铁路海底光缆工程设计要点概述

杨翊

中铁二院工程集团有限责任公司 四川 成都 610031

前言

海底光缆系统按有无海底光中继器可分为有中继海底光缆系统和无中继海底光缆系统。其中，有中继海底光缆系统通常由海底光缆终端设备、远供电源设备、线路监测设备、网络管理设备、海底光中继器、海底分支单元、在线功率均衡器、海底光缆、海底光缆接头盒、海洋接地装置以及陆地光电缆等设备组成。无中继海底光缆系统通常由海底光缆终端设备、网络管理设备、海底分支单元、海底光缆、海底光缆接头盒以及陆地光电缆等设备组成[1]。海缆系统的设计首先需综合考虑容量需求和海缆路由长度等方面因素, 确定建设无中继海缆还是有中继海缆，二者在设计思路上有较大差别。

通常国内跨海峡地区间的海缆由于距离较短（站间距一般在400km以下），对于铁路工程而言，往往距离更短。因此，一般采用更经济的无中继型海缆方式，而国际跨洋海缆由于距离很长，往往采用中继型海缆方式。本文介绍国内铁路系统中海底光缆工程设计要点，仅讨论无中继型海缆工程的设计要点。

海底光缆系统设计寿命应达到25年。一个25年寿命的跨洋系统，要求在系统的使用寿命内，由于光缆及元器件本身发生的故障而要求维护船只修理的故障次数不应多于三次。为确保这样高的可靠性，必须进行精心的设计。海缆的设计工作通常包括以下几点：海底光缆通信系统的路由选择、系统拓扑结构、海底光缆选型及其容量、海底敷设方式及保护措施、海底光缆通信系统设备选择等，对于铁路工程中无中继海底光缆工程而言，设计要点主要包括光缆路由的选择、埋设方式与保护以及光缆类型的选择。

1 光缆路由选择设计要点

海缆路由和海缆登陆点的设计好坏直接决定了海缆的安全、可靠性，是海缆设计的重点。

海底光缆路由预选时，应搜集路由区自然环境即工程地质概况，包括海底地形、地貌、地质、海洋气象、海洋水文和海底稳定性等资料；路由区现有海洋开发利用活动及海洋开发规划，包括渔业、交通、矿业、电力、邮电、市政、军事及其他开发活动和规划；路由区海底岩礁障碍物和人为障碍物，如沉船、海洋工程及其废弃物等。通过收集与海缆工程有关的各方面资料，结合工程实际情况，因地制宜地进行桌面路由预选分析，初步选择一条最为适宜的海缆铺设路由，初步估算路由走向和布线长度，并邀请专家及政府部门进行会审修正，以便后续向国家海洋局申请海勘许可。然后采用先进的技术手段和设备进行海缆路由勘测，获得计划的海缆路由的测深、海床状况及其特征的详细信息，以便选择安全、可靠的海缆铺设路由，最终确定出经济合理的敷设海缆技术方案，确保海缆通信的安全稳定。以下分别对海缆路由选择和海缆登陆点选择原则进行简要介绍。

1.1 海底光缆路由选择

海底光缆路由选择（Route Selecting）作为决定通信系统故障的主要因素，需要详细勘察和仔细分析。应根据以下原则充分研究。

海底光缆路由选择原则[2]：①应充分考虑海洋功能区规划中的各种建设项目的影响。②宜避开灾害地质因素分布区。③宜避开海洋油气田、砂矿开采区、输油气管道、码头、锚地、张网捕捞作业区、自然保护区、军事活动区、人为废弃物。④宜与航道垂直穿越；宜避免与海底光缆、电缆、管道穿越，确需交越时交角不宜小于60°，交越点距离海底中继器和海底分支单元不应小于3倍水深；当与其他海底光缆平行时，间距不宜小于3倍水深，且不宜小于1000m。根据各地规划，大部分近海海域均已规划有海缆保护区，为了集约及节约用海，新建海缆建议建设在已有的海缆保护区内。同时需注意，新建的海缆路由应尽量远离现有的海缆。

1.2 登陆点及陆缆路由选择

选择海底光缆登陆点时，系统所有者要对海岸的地理概貌、船泊航运、渔业活动、陆地通信干线的汇接点等情况进行综合考虑，遵循以下原则[3]：①登陆点选择路由较短、没有岩礁和深陷处；②登陆段应选择在地形平缓，无基岩出露、无沙砾分布、泥沙层较厚、人烟稀少、无冲沟的开阔地上；③有登陆作业场地，工程船只易靠近，陆上交通条件好，便于施工；④有建设登陆点场地，便于与陆上光缆连接，并易于维护保养光缆设施；⑤海岸附近潮流较弱，风浪平稳，不受风化侵蚀；⑥附近没有港湾、护岸设施；⑦无船泊抛锚，无渔业捕捞作业；⑧尽量避开现有及规划中的开发活动热点区、旅游区、养殖区、填海造地区等。

针对铁路工程海底光缆，则在此基础上，需格外注意以下三点：登陆点应尽量靠近铁路线路，以在铁路红线范围内为宜；登陆点距离引入海缆的铁路机房（海底光缆登陆站）一般不超过15km，当距离无法满足要求时，设计者宜将远供电源设备单独安装在距登陆点较近的机房内；登陆段光缆宜采用管道敷设，为便于铁路部门运营管理及维护，以自建自管管道或结合地区市政规划的综合管廊敷设为宜。

2 埋设方式与保护

海底光缆在海中的埋设施工有直接敷设和埋设两种方式，直接敷设是指海缆直接布放在海底层的表面；埋设则需用专用海缆埋设犁或冲埋设备将海缆埋设在海底，以增强海缆的保护性。

在海水深度较浅的海域，通常宜采用埋设方式，当海底光缆埋设在5～150m水深海域时，海底光缆的埋设深度不宜小于3m；在150～500m水深海域，海底光缆的埋设深度不宜小于1.5m；在登陆段应将海底光缆进行埋设施工，埋设深度可根据工程现场实际情况和要求确定，但不宜小于1.5m，并宜对处于潮间带的海底光缆采取加装关节套管等保护措施。

当海底光缆与海底管道交越时，应对光缆采取保护措施，埋设后应进行检查，对埋设深度未达标的段落进行冲埋。在登陆段应将海底光缆进行埋设施工，埋设深度不宜小于1.5m，并宜将处于潮间带的海底光缆采取加装关节套管等保护措施。

对于铁路海底光缆工程而言，因通常在近海海域，一般采用直埋敷设，深度根据海域深度确定。

3 光缆选型

3.1 光缆纤芯数量设计要点

无中继海底光缆的光纤芯数应结合中远期容量需求通过技术经济比较确定，铁路工程光缆纤芯数量的确定主要考虑以下几个因素：新建光缆应考虑长期的网络组网需求以及对干线传输系统的支撑能力，兼顾近期网络安全运营需要及投资、建设的技术经济性。满足近、中期干线传输系统扩容所需要的光纤数量，满足新业务发展所需的光纤数量。根据网络安全可靠性要求，预留一定的冗余度，满足各种系统纤芯维护调度的需求。由于海缆费用较高，为充分利用纤芯资源，需考虑光缆沿线与公网运营商置换纤芯的需求。

3.2 光缆类型设计要点

海底光缆的敷设环境极其复杂，会受到海水压力、水流冲刷、礁石磨损、海生侵蚀，易受渔网、船锚钩挂及铺设、打捞、维修工程等机械的损伤。因此，海底光缆必须具有耐水压、耐磨损、耐拉伸、抗腐蚀等性能。

海底光缆根据护层结构可分为轻型光缆（LW）、轻型保护光缆（LWP）、单层铠装光缆（SA）、双层铠装光缆（DA）以及岩石铠装光缆（RA）等多种结构，具体使用场景及机械强度要求应符合以下规定[4]：①轻型海底光缆应用在深海段、其机械强度应满足深海表面敷设施工和维护打捞的要求；②铠装型海底光缆应用在浅海段、近岸段，其机械强度应满足埋设施工和维护打捞的要求；③特殊保护型的海底光缆应用在需要特别保护的海域，应满足相应技术要求。通常在靠近两端登陆点的地方，海上活动较为频繁，光缆深度较小（0～20m深），应使用双层铠装（DA）海缆，如果登陆点海底为岩石，则应使用岩石铠装（RA）海缆来避免岩石对光缆的磨损。在浅海区域（20～1500m深）可以使用单层铠装（SA）海缆。而在深海区域（1500m以上深），海缆受外界影响较小，可以使用轻型铠装（LW）或轻型保护（LWP）海缆。对于铁路海底光缆工程而言，因通常在近海海域，一般均采用单层铠装海缆或双层铠装海缆直埋敷设。

4 结束语

铁路海底光缆工程设计要点与常规海底光缆工程设计基本一致，在设计过程中需多考虑运营维护人员的需求和使用习惯，通过经济性比选，在保障安全的前提下做到节省投资，便于维护管理。