鐵路通信鐵塔安全問題的思考

■ 王買智

隨著高速鐵路的發展，GSM-R網絡得到越來越廣泛的應用，用于無線場強覆蓋的鐵塔是GSM-R網絡必不可少的設備之一，鐵塔質量直接關系著鐵路運輸的安全。如果鐵塔因質量問題或特殊天氣（如臺風）、地形變化（如地震）等影響出現傾斜或倒塌，會產生嚴重后果。現實中鐵塔出現倒塌的事件時有發生，直接威脅人民生命和財產安全，如果發生在鐵路邊，會影響列車的安全運行。因此，通信鐵塔從生產制造、安裝施工到日常維護等環節都需高度重視。

1 鐵路通信鐵塔現狀

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鐵塔和GSM-R無線網絡鐵塔。既有線上無線列調鐵塔約有6 000多座，使用年限大部分在10年以上；已開通的GSM-R無線網絡鐵塔有近4 000座，主要是近幾年所建設。

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，結構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據傳輸的可靠性，鐵塔必須靠近鐵路安裝，設置點均在鐵路沿線兩側或車站站臺上。

1.2 建設現狀

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

1.3 驗收情況

鐵路工程相關標準對鐵路通信無線列調鐵塔、GSM-R無線鐵塔的基礎施工和鐵塔安裝質量驗收主要規定如下：

（1）鐵塔基礎深度、標高、塔靴安裝、混凝土強度、所用原材料規格等項目都要求施工單位全部檢查，監理單位見證檢驗。

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

由此可見，鐵塔建設和驗收標準尚不夠完善，檢驗方法相對簡單。以施工單位自檢為主，監理只是見證檢驗，基本沒有進行全面系統的性能指標驗收測試。

1.4 日常維護情況

鐵路無線通信維護要求每月對鐵塔進行一次巡視，每月對GSM-R鐵塔進行一次垂直度測試；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作全面檢查；每5年對鐵塔進行中修，15年進行大修。

但是，實際日常維護項目的標準不夠完善，每月的巡檢只能看看外觀，無法做到每月對鐵塔進行一次垂直度測試。現有鐵塔高度普遍在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措施。鐵塔屬長久堅固設備，而且數量巨大，每月登塔檢查工作量太大，基本無法實現。

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，如出現傾斜、倒塌等情況將直接影響列車運行，嚴重時將造成行車事故。從鐵路通信鐵塔的設計、施工、監理、驗收和日常維護情況看，鐵塔存在以下幾方面問題：

2.1 鐵塔質量參差不齊

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

2.2 鐵塔驗收存在隱患

現有驗收標準中鐵路通信鐵塔性能指標不完善，以施工單位檢驗為主，監理只是見證檢驗；鐵塔安裝現場有些質量指標（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檢測。

2.3 現有維護方法很難發現潛在問題

按照現有維護方法，維護人員僅僅只看看外觀，登塔檢查要有登高證，性能檢測要有相應的儀器和專業人員，而目前通信維護單位基本不具備這些條件。因此，很難及時、準確地發現鐵塔出現的問題。

2.4 地質環境影響

近年來災害頻發，冰雪災害、地震、臺風等極端氣候都會對鐵塔造成影響，威脅鐵塔安全，嚴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、農民取土等也對鐵塔造成威脅，且鐵塔配件被盜現象時有發生，也直接影響鐵塔安全。

3 通信鐵塔質量驗收檢測和安全監測技術

3.1 通信鐵塔質量驗收檢測

隨著移動、電信、聯通三家運營商都具有移動通信營業執照后，通信鐵塔建設飛速發展，已建成的鐵塔超過200萬座。為保證鐵塔質量和運行安全，近幾年通信行業相繼出臺了一些鐵塔設計、建設、監理、驗收、維護的行業標準。具體包括：

（1）YD 5131—2005 《移動通信工程鋼塔桅結構設計規范》；

（2）YD 5132—2005 《移動通信工程鋼塔桅結構驗收規范》；

（3）YD 5133—2005 《移動通信鋼塔桅工程施工監理暫行規定》；

（4）CECS 236—2008 《鋼結構單管通信塔技術規程》；

（5）YD 2197—2010 《通信鋼塔桅運行維護安全技術要求》。

電信行業同時執行國家關于鋼結構和混凝土結構方面的標準：

（1）GB 50135—2006 《高聳結構設計規范》；

（2）GB 50205—2001 《鋼結構工程施工質量驗收規范》；

（3）GB 50204—2002 《混凝土結構工程施工質量驗收規范》；

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

按照YD 5132—2005 《移動通信工程鋼塔桅結構驗收規范》規定：通信鐵塔質量驗收主要包括原材料及成品進場驗收、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、塔桅鋼結構安裝工程驗收和移動通信工程鋼塔桅結構驗收等六部分，具體驗收項目和驗收標準在規范中有明確規定。要按照此標準進行鐵塔工程驗收檢測，必須由具有相應鐵塔檢測資質的單位進行，這些單位具備出具檢驗是否合格的權利。

3.2 鐵塔安全監測技術

為了及時反映鐵塔運行狀況，掌握鐵塔性能變化，隨著各種傳感技術的發展，目前關于鐵塔性能安全監測技術有很多應用。主要包括如下幾方面：

（1）鐵塔傾斜監測技術：采用高精度傾斜傳感器實現傾斜角度的測量。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，實現對鐵塔運行狀態的多要素監測。

（2）鐵塔振動監測技術：鐵塔安全監測系統通過振動傳感器對鐵塔自振頻率及振動模態進行監測，在融合時域與頻域數據基礎上，自動分析和模式識別鐵塔異常形態，如裹冰、關鍵構件丟失、塔基松動、非法攀爬和鐵塔傾斜過大等，監測鐵塔安全狀況，通過綜合智能分析，提出安全預警。

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

（4）氣象監測設備：主要由風速風向計、溫濕度傳感器等組件組成，安裝在塔頂位置，實時監測鐵塔現場的氣象信息，并結合鐵塔的傾斜角度和振動幅度，通過告警分析數學模型進行狀態分析。

（5）鐵塔圍界檢測技術：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，并進行分析和預警。也可采用分布式光纖傳感器，利用光纖振動傳感技術，實現分布式鐵塔周界安防監測告警。

（6）建立鐵塔綜合監控中心：采用以上鐵塔性能監測技術，實時測試每處鐵塔的運行狀態，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控中心，監控中心進行綜合智能分析，過濾掉不準確的干擾信息，對超過標準的鐵塔發出預警和告警信息，由監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 鐵路通信鐵塔建設和維護管理建議

根據鐵路通信鐵塔的建設、維護和使用情況，為確保鐵塔的安全運行和狀態可控，在分析其存在安全隱患的基礎上，參考通信行業有關標準，結合目前鐵塔監測技術，建議采取以下措施。

4.1 進一步完善鐵路通信鐵塔質量管理規范

結合鐵路實際，逐步制定、完善鐵路通信鐵塔建設、維護標準，形成系統的鐵塔質量管理體系。主要包括：

（1）鐵路通信鐵塔設計規范；

（2）鐵路通信鐵塔施工與驗收規范；

（3）鐵路通信鐵塔施工監理規范；

（4）鐵路通信鐵塔運行維護規則。

4.2 強化鐵路通信鐵塔建設質量控制

在通信鐵塔建設和驗收階段，建議重點做好以下工作：

（1）加強鐵塔原材料和生產過程的質量監督。對鐵塔生產廠家進行生產全過程監控，從原材料進場驗收到生產各環節的檢驗，都應有監理人員現場檢驗或委托第三方進場進行質量檢驗。

（2）加強鐵塔基礎和鐵塔現場安裝的監理和驗收。現場監理按照設計文件和驗收標準，在現場全程檢查驗收基礎及隱蔽工程，檢查驗收安裝工程，并當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，建設單位委托具備鐵塔質量檢測資質的第三方單位對鐵塔及鐵塔基礎各項指標進行驗收測試，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和檢測

（1）在現有維護規則基礎上制定鐵路通信鐵塔日常維護和定期檢測的具體規范，進一步細化日常巡檢的具體項目和檢查標準，明確開展定期檢測的周期、檢測項目和檢測標準，形成鐵塔維護的專項制度。

（2）建議每隔2—3年（或發生臺風、地震等大的自然災害后）對鐵塔進行一次專業檢測，重點檢測以下內容：混凝土基礎的開裂與變化情況；地錨與螺栓的緊固情況；塔體垂直度變化；鐵塔塔體結構構件的彎曲、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。根據檢測結果出具檢測報告，提出重點整治建議。對于達到15年大修期的鐵塔進行一次全面檢測，評估安全使用狀態，為大修和更新改造提供參考數據。

4.4 建立鐵路通信鐵塔安全監測系統

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

圖1 鐵路通信鐵塔安全監測系統示意圖

（1）鐵塔傾斜監測：通過傳感器實時監測鐵塔的傾斜變化，當鐵塔傾斜到一定角度時發出報警；

（2）鐵塔防盜報警：采用視頻、紅外、光纖等技術對鐵塔周圍進行安全防護，發現有偷盜行為時及時發出報警；

（3）鐵塔基礎沉降監測：通過振動或壓力傳感器監測鐵塔基礎變化，對可能發生的基礎變化進行預警。

[1] TB 10418—2003 鐵路運輸通信工程質量驗收標準[S]

[2] TB 10755—2010 高速鐵路通信工程施工質量驗收標準[S]

[3] TG/DW 102—2010 鐵路無線通信維護暫行規則[S]

[4] TG/DW 245—2011 鐵路數字移動通信系統（GSM-R）維護暫行規則[S]

[5] YD 5132—2005 移動通信工程鋼塔桅結構驗收規范[S]