摘要:分析当前GSM-R系统通信铁塔的建设和维护情况，阐述铁路通信铁塔安全检测的必要性。介绍电信运营商对于公网通信铁塔检测和维护的相关目标要求，对GSM-R系统通信铁塔安全检测及维护的工作内容和实施方式提出具体建议。
关键词:铁路数字综合移动通信系统;通信铁塔;安全检测;维护
前言：
铁路事业蓬勃发展，已投入运营的GSM-R线路超过30条，总里程约13400km。在铁路沿线分布有三千多座通信铁塔，铁塔高度15～60m，设置位置离铁路线很近，距轨边十多米。近年来通信塔桅倒塌事故在全国时有发生，其中2010年3月20日电信铁塔倒塌砸伤京广线动车就是一个典型案例，因此对GSM-R铁塔安全应引起高度的重视，应作为铁路安全质量大检查中的重要一环。本文针对该问题进行分析，并对铁路GSM-R通信铁塔安全检测及维护提出建议。
1GSM-R通信铁塔建设和维护现状
1.1GSM-R通信铁塔建设现状
通信铁塔是无线通信系统的基础设施，大量采用落地自立型铁塔，从塔身所选用的材质和造型上可分为单管塔、四管塔和角钢塔3种。
通信铁塔塔身一般是铁塔生产厂家提供，图纸由具备铁塔塔桅甲级设计资质的设计院设计，并在图纸上注明铁塔基础设计所需的各种力学参数。铁路设计部门根据这些力学参数和铁塔设置地点的地勘资料来完成铁塔的基础设计。通信设计部门只针对铁塔的塔型、塔高、平台设置、荷载、防雷接地、防洪水位及设置地点等，向铁塔厂家和基础设计专业人员提出技术要求。
在建设方面，通信铁塔作为铁路建设方的甲控物资，一般由施工总承包单位开展物资采购招标工作，铁塔厂家自带图纸进行报价投标(包括塔身和基础部分)，后续通过设计联络确定塔身和基础的施工图，再进行产品制造和施工安装，基础施工由具备铁塔施工安装资质的铁塔厂家来完成。由此可以看出，铁路通信铁塔建设存在多重设计主体，把控整个过程的通信技术人员缺乏铁塔专业知识，配套技术标准不完善，铁塔的安全性由生产厂家来保证等问题。
1.2 GSM-R通信铁塔验收和维护现状
铁塔验收是铁路通信工程验收中的一个子项，按照《铁路GSM-R数字移动通信工程施工质量验收暂行标准》(铁建设［2007］163号)和《高速铁路通信工程施工质量验收标准》(TB10755-2010)的相关规定开展工作。验收时需对基础和塔体分别进行。基础主要是对深度、标高、塔靴的安装，混凝土的原材料规格，以及强度等方面进行验收。塔体主要是从塔身材料与设计的符合性、高度和垂直度、铁塔的焊接及连接件、天线支架、平台及爬梯、防雷设施、防腐处理等方面进行验收。与隐蔽工程和材料质量相关的部分需要工程监理在施工过程中见证检验，其他内容除了部分是检测人员对物理参数进行尺量检查外，均为外观检查。对铁塔安全评估检测，专业性太强，目前还未开展。
当前铁路通信铁塔的维护，主要是根据铁道部颁发的《铁路无线通信维护暂行规则》(铁运［2010］194号)的相关规定开展的。每月对铁塔进行日常维护巡视;每年对铁塔定期整修;五年一个周期的中修，中修内容包括对塔(杆)基础整治加固、地面硬化，塔身垂直度调整、除锈、涂漆，紧固件加固、除锈、注油，更换不合格紧固件，整修加固塔(杆)工作平台，整治不合格地线等项目。铁塔的大修周期原则为15年，对需要的铁塔进行整修或更换。
2 GSM-R通信铁塔安全检测的必要性
2.1铁塔距钢轨位置未达到倒杆距
铁路沿线GSM-R通信系统的铁塔数量众多，对于常规单网覆盖的线路如合武铁路，平均5.5km建有一座铁塔;对于单网交织覆盖的线路如武广高铁，平均2.5km就建有一座铁塔。为了保障铁路设施的安全以及GSM-R系统通信质量，这些铁塔一般建在轨旁十多米范围内，使铁路正线征用的土地和铁塔等区间设施零星用地连接在一起，有利于通信铁塔、电力箱变、区间通信设备用房等区间设施的维护管理。然而这样的设计一旦铁塔倒塌，可能会侵入铁路正线，对铁路特别是高速铁路的运营带来极为严重的危害，因此铁塔的安全性评估工作极为重要。
2.2铁塔建设缺乏完备的安全控制手段
当前对铁路通信铁塔的招标技术文件的审定和评标工作，铁路设计院一般都未介入，招标环节没有结构设计方面的技术人员参与，对产品材质、厂家提供的图纸等缺乏把控，这会带来一定的质量隐患。
铁塔生产和现场安装中，工程监理主要是对铁塔基础工程的施工进行现场监测，而对上部钢结构的材质及各种指标是否符合设计图纸要求缺乏有效的检测手段。若有偷工减料情况，只有专业人士通过专业检测才能够发现。工程质量隐患极大，以往也曾发生过铁塔由于质量不合格而拆除重建的情况。
通信铁塔的验收环节，目前还没有专业的检测手段来验证工程质量，急需由独立的第三方来完成通信铁塔的安全评估。
2.3通信部门缺乏铁塔维护相应的技术手段
铁路通信铁塔安全使用的可靠性并非固定不变，随着服役时间的增长，受气候变化、环境侵蚀、物理作用或其他外界因素影响，材料风蚀老化，以及在制造、安装过程中的偏差，都可能使铁路出现焊缝开裂、钢材锈蚀、杆件屈曲变形、构件缺失、基础局部损伤、不均匀沉降、混凝土风化和开裂外观变化，引起整体性能发生褪化，结构受到损伤与变形，甚至遭到破坏。我国东南沿海地区和西北沙漠区域，每年强大的风荷载对沿线通信铁塔是严峻的考验。南方潮湿的空气、北方昼夜温差大等气候条件，对塔体和混凝土基础也存在极大的腐蚀、侵蚀和热胀冷缩的作用。近几年全球气候条件变化无常，雷电、暴雨、泥石流、强台风等自然灾害日趋增多，对通信铁塔结构造成了许多不利影响。一般来说，工程材料自身特性和施工质量是决定铁塔结构耐久性的内因，而所处的环境、防护措施和维护管理规则是影响其耐久性的外因。
铁路通信段是GSM-R系统通信铁塔的主体维护部门，如何判定铁塔是否能够继续使用，应做哪些方面的整修，工作人员缺乏相应的专业知识和技术手段，很难提出具体的实施要求。因此，对铁路通信铁塔定期进行安全检测，并由铁塔维护机构完成检修是极为必要的。
3公共电信对通信铁塔安全检测和维护的相关要求
目前在公共电信领域已建有各类通信铁塔二百多万座，其安全检测和日常维护工作非常重要，比如浙江电信专门发文对2008年前建设的CDMA系统铁塔进行安全评估检测。铁路有关部门可以参考公网移动通信铁塔的检测和维护准则制定相应的技术政策。
3.1公网通信铁塔安全评估检测要求
按照现行设计规范和相关评估标准，公网通信铁塔安全评估检测包括:找出薄弱环节，揭示隐患所在，划定可靠等级，制定相应的措施。要做好这些工作，必须对使用的通信塔在安全性、适用性和耐久性方面存在的问题有全面的了解，才能做出安全、合理、经济、可行的评估方案，这正是通信铁塔安全评估检测所要解决的问题。通信铁塔安全评估检测后应达到以下几点。
1．施工质量验收。通信铁塔制造过程中的质量优劣直接影响使用的安全性，过程质量监控至关重要。而施工监理只对建造过程的工程量及工程验收起一定的见证作用，对制造过程没有见证。因此，第三方安全评估检测非常重要，可以对在造塔的建设过程和质量起到真正的监造作用，同时也可对已施工完成的铁塔进行质量验收评定。
2．塔体安全储备评估。通过安全评估检测，对铁塔划定可靠等级，对其健康状况有一个全面的了解，进而对不同状况的铁塔采取不同的处理方案。如果塔体钢结构安全性严重不足，则属于危险通信塔，应及时拆除，不建议加固再用;如果欠安全及适用性不好，应采取加固维修措施;如果剩余耐久年限不多，则不宜改造。
3．为抵抗台风做准备。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为避免台风对通信铁塔造成损失，根据塔体安全储备评价，有针对性地对每座铁塔制定预防措施，并为防台风预案做相应的技术支持，对每座铁塔的抗台风能力做到心中有数。
4．减少维护成本。通过安全评估，可以了解哪些塔暂时不需要维护，哪些塔只需对薄弱部位进行维护，这样有针对性的维护，既能减少人力物力上的浪费，又能降低维护成本，真正达到维护目的。
5．指导通信铁塔的维护工作。安全评估报告可以对维护提出合理化建议，有的放矢地进行维护管理。报告中应明确提出哪些部位需要进行维护加固，如何进行维护加固，这样可以避免盲目的维护工作。
6．评价维护工作质量。每年运营商都要花费一定额度的费用委托专业维护公司进行代维工作，代维工作质量如何，能否起到维护目的，需要有一个切实可信的科学数据进行评价。因此，第三方安全评估检测可以起到这个作用，可以科学地、公正地对代维质量进行考核，让业主掌握铁塔质量，同时对代维公司的代维质量心中有数。
7．既有铁塔上增加载荷的承重计算分析。在既有通信铁塔上增加平台、天线、无线设备等设施时，铁塔的荷载作用发生了变化，塔桅自身的强度、刚度及稳定性是否安全，需要进行现场结构检测，然后根据实测数据进行计算分析。
3.2公网通信铁塔维护要求
1.防雷接地系统的维护。包括对馈线接地情况，线径、标签与走线规范，地网、接地引下线、接地线和接地汇集线牌的检查处理，避雷针和避雷针引下线检查，接地电阻测量。
2．铁塔塔体及基础的维护。包括对通信铁塔基础及支撑面检查处理，紧固件连接检查处理，塔桅安装项目检查处理，平台项目检查处理，走梯和爬梯项目检查处理，防腐处理，清洁卫生处理，塔体鸟巢检查处理，警示标牌检查处理。
3．天馈系统的维护。包括天线基础数据处理，天线端处理，馈线两端标识检查，馈线长度测量，馈管卡子检查，馈线整理，跳线及馈管接头检查，扎带检查，检查天线发射面是否有阻挡，馈线风洞板检查，馈线接地复接情况，馈线最小曲率半径检查，馈线回水弯检查，天线及塔顶设备型号核对。
4 GSM-R通信铁塔安全检测和日常维护内容及建议
为了保障GSM-R网络的安全稳定运行，铁道部运输局下发了《加强GSM-R网络维护工作指导意见》(运基通信［2011］401号)的通知。针对通信铁塔指出:重点开展通信铁塔的集中维护工作，要全面落实通信铁塔安全包保责任，有条件的应委托专业检测机构进行健壮性检测等具体要求。借鉴电信运营商在此方面的一些做法，并结合铁路GSM-R移动通信系统的具体情况，对GSM-R通信铁塔的安全评估检测和日常维护工作的具体内容提出以下建议。
4.1GSM-R通信铁塔安全检测建议
建议对通信铁塔的塔体、基础、防腐涂层质量及抗风能力等几个方面做相应检测，重点应考虑以下检测内容。
1．焊缝质量检测。由于焊缝在制造安装过程中或在使用过程中都有可能产生裂纹或裂缝，因此，无论在制造安装过程中还是在使用过程中都应对塔体的主要受力部位焊缝进行超声波无损探伤，尤其需对支座法兰筋板角焊缝进行磁粉探伤;对于角钢塔，需对连接螺栓进行预拉力检测。
2．钢结构锈蚀减薄量检测。锈蚀使钢板的厚度越来越薄，需对钢板锈蚀后的实际厚度进行测试，以便对其使用过程中的强度进行有效计算。
3．钢构件检测。塔桅钢构件检测包括构件的尺寸检测、构件缺陷、损伤及变形检测等工作。
4．连接节点检测。塔桅钢结构的连接质量与性能的检测分为焊接连接质量检测、螺栓连接质量检测、高强度螺栓连接质量检测和单管塔插接质量检测等项目。
5．防腐层质量检测。对构件表面防腐涂层外观质量、涂层附着力和涂层厚度等项目进行检测。
6．结构整体变形检测。整体结构变形检测主要有垂直度检测、沉降观测、位移观测、挠度检测和振动监测。
7．支座基础检测。需对铁塔基础的混凝土尺寸与偏差、变形与损伤、保护层厚度以及混凝土强度进行检测。
8．接地电阻检测。对塔桅的防雷接地电阻量进行检测，判断是否符合防雷接地的规范要求。
9．抗风、抗震能力计算。对整个通信铁塔的抗风荷载能力进行有限元分析计算，采用专用的有限元分析软件，按现场实测的数据在计算机中建立铁塔三维模型图，并将每座铁塔上安装的天线、天线横担和其他设施等载荷考虑在其组合荷载中，同时考虑一定等级的风荷载施加在铁塔上，模拟铁塔在现实中受到强风作用计算其承载能力，并判断是否超出其设计计算强度值。从计算中可以看出塔的哪个部位强度最薄弱，提出维护加固方案。
4.2 GSM-R通信铁塔日常维护建议
1．塔体与平台高度测量。与设计或上次测量高度相符。
2．塔体镀锌检查。无锈蚀、附着性好，镀锌层厚度≥86μm(镀锌件厚度≥5mm)，镀锌层厚度≥65μm(镀锌件厚度≤5mm)。
3．螺栓状况检查。螺栓型号正确，无松动;外露丝扣不少于3～5扣螺纹长;螺栓朝向应符合设计规范(由下至上、由里向外、由左至右);主体螺栓(包括单管塔、通信杆、拉线塔法兰螺栓，角钢塔主材螺栓)强度应不低于8.8级;螺栓扭矩应符合设计要求。
4．塔体构件检查。塔体构件齐全，无缺少;各部件连接牢靠，无松动;所有塔体构件无异常。
5．塔体防腐防锈。所有塔体构件(包括主材、塔体、螺栓、接地排等)无锈蚀。
6．天线支架检查。天线支架必须垂直于地面，无倾斜;所有悬空的天线支架必须在底部20cm处设置天线防滑销;天线支架无其他附挂物;固定天线的抱箍螺栓必须有防锈措施(如涂抹黄油)。
7．环境检查。平台或支架上无鸟巢、蜂巢、遗留杂物;场地干净，周围无杂草、垃圾等;屋顶或院墙内排水沟、地漏通畅;标识齐全，必须有禁攀爬、禁雷雨季节靠近等标识;周围无不安全因素，如地面土质变化、屋面或墙面开裂等。
8．塔基塔脚检查。塔基无裂缝;基础钢筋不得外露;塔脚包封良好，地脚螺栓无外露;基础回弹均值必须大于31。回弹测试方法及要求:①对塔基砼进行回弹，一律采用侧面回弹水平施力的方法;②回弹前用砂轮清除侧面的疏松层和杂物，且不应有残留的粉末或碎屑;③检测时必须为砼的原浆面，已经粉刷的需将粉刷层除净;检测面应清洁平整，不应有疏松层、浮浆、油垢，以及蜂窝、麻面;④共测4个面，每面测16个点，除去3个最大值、3个最小值，求回弹平均值，回弹值应达到设计要求。
9．垂直度测量。整体垂直度，铁塔中心垂直倾斜度≤1/1500;扭曲度，各方位钢构件整体弯曲≤1/1000;层间垂直度，塔身每段上下层平面中心线偏差≤层间高/1500。
10．油漆状况检查。表面油漆无斑点、翘皮、脱落现象。处理方案:对油漆异常部位打磨后，先刷842环氧防锈底漆1道，再刷聚安脂可覆涂面漆2道。
11．塔内照明设施检查。塔内照明系统工作良好，塔灯全亮;变压器已做绝缘、防水处理;照明用线缆及接头完好，无漏电现象。
结语：
如何保证GSM-R系统通信铁塔的安全，一直是铁路通信部门比较棘手的问题，希望大家对该问题足够重视，可以参考电信运营商的一些做法，引入专业的检测和维护机构来确保此项工作的实施。
要加强对通信铁塔建设工程质量的管理来保证建设的安全性，清晰各相关单位间和各相关专业间的责任分工界面，完善相应标准;可考虑在铁路建设期专门计列一笔通信铁塔的安全检测费，由铁路建设单位委托有此方面检测资质和能力的第三方机构来进行安全评估，并对发现问题的责任方进行严惩，包括禁止参与工程投标等罚则，提高大家对通信铁塔安全性的认识。运营维护期，安全检测和维护是工作的2个方面，安全检测可采用定期定比例的抽检，例如到中修期所有同一时间建成的铁塔都检测一遍，如发现问题可扩大同一时期的检测范围;根据安全检测的结果提出检修建议，进而开展维护工作。具体工作可委托专业的机构来完成。希望本文能在如何保障GSM-R系统通信铁塔的安全性这一课题方面有一定的参考作用，让中国的高速铁路更加安全可靠。
参考文献：
［1］赵家浩.铁路GSM-R数字移动通信工程施工质量验收暂行标准.2016.02
［2］周志铭.高速铁路通信工程施工质量验收标准.2016.12
［3］李亮辉.加强GSM-R网络维护工作指导意见.运基通信.2016.07
［4］曾智迅.关于落实C网早期基站铁塔安全评估检测工作的通知.2015.09
论文作者:张绍政
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
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