铁路通信铁塔安全问题的思考

■ 王买智

随着高速铁路的发展，GSM-R网络得到越来越广泛的应用，用于无线场强覆盖的铁塔是GSM-R网络必不可少的设备之一，铁塔质量直接关系着铁路运输的安全。如果铁塔因质量问题或特殊天气（如台风）、地形变化（如地震）等影响出现倾斜或倒塌，会产生严重后果。现实中铁塔出现倒塌的事件时有发生，直接威胁人民生命和财产安全，如果发生在铁路边，会影响列车的安全运行。因此，通信铁塔从生产制造、安装施工到日常维护等环节都需高度重视。

1 铁路通信铁塔现状

1.1 基本情况

铁路沿线的通信铁塔主要包括铁路无线列调铁塔和GSM-R无线网络铁塔。既有线上无线列调铁塔约有6 000多座，使用年限大部分在10年以上；已开通的GSM-R无线网络铁塔有近4 000座，主要是近几年所建设。

GSM-R铁塔间距一般约为3 km，高度约为20～60 m，以40 m左右的居多，结构以四管塔和角钢塔为主。为保证列车上铁路专用无线通信和数据传输的可靠性，铁塔必须靠近铁路安装，设置点均在铁路沿线两侧或车站站台上。

1.2 建设现状

铁路通信铁塔建设过程中，总体设计和基础设计一般由铁路设计院完成，铁塔塔身设计由具备铁塔塔桅甲级设计资质的设计院完成。通信铁塔一般由施工总承包单位进行招标采购，具体施工安装由具备铁塔施工安装资质的铁塔厂家完成。铁塔基础和铁塔安装过程由建设单位委托的监理单位进行监理和验收。铁路通信铁塔建设过程中存在多重设计主体，铁塔制造、施工安装质量很大程度上依赖铁塔生产厂家。

1.3 验收情况

铁路工程相关标准对铁路通信无线列调铁塔、GSM-R无线铁塔的基础施工和铁塔安装质量验收主要规定如下：

（1）铁塔基础深度、标高、塔靴安装、混凝土强度、所用原材料规格等项目都要求施工单位全部检查，监理单位见证检验。

（2）对于铁塔安装高度、垂直度，要求施工单位用经纬仪全部测量检查，监理单位见证检验；对于铁塔塔身与基础连接螺栓、塔身焊接等项目，要求施工单位全部检查，监理单位见证检验。

由此可见，铁塔建设和验收标准尚不够完善，检验方法相对简单。以施工单位自检为主，监理只是见证检验，基本没有进行全面系统的性能指标验收测试。

1.4 日常维护情况

铁路无线通信维护要求每月对铁塔进行一次巡视，每月对GSM-R铁塔进行一次垂直度测试；每半年对塔杆及紧固件螺栓、防腐防锈进行一次检查；每遇到天气特殊情况、地震或其他特殊情况后应作全面检查；每5年对铁塔进行中修，15年进行大修。

但是，实际日常维护项目的标准不够完善，每月的巡检只能看看外观，无法做到每月对铁塔进行一次垂直度测试。现有铁塔高度普遍在20 m以上，要登塔检查必须考取登高证，每次登塔必须具备必要的安全防护措施。铁塔属长久坚固设备，而且数量巨大，每月登塔检查工作量太大，基本无法实现。

2 铁路通信铁塔存在的问题

铁路通信铁塔距离铁路线很近，如出现倾斜、倒塌等情况将直接影响列车运行，严重时将造成行车事故。从铁路通信铁塔的设计、施工、监理、验收和日常维护情况看，铁塔存在以下几方面问题：

2.1 铁塔质量参差不齐

招标价格的竞争使得厂家普遍低价中标，利润空间变小，部分生产制造厂家采取非正常手段降低成本，如所用钢材质量缩水、材质下降、尺寸减小，甚至使用劣质钢材及劣质连接件、紧固件，有些防腐处理不严格，简化镀锌过程，有些厂家质量把关不严，检验流于形式，有的基础处理不严格，混凝土质量不达标等，直接影响铁塔质量。

2.2 铁塔验收存在隐患

现有验收标准中铁路通信铁塔性能指标不完善，以施工单位检验为主，监理只是见证检验；铁塔安装现场有些质量指标（如钢材尺寸、厚度、含量等）无法测试；工程竣工验收没有全面的指标检测。

2.3 现有维护方法很难发现潜在问题

按照现有维护方法，维护人员仅仅只看看外观，登塔检查要有登高证，性能检测要有相应的仪器和专业人员，而目前通信维护单位基本不具备这些条件。因此，很难及时、准确地发现铁塔出现的问题。

2.4 地质环境影响

近年来灾害频发，冰雪灾害、地震、台风等极端气候都会对铁塔造成影响，威胁铁塔安全，严重时会引起铁塔损坏、倾斜或倒塌。

2.5 被盗与施工影响

铁路沿线施工、城市建设、农民取土等也对铁塔造成威胁，且铁塔配件被盗现象时有发生，也直接影响铁塔安全。

3 通信铁塔质量验收检测和安全监测技术

3.1 通信铁塔质量验收检测

随着移动、电信、联通三家运营商都具有移动通信营业执照后，通信铁塔建设飞速发展，已建成的铁塔超过200万座。为保证铁塔质量和运行安全，近几年通信行业相继出台了一些铁塔设计、建设、监理、验收、维护的行业标准。具体包括：

（1）YD 5131—2005 《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》；

（2）YD 5132—2005 《移动通信工程钢塔桅结构验收规范》；

（3）YD 5133—2005 《移动通信钢塔桅工程施工监理暂行规定》；

（4）CECS 236—2008 《钢结构单管通信塔技术规程》；

（5）YD 2197—2010 《通信钢塔桅运行维护安全技术要求》。

电信行业同时执行国家关于钢结构和混凝土结构方面的标准：

（1）GB 50135—2006 《高耸结构设计规范》；

（2）GB 50205—2001 《钢结构工程施工质量验收规范》；

（3）GB 50204—2002 《混凝土结构工程施工质量验收规范》；

（4）GB-T 11345—1989 《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》。

按照YD 5132—2005 《移动通信工程钢塔桅结构验收规范》规定：通信铁塔质量验收主要包括原材料及成品进场验收、焊接工程验收、钢零件及钢部件加工工程验收、防腐工程验收、塔桅钢结构安装工程验收和移动通信工程钢塔桅结构验收等六部分，具体验收项目和验收标准在规范中有明确规定。要按照此标准进行铁塔工程验收检测，必须由具有相应铁塔检测资质的单位进行，这些单位具备出具检验是否合格的权利。

3.2 铁塔安全监测技术

为了及时反映铁塔运行状况，掌握铁塔性能变化，随着各种传感技术的发展，目前关于铁塔性能安全监测技术有很多应用。主要包括如下几方面：

（1）铁塔倾斜监测技术：采用高精度倾斜传感器实现倾斜角度的测量。倾斜传感器通过测量重力加速度变化，将其转换成倾角变化，从而得到传感器相对水平面的倾斜或俯仰角度。在获取铁塔倾斜度后，根据倾斜传感器安装位置，就可计算出铁塔的近似垂直度和水平位移，实现对铁塔运行状态的多要素监测。

（2）铁塔振动监测技术：铁塔安全监测系统通过振动传感器对铁塔自振频率及振动模态进行监测，在融合时域与频域数据基础上，自动分析和模式识别铁塔异常形态，如裹冰、关键构件丢失、塔基松动、非法攀爬和铁塔倾斜过大等，监测铁塔安全状况，通过综合智能分析，提出安全预警。

（3）塔基沉降监测技术：将压力传感器或振动传感器等器件分别预设到塔基四角位置，实时监测铁塔塔基沉降情况及平衡状态。

（4）气象监测设备：主要由风速风向计、温湿度传感器等组件组成，安装在塔顶位置，实时监测铁塔现场的气象信息，并结合铁塔的倾斜角度和振动幅度，通过告警分析数学模型进行状态分析。

（5）铁塔围界检测技术：主要由热成像摄像机、视频分析仪等组成，检测铁塔周围有无异常状况，并进行分析和预警。也可采用分布式光纤传感器，利用光纤振动传感技术，实现分布式铁塔周界安防监测告警。

（6）建立铁塔综合监控中心：采用以上铁塔性能监测技术，实时测试每处铁塔的运行状态，通过有线或无线传输方式，将采集的信息上传至铁塔安全综合监控中心，监控中心进行综合智能分析，过滤掉不准确的干扰信息，对超过标准的铁塔发出预警和告警信息，由监控中心对问题铁塔落实处理，全面掌握每处铁塔的运行状况，保证铁塔安全运行。

4 铁路通信铁塔建设和维护管理建议

根据铁路通信铁塔的建设、维护和使用情况，为确保铁塔的安全运行和状态可控，在分析其存在安全隐患的基础上，参考通信行业有关标准，结合目前铁塔监测技术，建议采取以下措施。

4.1 进一步完善铁路通信铁塔质量管理规范

结合铁路实际，逐步制定、完善铁路通信铁塔建设、维护标准，形成系统的铁塔质量管理体系。主要包括：

（1）铁路通信铁塔设计规范；

（2）铁路通信铁塔施工与验收规范；

（3）铁路通信铁塔施工监理规范；

（4）铁路通信铁塔运行维护规则。

4.2 强化铁路通信铁塔建设质量控制

在通信铁塔建设和验收阶段，建议重点做好以下工作：

（1）加强铁塔原材料和生产过程的质量监督。对铁塔生产厂家进行生产全过程监控，从原材料进场验收到生产各环节的检验，都应有监理人员现场检验或委托第三方进场进行质量检验。

（2）加强铁塔基础和铁塔现场安装的监理和验收。现场监理按照设计文件和验收标准，在现场全程检查验收基础及隐蔽工程，检查验收安装工程，并当场逐项检查验收签字。

（3）推行铁塔工程竣工验收测试。工程竣工后，建设单位委托具备铁塔质量检测资质的第三方单位对铁塔及铁塔基础各项指标进行验收测试，验收测试报告作为铁塔验收交接的最终报告。

4.3 加强铁路通信铁塔日常维护和检测

（1）在现有维护规则基础上制定铁路通信铁塔日常维护和定期检测的具体规范，进一步细化日常巡检的具体项目和检查标准，明确开展定期检测的周期、检测项目和检测标准，形成铁塔维护的专项制度。

（2）建议每隔2—3年（或发生台风、地震等大的自然灾害后）对铁塔进行一次专业检测，重点检测以下内容：混凝土基础的开裂与变化情况；地锚与螺栓的紧固情况；塔体垂直度变化；铁塔塔体结构构件的弯曲、开裂、变形情况；焊缝连接与开裂情况；塔体各部件的防腐情况；防雷接地情况；天馈安装情况；全塔连接件、紧固件、螺母、螺栓的变化与被盗情况等。根据检测结果出具检测报告，提出重点整治建议。对于达到15年大修期的铁塔进行一次全面检测，评估安全使用状态，为大修和更新改造提供参考数据。

4.4 建立铁路通信铁塔安全监测系统

为了确保通信铁塔时刻处于安全使用状态，消除铁塔安全隐患，避免因铁塔的状态变化危及铁路行车安全，建议在必要的地段增设铁塔安全监测系统，全面实时监测铁塔性能，进行安全分析，出现问题时及时发出预警。铁塔安全监测主要监测如下几个方面（见图1）：

图1 铁路通信铁塔安全监测系统示意图

（1）铁塔倾斜监测：通过传感器实时监测铁塔的倾斜变化，当铁塔倾斜到一定角度时发出报警；

（2）铁塔防盗报警：采用视频、红外、光纤等技术对铁塔周围进行安全防护，发现有偷盗行为时及时发出报警；

（3）铁塔基础沉降监测：通过振动或压力传感器监测铁塔基础变化，对可能发生的基础变化进行预警。

[1] TB 10418—2003 铁路运输通信工程质量验收标准[S]

[2] TB 10755—2010 高速铁路通信工程施工质量验收标准[S]

[3] TG/DW 102—2010 铁路无线通信维护暂行规则[S]

[4] TG/DW 245—2011 铁路数字移动通信系统（GSM-R）维护暂行规则[S]

[5] YD 5132—2005 移动通信工程钢塔桅结构验收规范[S]