鐵路通信鐵塔安全問題的思考

■ 王買智

隨著高速鐵路的發(fā)展，GSM-R網(wǎng)絡(luò)得到越來越廣泛的應(yīng)用，用于無線場強覆蓋的鐵塔是GSM-R網(wǎng)絡(luò)必不可少的設(shè)備之一，鐵塔質(zhì)量直接關(guān)系著鐵路運輸?shù)陌踩?。如果鐵塔因質(zhì)量問題或特殊天氣（如臺風(fēng)）、地形變化（如地震）等影響出現(xiàn)傾斜或倒塌，會產(chǎn)生嚴(yán)重后果?，F(xiàn)實中鐵塔出現(xiàn)倒塌的事件時有發(fā)生，直接威脅人民生命和財產(chǎn)安全，如果發(fā)生在鐵路邊，會影響列車的安全運行。因此，通信鐵塔從生產(chǎn)制造、安裝施工到日常維護(hù)等環(huán)節(jié)都需高度重視。

1 鐵路通信鐵塔現(xiàn)狀

1.1 基本情況

鐵路沿線的通信鐵塔主要包括鐵路無線列調(diào)鐵塔和GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)鐵塔。既有線上無線列調(diào)鐵塔約有6 000多座，使用年限大部分在10年以上；已開通的GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)鐵塔有近4 000座，主要是近幾年所建設(shè)。

GSM-R鐵塔間距一般約為3 km，高度約為20～60 m，以40 m左右的居多，結(jié)構(gòu)以四管塔和角鋼塔為主。為保證列車上鐵路專用無線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕F塔必須靠近鐵路安裝，設(shè)置點均在鐵路沿線兩側(cè)或車站站臺上。

1.2 建設(shè)現(xiàn)狀

鐵路通信鐵塔建設(shè)過程中，總體設(shè)計和基礎(chǔ)設(shè)計一般由鐵路設(shè)計院完成，鐵塔塔身設(shè)計由具備鐵塔塔桅甲級設(shè)計資質(zhì)的設(shè)計院完成。通信鐵塔一般由施工總承包單位進(jìn)行招標(biāo)采購，具體施工安裝由具備鐵塔施工安裝資質(zhì)的鐵塔廠家完成。鐵塔基礎(chǔ)和鐵塔安裝過程由建設(shè)單位委托的監(jiān)理單位進(jìn)行監(jiān)理和驗收。鐵路通信鐵塔建設(shè)過程中存在多重設(shè)計主體，鐵塔制造、施工安裝質(zhì)量很大程度上依賴鐵塔生產(chǎn)廠家。

1.3 驗收情況

鐵路工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對鐵路通信無線列調(diào)鐵塔、GSM-R無線鐵塔的基礎(chǔ)施工和鐵塔安裝質(zhì)量驗收主要規(guī)定如下：

（1）鐵塔基礎(chǔ)深度、標(biāo)高、塔靴安裝、混凝土強度、所用原材料規(guī)格等項目都要求施工單位全部檢查，監(jiān)理單位見證檢驗。

（2）對于鐵塔安裝高度、垂直度，要求施工單位用經(jīng)緯儀全部測量檢查，監(jiān)理單位見證檢驗；對于鐵塔塔身與基礎(chǔ)連接螺栓、塔身焊接等項目，要求施工單位全部檢查，監(jiān)理單位見證檢驗。

由此可見，鐵塔建設(shè)和驗收標(biāo)準(zhǔn)尚不夠完善，檢驗方法相對簡單。以施工單位自檢為主，監(jiān)理只是見證檢驗，基本沒有進(jìn)行全面系統(tǒng)的性能指標(biāo)驗收測試。

1.4 日常維護(hù)情況

鐵路無線通信維護(hù)要求每月對鐵塔進(jìn)行一次巡視，每月對GSM-R鐵塔進(jìn)行一次垂直度測試；每半年對塔桿及緊固件螺栓、防腐防銹進(jìn)行一次檢查；每遇到天氣特殊情況、地震或其他特殊情況后應(yīng)作全面檢查；每5年對鐵塔進(jìn)行中修，15年進(jìn)行大修。

但是，實際日常維護(hù)項目的標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，每月的巡檢只能看看外觀，無法做到每月對鐵塔進(jìn)行一次垂直度測試?，F(xiàn)有鐵塔高度普遍在20 m以上，要登塔檢查必須考取登高證，每次登塔必須具備必要的安全防護(hù)措施。鐵塔屬長久堅固設(shè)備，而且數(shù)量巨大，每月登塔檢查工作量太大，基本無法實現(xiàn)。

2 鐵路通信鐵塔存在的問題

鐵路通信鐵塔距離鐵路線很近，如出現(xiàn)傾斜、倒塌等情況將直接影響列車運行，嚴(yán)重時將造成行車事故。從鐵路通信鐵塔的設(shè)計、施工、監(jiān)理、驗收和日常維護(hù)情況看，鐵塔存在以下幾方面問題：

2.1 鐵塔質(zhì)量參差不齊

招標(biāo)價格的競爭使得廠家普遍低價中標(biāo)，利潤空間變小，部分生產(chǎn)制造廠家采取非正常手段降低成本，如所用鋼材質(zhì)量縮水、材質(zhì)下降、尺寸減小，甚至使用劣質(zhì)鋼材及劣質(zhì)連接件、緊固件，有些防腐處理不嚴(yán)格，簡化鍍鋅過程，有些廠家質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，檢驗流于形式，有的基礎(chǔ)處理不嚴(yán)格，混凝土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等，直接影響鐵塔質(zhì)量。

2.2 鐵塔驗收存在隱患

現(xiàn)有驗收標(biāo)準(zhǔn)中鐵路通信鐵塔性能指標(biāo)不完善，以施工單位檢驗為主，監(jiān)理只是見證檢驗；鐵塔安裝現(xiàn)場有些質(zhì)量指標(biāo)（如鋼材尺寸、厚度、含量等）無法測試；工程竣工驗收沒有全面的指標(biāo)檢測。

2.3 現(xiàn)有維護(hù)方法很難發(fā)現(xiàn)潛在問題

按照現(xiàn)有維護(hù)方法，維護(hù)人員僅僅只看看外觀，登塔檢查要有登高證，性能檢測要有相應(yīng)的儀器和專業(yè)人員，而目前通信維護(hù)單位基本不具備這些條件。因此，很難及時、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)鐵塔出現(xiàn)的問題。

2.4 地質(zhì)環(huán)境影響

近年來災(zāi)害頻發(fā)，冰雪災(zāi)害、地震、臺風(fēng)等極端氣候都會對鐵塔造成影響，威脅鐵塔安全，嚴(yán)重時會引起鐵塔損壞、傾斜或倒塌。

2.5 被盜與施工影響

鐵路沿線施工、城市建設(shè)、農(nóng)民取土等也對鐵塔造成威脅，且鐵塔配件被盜現(xiàn)象時有發(fā)生，也直接影響鐵塔安全。

3 通信鐵塔質(zhì)量驗收檢測和安全監(jiān)測技術(shù)

3.1 通信鐵塔質(zhì)量驗收檢測

隨著移動、電信、聯(lián)通三家運營商都具有移動通信營業(yè)執(zhí)照后，通信鐵塔建設(shè)飛速發(fā)展，已建成的鐵塔超過200萬座。為保證鐵塔質(zhì)量和運行安全，近幾年通信行業(yè)相繼出臺了一些鐵塔設(shè)計、建設(shè)、監(jiān)理、驗收、維護(hù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。具體包括：

（1）YD 5131—2005 《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》；

（2）YD 5132—2005 《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)驗收規(guī)范》；

（3）YD 5133—2005 《移動通信鋼塔桅工程施工監(jiān)理暫行規(guī)定》；

（4）CECS 236—2008 《鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程》；

（5）YD 2197—2010 《通信鋼塔桅運行維護(hù)安全技術(shù)要求》。

電信行業(yè)同時執(zhí)行國家關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)方面的標(biāo)準(zhǔn)：

（1）GB 50135—2006 《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》；

（2）GB 50205—2001 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》；

（3）GB 50204—2002 《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》；

（4）GB-T 11345—1989 《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》。

按照YD 5132—2005 《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)驗收規(guī)范》規(guī)定：通信鐵塔質(zhì)量驗收主要包括原材料及成品進(jìn)場驗收、焊接工程驗收、鋼零件及鋼部件加工工程驗收、防腐工程驗收、塔桅鋼結(jié)構(gòu)安裝工程驗收和移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)驗收等六部分，具體驗收項目和驗收標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)范中有明確規(guī)定。要按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鐵塔工程驗收檢測，必須由具有相應(yīng)鐵塔檢測資質(zhì)的單位進(jìn)行，這些單位具備出具檢驗是否合格的權(quán)利。

3.2 鐵塔安全監(jiān)測技術(shù)

為了及時反映鐵塔運行狀況，掌握鐵塔性能變化，隨著各種傳感技術(shù)的發(fā)展，目前關(guān)于鐵塔性能安全監(jiān)測技術(shù)有很多應(yīng)用。主要包括如下幾方面：

（1）鐵塔傾斜監(jiān)測技術(shù)：采用高精度傾斜傳感器實現(xiàn)傾斜角度的測量。傾斜傳感器通過測量重力加速度變化，將其轉(zhuǎn)換成傾角變化，從而得到傳感器相對水平面的傾斜或俯仰角度。在獲取鐵塔傾斜度后，根據(jù)傾斜傳感器安裝位置，就可計算出鐵塔的近似垂直度和水平位移，實現(xiàn)對鐵塔運行狀態(tài)的多要素監(jiān)測。

（2）鐵塔振動監(jiān)測技術(shù)：鐵塔安全監(jiān)測系統(tǒng)通過振動傳感器對鐵塔自振頻率及振動模態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，在融合時域與頻域數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，自動分析和模式識別鐵塔異常形態(tài)，如裹冰、關(guān)鍵構(gòu)件丟失、塔基松動、非法攀爬和鐵塔傾斜過大等，監(jiān)測鐵塔安全狀況，通過綜合智能分析，提出安全預(yù)警。

（3）塔基沉降監(jiān)測技術(shù)：將壓力傳感器或振動傳感器等器件分別預(yù)設(shè)到塔基四角位置，實時監(jiān)測鐵塔塔基沉降情況及平衡狀態(tài)。

（4）氣象監(jiān)測設(shè)備：主要由風(fēng)速風(fēng)向計、溫濕度傳感器等組件組成，安裝在塔頂位置，實時監(jiān)測鐵塔現(xiàn)場的氣象信息，并結(jié)合鐵塔的傾斜角度和振動幅度，通過告警分析數(shù)學(xué)模型進(jìn)行狀態(tài)分析。

（5）鐵塔圍界檢測技術(shù)：主要由熱成像攝像機、視頻分析儀等組成，檢測鐵塔周圍有無異常狀況，并進(jìn)行分析和預(yù)警。也可采用分布式光纖傳感器，利用光纖振動傳感技術(shù)，實現(xiàn)分布式鐵塔周界安防監(jiān)測告警。

（6）建立鐵塔綜合監(jiān)控中心：采用以上鐵塔性能監(jiān)測技術(shù)，實時測試每處鐵塔的運行狀態(tài)，通過有線或無線傳輸方式，將采集的信息上傳至鐵塔安全綜合監(jiān)控中心，監(jiān)控中心進(jìn)行綜合智能分析，過濾掉不準(zhǔn)確的干擾信息，對超過標(biāo)準(zhǔn)的鐵塔發(fā)出預(yù)警和告警信息，由監(jiān)控中心對問題鐵塔落實處理，全面掌握每處鐵塔的運行狀況，保證鐵塔安全運行。

4 鐵路通信鐵塔建設(shè)和維護(hù)管理建議

根據(jù)鐵路通信鐵塔的建設(shè)、維護(hù)和使用情況，為確保鐵塔的安全運行和狀態(tài)可控，在分析其存在安全隱患的基礎(chǔ)上，參考通信行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合目前鐵塔監(jiān)測技術(shù)，建議采取以下措施。

4.1 進(jìn)一步完善鐵路通信鐵塔質(zhì)量管理規(guī)范

結(jié)合鐵路實際，逐步制定、完善鐵路通信鐵塔建設(shè)、維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，形成系統(tǒng)的鐵塔質(zhì)量管理體系。主要包括：

（1）鐵路通信鐵塔設(shè)計規(guī)范；

（2）鐵路通信鐵塔施工與驗收規(guī)范；

（3）鐵路通信鐵塔施工監(jiān)理規(guī)范；

（4）鐵路通信鐵塔運行維護(hù)規(guī)則。

4.2 強化鐵路通信鐵塔建設(shè)質(zhì)量控制

在通信鐵塔建設(shè)和驗收階段，建議重點做好以下工作：

（1）加強鐵塔原材料和生產(chǎn)過程的質(zhì)量監(jiān)督。對鐵塔生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn)全過程監(jiān)控，從原材料進(jìn)場驗收到生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的檢驗，都應(yīng)有監(jiān)理人員現(xiàn)場檢驗或委托第三方進(jìn)場進(jìn)行質(zhì)量檢驗。

（2）加強鐵塔基礎(chǔ)和鐵塔現(xiàn)場安裝的監(jiān)理和驗收?，F(xiàn)場監(jiān)理按照設(shè)計文件和驗收標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)場全程檢查驗收基礎(chǔ)及隱蔽工程，檢查驗收安裝工程，并當(dāng)場逐項檢查驗收簽字。

（3）推行鐵塔工程竣工驗收測試。工程竣工后，建設(shè)單位委托具備鐵塔質(zhì)量檢測資質(zhì)的第三方單位對鐵塔及鐵塔基礎(chǔ)各項指標(biāo)進(jìn)行驗收測試，驗收測試報告作為鐵塔驗收交接的最終報告。

4.3 加強鐵路通信鐵塔日常維護(hù)和檢測

（1）在現(xiàn)有維護(hù)規(guī)則基礎(chǔ)上制定鐵路通信鐵塔日常維護(hù)和定期檢測的具體規(guī)范，進(jìn)一步細(xì)化日常巡檢的具體項目和檢查標(biāo)準(zhǔn)，明確開展定期檢測的周期、檢測項目和檢測標(biāo)準(zhǔn)，形成鐵塔維護(hù)的專項制度。

（2）建議每隔2—3年（或發(fā)生臺風(fēng)、地震等大的自然災(zāi)害后）對鐵塔進(jìn)行一次專業(yè)檢測，重點檢測以下內(nèi)容：混凝土基礎(chǔ)的開裂與變化情況；地錨與螺栓的緊固情況；塔體垂直度變化；鐵塔塔體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲、開裂、變形情況；焊縫連接與開裂情況；塔體各部件的防腐情況；防雷接地情況；天饋安裝情況；全塔連接件、緊固件、螺母、螺栓的變化與被盜情況等。根據(jù)檢測結(jié)果出具檢測報告，提出重點整治建議。對于達(dá)到15年大修期的鐵塔進(jìn)行一次全面檢測，評估安全使用狀態(tài)，為大修和更新改造提供參考數(shù)據(jù)。

4.4 建立鐵路通信鐵塔安全監(jiān)測系統(tǒng)

為了確保通信鐵塔時刻處于安全使用狀態(tài)，消除鐵塔安全隱患，避免因鐵塔的狀態(tài)變化危及鐵路行車安全，建議在必要的地段增設(shè)鐵塔安全監(jiān)測系統(tǒng)，全面實時監(jiān)測鐵塔性能，進(jìn)行安全分析，出現(xiàn)問題時及時發(fā)出預(yù)警。鐵塔安全監(jiān)測主要監(jiān)測如下幾個方面（見圖1）：

圖1 鐵路通信鐵塔安全監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

（1）鐵塔傾斜監(jiān)測：通過傳感器實時監(jiān)測鐵塔的傾斜變化，當(dāng)鐵塔傾斜到一定角度時發(fā)出報警；

（2）鐵塔防盜報警：采用視頻、紅外、光纖等技術(shù)對鐵塔周圍進(jìn)行安全防護(hù)，發(fā)現(xiàn)有偷盜行為時及時發(fā)出報警；

（3）鐵塔基礎(chǔ)沉降監(jiān)測：通過振動或壓力傳感器監(jiān)測鐵塔基礎(chǔ)變化，對可能發(fā)生的基礎(chǔ)變化進(jìn)行預(yù)警。

[1] TB 10418—2003 鐵路運輸通信工程質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S]

[2] TB 10755—2010 高速鐵路通信工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S]

[3] TG/DW 102—2010 鐵路無線通信維護(hù)暫行規(guī)則[S]

[4] TG/DW 245—2011 鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）維護(hù)暫行規(guī)則[S]

[5] YD 5132—2005 移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)驗收規(guī)范[S]