鐵路海底光纜工程設計要點概述

楊翊

中鐵二院工程集團有限責任公司 四川 成都 610031

前言

海底光纜系統(tǒng)按有無海底光中繼器可分為有中繼海底光纜系統(tǒng)和無中繼海底光纜系統(tǒng)。其中，有中繼海底光纜系統(tǒng)通常由海底光纜終端設備、遠供電源設備、線路監(jiān)測設備、網(wǎng)絡管理設備、海底光中繼器、海底分支單元、在線功率均衡器、海底光纜、海底光纜接頭盒、海洋接地裝置以及陸地光電纜等設備組成。無中繼海底光纜系統(tǒng)通常由海底光纜終端設備、網(wǎng)絡管理設備、海底分支單元、海底光纜、海底光纜接頭盒以及陸地光電纜等設備組成[1]。海纜系統(tǒng)的設計首先需綜合考慮容量需求和海纜路由長度等方面因素, 確定建設無中繼海纜還是有中繼海纜，二者在設計思路上有較大差別。

通常國內(nèi)跨海峽地區(qū)間的海纜由于距離較短（站間距一般在400km以下），對于鐵路工程而言，往往距離更短。因此，一般采用更經(jīng)濟的無中繼型海纜方式，而國際跨洋海纜由于距離很長，往往采用中繼型海纜方式。本文介紹國內(nèi)鐵路系統(tǒng)中海底光纜工程設計要點，僅討論無中繼型海纜工程的設計要點。

海底光纜系統(tǒng)設計壽命應達到25年。一個25年壽命的跨洋系統(tǒng)，要求在系統(tǒng)的使用壽命內(nèi)，由于光纜及元器件本身發(fā)生的故障而要求維護船只修理的故障次數(shù)不應多于三次。為確保這樣高的可靠性，必須進行精心的設計。海纜的設計工作通常包括以下幾點：海底光纜通信系統(tǒng)的路由選擇、系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、海底光纜選型及其容量、海底敷設方式及保護措施、海底光纜通信系統(tǒng)設備選擇等，對于鐵路工程中無中繼海底光纜工程而言，設計要點主要包括光纜路由的選擇、埋設方式與保護以及光纜類型的選擇。

1 光纜路由選擇設計要點

海纜路由和海纜登陸點的設計好壞直接決定了海纜的安全、可靠性，是海纜設計的重點。

海底光纜路由預選時，應搜集路由區(qū)自然環(huán)境即工程地質(zhì)概況，包括海底地形、地貌、地質(zhì)、海洋氣象、海洋水文和海底穩(wěn)定性等資料；路由區(qū)現(xiàn)有海洋開發(fā)利用活動及海洋開發(fā)規(guī)劃，包括漁業(yè)、交通、礦業(yè)、電力、郵電、市政、軍事及其他開發(fā)活動和規(guī)劃；路由區(qū)海底巖礁障礙物和人為障礙物，如沉船、海洋工程及其廢棄物等。通過收集與海纜工程有關的各方面資料，結(jié)合工程實際情況，因地制宜地進行桌面路由預選分析，初步選擇一條最為適宜的海纜鋪設路由，初步估算路由走向和布線長度，并邀請專家及政府部門進行會審修正，以便后續(xù)向國家海洋局申請?？痹S可。然后采用先進的技術手段和設備進行海纜路由勘測，獲得計劃的海纜路由的測深、海床狀況及其特征的詳細信息，以便選擇安全、可靠的海纜鋪設路由，最終確定出經(jīng)濟合理的敷設海纜技術方案，確保海纜通信的安全穩(wěn)定。以下分別對海纜路由選擇和海纜登陸點選擇原則進行簡要介紹。

1.1 海底光纜路由選擇

海底光纜路由選擇（Route Selecting）作為決定通信系統(tǒng)故障的主要因素，需要詳細勘察和仔細分析。應根據(jù)以下原則充分研究。

海底光纜路由選擇原則[2]：①應充分考慮海洋功能區(qū)規(guī)劃中的各種建設項目的影響。②宜避開災害地質(zhì)因素分布區(qū)。③宜避開海洋油氣田、砂礦開采區(qū)、輸油氣管道、碼頭、錨地、張網(wǎng)捕撈作業(yè)區(qū)、自然保護區(qū)、軍事活動區(qū)、人為廢棄物。④宜與航道垂直穿越；宜避免與海底光纜、電纜、管道穿越，確需交越時交角不宜小于60°，交越點距離海底中繼器和海底分支單元不應小于3倍水深；當與其他海底光纜平行時，間距不宜小于3倍水深，且不宜小于1000m。根據(jù)各地規(guī)劃，大部分近海海域均已規(guī)劃有海纜保護區(qū)，為了集約及節(jié)約用海，新建海纜建議建設在已有的海纜保護區(qū)內(nèi)。同時需注意，新建的海纜路由應盡量遠離現(xiàn)有的海纜。

1.2 登陸點及陸纜路由選擇

選擇海底光纜登陸點時，系統(tǒng)所有者要對海岸的地理概貌、船泊航運、漁業(yè)活動、陸地通信干線的匯接點等情況進行綜合考慮，遵循以下原則[3]：①登陸點選擇路由較短、沒有巖礁和深陷處；②登陸段應選擇在地形平緩，無基巖出露、無沙礫分布、泥沙層較厚、人煙稀少、無沖溝的開闊地上；③有登陸作業(yè)場地，工程船只易靠近，陸上交通條件好，便于施工；④有建設登陸點場地，便于與陸上光纜連接，并易于維護保養(yǎng)光纜設施；⑤海岸附近潮流較弱，風浪平穩(wěn)，不受風化侵蝕；⑥附近沒有港灣、護岸設施；⑦無船泊拋錨，無漁業(yè)捕撈作業(yè)；⑧盡量避開現(xiàn)有及規(guī)劃中的開發(fā)活動熱點區(qū)、旅游區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)、填海造地區(qū)等。

針對鐵路工程海底光纜，則在此基礎上，需格外注意以下三點：登陸點應盡量靠近鐵路線路，以在鐵路紅線范圍內(nèi)為宜；登陸點距離引入海纜的鐵路機房（海底光纜登陸站）一般不超過15km，當距離無法滿足要求時，設計者宜將遠供電源設備單獨安裝在距登陸點較近的機房內(nèi)；登陸段光纜宜采用管道敷設，為便于鐵路部門運營管理及維護，以自建自管管道或結(jié)合地區(qū)市政規(guī)劃的綜合管廊敷設為宜。

2 埋設方式與保護

海底光纜在海中的埋設施工有直接敷設和埋設兩種方式，直接敷設是指海纜直接布放在海底層的表面；埋設則需用專用海纜埋設犁或沖埋設備將海纜埋設在海底，以增強海纜的保護性。

在海水深度較淺的海域，通常宜采用埋設方式，當海底光纜埋設在5～150m水深海域時，海底光纜的埋設深度不宜小于3m；在150～500m水深海域，海底光纜的埋設深度不宜小于1.5m；在登陸段應將海底光纜進行埋設施工，埋設深度可根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況和要求確定，但不宜小于1.5m，并宜對處于潮間帶的海底光纜采取加裝關節(jié)套管等保護措施。

當海底光纜與海底管道交越時，應對光纜采取保護措施，埋設后應進行檢查，對埋設深度未達標的段落進行沖埋。在登陸段應將海底光纜進行埋設施工，埋設深度不宜小于1.5m，并宜將處于潮間帶的海底光纜采取加裝關節(jié)套管等保護措施。

對于鐵路海底光纜工程而言，因通常在近海海域，一般采用直埋敷設，深度根據(jù)海域深度確定。

3 光纜選型

3.1 光纜纖芯數(shù)量設計要點

無中繼海底光纜的光纖芯數(shù)應結(jié)合中遠期容量需求通過技術經(jīng)濟比較確定，鐵路工程光纜纖芯數(shù)量的確定主要考慮以下幾個因素：新建光纜應考慮長期的網(wǎng)絡組網(wǎng)需求以及對干線傳輸系統(tǒng)的支撐能力，兼顧近期網(wǎng)絡安全運營需要及投資、建設的技術經(jīng)濟性。滿足近、中期干線傳輸系統(tǒng)擴容所需要的光纖數(shù)量，滿足新業(yè)務發(fā)展所需的光纖數(shù)量。根據(jù)網(wǎng)絡安全可靠性要求，預留一定的冗余度，滿足各種系統(tǒng)纖芯維護調(diào)度的需求。由于海纜費用較高，為充分利用纖芯資源，需考慮光纜沿線與公網(wǎng)運營商置換纖芯的需求。

3.2 光纜類型設計要點

海底光纜的敷設環(huán)境極其復雜，會受到海水壓力、水流沖刷、礁石磨損、海生侵蝕，易受漁網(wǎng)、船錨鉤掛及鋪設、打撈、維修工程等機械的損傷。因此，海底光纜必須具有耐水壓、耐磨損、耐拉伸、抗腐蝕等性能。

海底光纜根據(jù)護層結(jié)構(gòu)可分為輕型光纜（LW）、輕型保護光纜（LWP）、單層鎧裝光纜（SA）、雙層鎧裝光纜（DA）以及巖石鎧裝光纜（RA）等多種結(jié)構(gòu)，具體使用場景及機械強度要求應符合以下規(guī)定[4]：①輕型海底光纜應用在深海段、其機械強度應滿足深海表面敷設施工和維護打撈的要求；②鎧裝型海底光纜應用在淺海段、近岸段，其機械強度應滿足埋設施工和維護打撈的要求；③特殊保護型的海底光纜應用在需要特別保護的海域，應滿足相應技術要求。通常在靠近兩端登陸點的地方，海上活動較為頻繁，光纜深度較?。?～20m深），應使用雙層鎧裝（DA）海纜，如果登陸點海底為巖石，則應使用巖石鎧裝（RA）海纜來避免巖石對光纜的磨損。在淺海區(qū)域（20～1500m深）可以使用單層鎧裝（SA）海纜。而在深海區(qū)域（1500m以上深），海纜受外界影響較小，可以使用輕型鎧裝（LW）或輕型保護（LWP）海纜。對于鐵路海底光纜工程而言，因通常在近海海域，一般均采用單層鎧裝海纜或雙層鎧裝海纜直埋敷設。

4 結(jié)束語

鐵路海底光纜工程設計要點與常規(guī)海底光纜工程設計基本一致，在設計過程中需多考慮運營維護人員的需求和使用習慣，通過經(jīng)濟性比選，在保障安全的前提下做到節(jié)省投資，便于維護管理。