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

海底光纜系統按有無海底光中繼器可分為有中繼海底光纜系統和無中繼海底光纜系統。其中，有中繼海底光纜系統通常由海底光纜終端設備、遠供電源設備、線路監測設備、網絡管理設備、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通常由海底光纜終端設備、網絡管理設備、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。

通常國內跨海峽地區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。本文介紹國內鐵路系統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。

海底光纜系統設計壽命應達到25年。一個25年壽命的跨洋系統，要求在系統的使用壽命內，由于光纜及元器件本身發生的故障而要求維護船只修理的故障次數不應多于三次。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：海底光纜通信系統的路由選擇、系統拓撲結構、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，應搜集路由區自然環境即工程地質概況，包括海底地形、地貌、地質、海洋氣象、海洋水文和海底穩定性等資料；路由區現有海洋開發利用活動及海洋開發規劃，包括漁業、交通、礦業、電力、郵電、市政、軍事及其他開發活動和規劃；路由區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，以便后續向國家海洋局申請海勘許可。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，最終確定出經濟合理的敷設海纜技術方案，確保海纜通信的安全穩定。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）作為決定通信系統故障的主要因素，需要詳細勘察和仔細分析。應根據以下原則充分研究。

海底光纜路由選擇原則[2]：①應充分考慮海洋功能區規劃中的各種建設項目的影響。②宜避開災害地質因素分布區。③宜避開海洋油氣田、砂礦開采區、輸油氣管道、碼頭、錨地、張網捕撈作業區、自然保護區、軍事活動區、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。根據各地規劃，大部分近海海域均已規劃有海纜保護區，為了集約及節約用海，新建海纜建議建設在已有的海纜保護區內。同時需注意，新建的海纜路由應盡量遠離現有的海纜。

1.2 登陸點及陸纜路由選擇

選擇海底光纜登陸點時，系統所有者要對海岸的地理概貌、船泊航運、漁業活動、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，并易于維護保養光纜設施；⑤海岸附近潮流較弱，風浪平穩，不受風化侵蝕；⑥附近沒有港灣、護岸設施；⑦無船泊拋錨，無漁業捕撈作業；⑧盡量避開現有及規劃中的開發活動熱點區、旅游區、養殖區、填海造地區等。

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；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合地區市政規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，埋設深度可根據工程現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，深度根據海域深度確定。

3 光纜選型

3.1 光纜纖芯數量設計要點

無中繼海底光纜的光纖芯數應結合中遠期容量需求通過技術經濟比較確定，鐵路工程光纜纖芯數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絡組網需求以及對干線傳輸系統的支撐能力，兼顧近期網絡安全運營需要及投資、建設的技術經濟性。滿足近、中期干線傳輸系統擴容所需要的光纖數量，滿足新業務發展所需的光纖數量。根據網絡安全可靠性要求，預留一定的冗余度，滿足各種系統纖芯維護調度的需求。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、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。

海底光纜根據護層結構可分為輕型光纜（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）等多種結構，具體使用場景及機械強度要求應符合以下規定[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，光纜深度較小（0～20m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。在淺海區域（20～1500m深）可以使用單層鎧裝（SA）海纜。而在深海區域（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 結束語

鐵路海底光纜工程設計要點與常規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，通過經濟性比選，在保障安全的前提下做到節省投資，便于維護管理。