)致施工難度和選址難度都非常大。

2 山區(qū)鐵路GSM-R系統(tǒng)覆蓋方案

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

GSM-R系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、運(yùn)行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)（OSS/BSS）和終端設(shè)備4個(gè)部分構(gòu)成［4-8］。其中NSS可利用鐵路局集團(tuán)公司既有網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)設(shè)備。在通信站設(shè)置GSM-R網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的核心網(wǎng)設(shè)備、基站子系統(tǒng)的基站控制器、運(yùn)行維護(hù)與支撐系統(tǒng)的無線系統(tǒng)網(wǎng)管（OMC-R）1套和光纖直放站網(wǎng)管（OMC-T）1套。

2.2 正線覆蓋方案

2.2.1 無線覆蓋

全線采用單層網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋方案，基站沿鐵路線路設(shè)置。鐵路沿線隧道等弱場(chǎng)區(qū)，采用光纖直放站連接漏泄同軸電纜的方式解決無線覆蓋問題。隧道之間的短距離開闊區(qū)間采用定向天線完成隧道外區(qū)段的覆蓋。在場(chǎng)地條件不具備時(shí)，采用H形鋼柱架設(shè)漏泄同軸電纜完成隧道外區(qū)段的覆蓋［9］。

2.2.2 天線和饋線

天線全部采用定向天線，其中基站采用雙極化天線，直放站采用單極化天線。連接長(zhǎng)度100 m之內(nèi)采用7/8同軸射頻電纜饋線，超過100 m采用13/8同軸射頻電纜饋線。為維護(hù)方便，功分器等無源射頻器件按放置在機(jī)房?jī)?nèi)考慮。

2.2.3 漏泄同軸電纜

全線采用阻燃型1-5/8漏泄同軸電纜，在鐵路一側(cè)單條敷設(shè)，敷設(shè)高度4.5～4.8 m，最大垂度為0.15 m。漏泄電纜卡具按照“一米一處”進(jìn)行設(shè)置，隧道內(nèi)每間隔10處普通夾具設(shè)置1處防火卡具。并且漏泄同軸電纜首、尾兩端吊夾應(yīng)采用防火吊夾［10］。

全線長(zhǎng)度超過500 m的漏纜中間接頭處設(shè)置直流阻斷器，每段漏纜最大長(zhǎng)度為500 m。漏泄同軸電纜的掛設(shè)不得侵入鐵路規(guī)定的建筑限界，在隧道內(nèi)須避讓其他專業(yè)的設(shè)備。在接觸網(wǎng)區(qū)段，LCX與回流線的直線距離應(yīng)大于0.6 m，在回流線或接地線加絕緣保護(hù)的區(qū)段，應(yīng)大于0.25 m，與接觸網(wǎng)帶電部分的距離應(yīng)不小于2 m。

2.2.4 桿（塔）

車站采用獨(dú)管柱鐵塔，以保證美觀，且由于山區(qū)既有車站地勢(shì)特殊，采用獨(dú)管柱鐵塔也可以減少用地需求，且對(duì)于車站來說，一般情況下交通相對(duì)便利，獨(dú)管柱鐵塔的吊裝也不會(huì)有問題。

光纖直放站主要采用H形鋼柱，因直放站僅為單個(gè)天線或最多2個(gè)天線，在選擇相應(yīng)H形鋼柱的型號(hào)和厚度情況下，可滿足相應(yīng)設(shè)備的荷載要求，且直放站增加設(shè)備設(shè)施的可能性相對(duì)較小，需要考慮預(yù)留荷載較小。從施工方面來看，H形鋼柱的風(fēng)載荷較小，所以基礎(chǔ)較小，在山區(qū)材料運(yùn)輸困難、基坑開挖困難的情況下，能最大程度減小施工難度。

桿（塔）架設(shè)位置不得侵入鐵路建筑限界，桿（塔）內(nèi)緣至鐵路線路中心的水平距離應(yīng)大于5 m。

2.2.5 漏纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

新設(shè)漏纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在通信站設(shè)置漏纜故障定位監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器和管理終端設(shè)備。對(duì)全線2 km以上隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，且酌情考慮增加有現(xiàn)場(chǎng)管理單元的前后隧道納入隧道監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，納入上層網(wǎng)管統(tǒng)一管理。直放站區(qū)段3 km以下隧道利用直放站監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2.6 終端設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員配置作業(yè)手持臺(tái)和通用手持臺(tái)，其中通用手持臺(tái)每2 km配置1臺(tái)；作業(yè)手持臺(tái)每1 km配置1臺(tái)。每套通用手持臺(tái)多配備2塊備用電池、每套作業(yè)手持臺(tái)多配備1塊備用電池，SIM卡按手持臺(tái)數(shù)量配置并考慮部分預(yù)留［6］。

3 方案應(yīng)用

3.1 線路概況

以京原鐵路為應(yīng)用背景，選取其中隧道較多、橋梁較多的三合莊站—野三坡站3站2區(qū)間（三十區(qū)間、十平區(qū)間）進(jìn)行闡述。隧道臺(tái)賬見表1。

表1 隧道臺(tái)賬

3.2 設(shè)備和直放站布置概況

GSM-R系統(tǒng)主要節(jié)點(diǎn)包含車站3處、直放站10處（含1處隧道內(nèi)直放站）。無線通信設(shè)備布置見表2。

表2 無線通信設(shè)備布置

4 方案優(yōu)勢(shì)分析

4.1 預(yù)算成本

相較于原設(shè)計(jì)全部采用四管柱鐵塔，改為車站獨(dú)管柱鐵塔和區(qū)間H形鋼柱，一是減小了鐵塔自重，采購價(jià)格也低得多。二是鐵塔本身的風(fēng)載荷較小，也可相應(yīng)減小在同等地質(zhì)條件下的鐵塔基礎(chǔ)，降低了相當(dāng)一部分基坑土方開挖方量和混凝土澆筑方量。三是由此減少了材料運(yùn)輸費(fèi)。

4.2 施工便利性

改為車站獨(dú)管柱鐵塔和區(qū)間H形鋼柱代替方案，一方面，獨(dú)管柱鐵塔和H形鋼柱基本為整體，不需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行二次組裝，可以保證施工過程安全可控，且減少了登高作業(yè)的危險(xiǎn)性。

另一方面，減小了鐵塔基礎(chǔ)，所需要搬運(yùn)的材料大大減少。由于山區(qū)施工大多無便道，如果修施工便道，會(huì)造成一定程度破壞，尤其是京原鐵路位于十渡、野三坡等風(fēng)景區(qū)和地質(zhì)公園內(nèi)，只能采取人工搬運(yùn)，減少材料的同時(shí)也減少了搬運(yùn)所需要的人工。

4.3 維護(hù)便利性

相較于原設(shè)計(jì)僅針對(duì)大于3 km的隧道設(shè)置隧道漏纜監(jiān)測(cè)，增加了在三十區(qū)間和十平區(qū)間各設(shè)置1套漏纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要是由于三十區(qū)間和十平區(qū)間的連續(xù)隧道，相較于河邊的主要公路高差為50 m以上，導(dǎo)致很多隧道的中間基本都是橋梁，也說明這些部分是沒有道路能到達(dá)隧道口，基本需要通過鐵路隧道到達(dá)。假設(shè)在穆家口隧道內(nèi)中部漏纜發(fā)生故障，維護(hù)人員需要對(duì)整個(gè)三十區(qū)間的隧道漏纜進(jìn)行排查，才能基本確認(rèn)漏纜故障點(diǎn)，需要花費(fèi)大量時(shí)間和人力資源。設(shè)置漏纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，通過后臺(tái)就能發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)的位置，能最大程度地保證搶修時(shí)間并節(jié)約確認(rèn)故障點(diǎn)所需的人力資源。

總之，與京原鐵路原批復(fù)方案相比，應(yīng)用該方案后基本可降低施工成本30%～40%，降低后期維護(hù)成本5%～10%，且能更好地匹配現(xiàn)場(chǎng)的地理地質(zhì)條件。

5 結(jié)束語

從減少山區(qū)鐵路施工成本和維護(hù)成本的角度出發(fā)，針對(duì)山區(qū)鐵路隧連橋、橋連隧的情況，開展山區(qū)鐵路GSM-R系統(tǒng)覆蓋方案研究。以京原鐵路為背景，優(yōu)化施工方案和系統(tǒng)組網(wǎng)，創(chuàng)新應(yīng)用12 m高H形鋼柱，并優(yōu)化了車站、區(qū)間基站、區(qū)間直放站的層級(jí)關(guān)系，為山區(qū)鐵路無線覆蓋方案提供參考。