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产品名称: 施工隧道无线调度通信方案
产品型号:
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产品信息:

1.隧道无线通信实用方案分析

   国内实用的隧道无线通信一般仅应用于较短的运营隧道, 运营阶段的隧道通信条件已相对稳定, 但对
正处于施工阶段的隧道, 尤其是长大隧道, 由于电波纵向传播衰减严重, 且隧道状况每天都在发生变化, 无 线通信问题很难处理。
对处于运营阶段的隧道, 目前国内实用的隧道通信方案成本相当高昂, 其中偶极天线转发方案的通信
距离已做到 5km 。 该方案在隧道中等间隔布设多台偶极天线转发机以加长纵向传输距离, 转发机间借助 一条同轴电缆传输待转发信号, 为减少干扰, 缆中信号均经载波调制。由于组成该系统的设备昂贵, 技术处理有难度, 故每公里造价约需 7~ 8 万元。
    目前一些发达国家的高速公路沿线有使用 900M H z 无线漏泄通信系统的报道, 其原理是用一条经特 殊设计的屏蔽层有缺陷的同轴电缆从头至尾布设于公路旁, 信号在缆中一边向前传送一边沿缆漏泄, 漏泄 出的电磁波即可完成沿缆的无线通信。 这种系统的电磁波仅沿缆分布, 电波覆盖区呈条带状, 很适合已完工隧道的运营通信, 系统在电波覆盖区内的传输损耗很低, 通信质量优良, 但成本过高, 每公里造价在 10
万元左右。
   在一定频率范围内, 漏泄通信系统使用的频率越低, 其相应成本就越低, 目前成本最低的漏泄系统是 英国煤矿使用的 40M H z 系统, 若对设备合理配置, 其每公里造价仅 3 万元左右。
但漏泄系统仅适用于运营隧道, 并不适合隧道施工现场的实地应用, 问题出在掌子面: 施工中的掌子
面是在不断移动的, 按正常进度大约每天近 10m , 而漏泄通信是靠一条截面积较大的同轴电缆来完成隧道 内无线通信的, 这种电缆的传输阻抗由其截面的特殊构造和使用材料决定, 不能频繁接续, 否则要造成传
输信号的很大损失, 并且, 由于电缆在信号传输过程中存在辐射损耗和传输损耗, 必须每隔一定距离在缆 中插入双向放大器以弥补信号损失, 由于掌子面还在不断爆破, 漏缆末端离掌子面又不能太近, 在最不利
的条件下, 掌子面距漏缆末端的距离有时可达近 1km , 漏缆方案无法沟通这段纵向开路距离, 从而造成掌 子面区域通信的不便, 而掌子面的通信恰恰又是施工调度通信中最重要的部分, 必须设法解决。
 
2.特长施工隧道无线通信方案
 
秦岭隧道¦ 线平导施工期较短, 施工地域很大, 隧道很长, 出口段还包括地域复杂广大的卸碴场, 为实
现高效快速施工, 施工单位希望能解决无线调度通信问题, 并要求电波覆盖率尽可能达到 100% , 经与主 管单位和施工单位多次协商, 决定采用 40M H z 频段漏泄同频、异频无线转发的方案, 40M H z 频段漏泄系 统用来沟通已完工隧道部分的无线通信, 同频转发系统沟通卸碴场, 异频转发频率定于 460M H z 频段, 以 利用隧道的波导效应沟通漏缆末端和掌子面间的无线联系, 为进一步加大开路传输距离, 考虑到隧道内过 往运输车辆的影响, 准备用高增益螺旋极化天线将 460M H z 频段电磁波对准掌子面发射。 由于掌子面工 作人员的工作区域和人员组成均较固定, 可以专门为相关人员配备 460M H z 频段手持电台。 若将转发机 吊装在漏缆末端拱顶, 则转发机不必频繁移动即可满足施工无线调度通信需要, 这样, 漏缆末端到掌子面 之间的无线通信问题即可得到彻底解决。
由于施工工地条件恶劣, 工况条件经常变化, 施工无线通信系统必须能适应施工现场的严酷情况, 同 频、异频转发系统必须与漏缆系统耦合成一个统一的整体, 转发装置必须防水、抗颠簸, 必须能经受住近距 离爆破的强大冲击波, 由于工地电源负荷变化剧烈, 整套系统还必须能适应宽广的电源电压波动范围。
 

3.方案实施及运行结果

    由于工期紧, 上述方案确定后立即开始实施, 现场的尝试性试验完成后立即着手进行转发机的设计和
制造, 同时开始了 460M H z 频段高增益螺旋极化天线的研制工作。经网络综测仪及其他仪器测试, 设计安 装完成的卸碴场同频转发机在 40M H z 频段的发射功率为 2W , 接收灵敏度大于 1dB Λ。掌子面 460M H z 频 段的异频转发机发射功率为 5W , 接收灵敏度大于 1dB Λ, 螺旋极化天线的增益为 12dB。初步估计这套系统 的技术指标完全可以满足现场通信需要。
秦岭隧道¦ 线平导无线通信系统的组装调试工作于 1996 年 6 月完成, 该套设备运抵现场后立即进行 了临时性无线通信距离试验, 结果隧道内纵向开路无线传输距离已超过 112km 。 随后将全套设备正式安 装于掌子面附近, 当时漏缆末端到掌子面距离约 700m , 设备安装完毕后立即沟通了掌子面与洞外调度中 心的无线电联系。
完成后的整个通信系统实地布置示意如图 1, 图 1 中基地站位于洞口二层的施工调度中心, 从调度中 心引出了两条同轴电缆, 一条为漏泄电缆, 直接进入隧道内, 另一条为射频电缆, 通向楼顶高增益双菱形定向天线, 对准整个卸碴场地域作定向发射, 以完成洞外整个卸碴 场地域的电波覆盖。掌子面地域的 40~ 460M H z 无 线 转 发 机 吊 装 在 ¦ 线 平 导 漏 缆 末 端 附 近 的隧道拱顶, 以完成掌子面附近地 域对整个系统的无线通信。整个 系 统 一 直 运 行 到 1999 年秦岭¦ 线平导贯通以后, 给使 用 单 位 的 隧 道 施 工 带 来 了 很 大方便。 秦 岭 隧 道 为 国 内 第 一 长 隧
道, 其调度通信涉及到洞内全隧 道、不断前移的掌子面及洞外碴 场, 并且施工现场的工况条件又在不断变化, 在这样长大的隧道施工现场, 该项目用相对较低的成本, 在洞内外不同性质的通信区域统一解决无线调度通信问题在国内尚属首次。它的使用不仅加快了隧道开挖的进度, 也为其他工作诸如安全生 产、快速处理设备故障及消除事故隐患等项工作提供了便利条件。

 

4.优化方案

   实践证明, 施工无线通信的大部分信息量都集中在掌子面附近, 它约占到整个信息量的 90% 以上。实 际上, 洞外指挥调度中心仅沟通这一地域的通信即可给施工带来很大方便。 为大幅度降低成本, 设计了隧 道通信机, 该通信机拟悬挂于距掌子面 1km 左右的拱顶, 其辐射电波可以覆盖距掌子面 115km 的重要施 工地段, 隧道通信机以普通导线连接洞口指挥调度中心。不需昂贵的漏泄同轴电缆和中继器。指挥调度中 心可以通过编码选呼终端机以分机号码点呼距掌子面约 115km 电波覆盖区内的任意手持电台, 手持电台 间还可互相通信, 系统并留有市话接口, 这种设计成本低廉, 更切实际, 有可能得到进一步推广。

 
 
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