高速鐵路GSM—R通信鐵塔選型及安全性淺析

周荔娟

摘 要：我國的鐵路運輸工作的進(jìn)行過程之中，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)對于現(xiàn)代鐵路運輸有很大的推進(jìn)作用。隨著我國現(xiàn)代鐵路技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合，GSM-R工程網(wǎng)絡(luò)在鐵路的運輸和使用之中得到了很大的優(yōu)化，介紹了高速鐵路GSM-R通信鐵塔選型的的理論依據(jù)，對于通信鐵塔的建設(shè)結(jié)構(gòu)和安全性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；GSM-R通信鐵塔；選型；安全性

1 高速鐵路通信鐵塔的建設(shè)要求

GSM-R網(wǎng)絡(luò)是國家鐵路管理部門與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部門針對鐵路的運行特點而專門設(shè)計的通訊網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持語音通信和網(wǎng)絡(luò)鏈接等功能，可以滿足在高速列車運行過程之中的通信和調(diào)度命令的接收與發(fā)送要求，為列車的安全行駛提供了網(wǎng)絡(luò)保障。GSM-R網(wǎng)絡(luò)在使用之中包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、基站系統(tǒng)、運行系統(tǒng)以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)，各個系統(tǒng)共同合作，完成鐵路運輸過程之中的網(wǎng)絡(luò)鏈接工作。在通信過程之中完成信息傳輸?shù)脑O(shè)備就是網(wǎng)絡(luò)通信鐵塔，為了保證網(wǎng)絡(luò)信號的穩(wěn)定，一般在高速鐵路的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程之中將鐵塔安裝在鐵路周邊，鑒于其安裝位置，通信鐵塔在建設(shè)過程之中具有以下的特點：

1.1 安全性要求

高速鐵路在運行過程之中的網(wǎng)絡(luò)信號獲取對于列車的運行安全有很大的影響，先進(jìn)且快速的網(wǎng)路技術(shù)的應(yīng)用加強了列車之間的信息交流。在傳統(tǒng)的列車行駛之中，假如列車進(jìn)入隧道之中，列車之間的信息交流就會受到阻礙，可能產(chǎn)生事故。在GSM-R網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在列車之中得到應(yīng)用之后，該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以降低在列車的行駛之中，通信受到周圍環(huán)境的影響的程度，進(jìn)而提高列車的行駛的安全性。作為GSM-R網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介的通信鐵塔，其安全性和建設(shè)質(zhì)量對于列車的安全運行有很大的關(guān)系，鐵塔臨近高速鐵路，假如鐵塔建設(shè)存在結(jié)構(gòu)問題，一旦出現(xiàn)鐵塔的結(jié)構(gòu)破壞就會造成鐵路通車受到影響，威脅列車的運行安全和旅客的生命。

1.2 抗變形要求

高速鐵路的運行過程之中，通信網(wǎng)絡(luò)作為聯(lián)絡(luò)指揮臺以及不同列車的工具，其對于信號的強度和信息傳輸過程的可靠性有更高的要求。因此，在通信鐵塔建設(shè)過程之中，鐵塔也被設(shè)計有更強的抗變形能力和結(jié)構(gòu)強度，要求鐵塔在外界風(fēng)力或是其他自然因素的影響之下發(fā)生更小的變形，保證網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)臅惩ā?/p>

1.3 降低建設(shè)維護(hù)成本

為了保證通信過程的正常進(jìn)行，鐵塔需要沿著鐵路進(jìn)行建設(shè)，且對于建設(shè)的基數(shù)也有一定的要求，一般施工規(guī)劃在每隔兩到三公里的距離建立一座通信鐵塔，大量的鐵塔建設(shè)增加了工程的造價。除此之外，鐵路建設(shè)一般在野外進(jìn)行，造成了鐵塔檢修維護(hù)過程的不便，因此，在實際建設(shè)過程之中需要考慮鐵塔施工造價預(yù)算以及檢修維護(hù)工作的開展。

1.4 考慮鐵塔對于鐵路的影響

由于鐵塔和高速鐵路之間的距離較小，在實際建設(shè)之中需要考慮鐵路上列車經(jīng)過時對鐵塔的穩(wěn)定性的影響和建設(shè)過程之中鐵塔的地基施工對鐵路耐久性的影響。施工設(shè)計過程之中要多加注意。

2 鐵塔種類

在實際建設(shè)過程之中主要使用的通信鐵塔形式包括角鋼塔、三管塔、四管塔以及單管塔，下文對于幾種鐵塔形式進(jìn)行了介紹。

2.1 角鋼塔

角鋼塔是使用時間較早的一種通信鐵塔形式，其建設(shè)原材料價格低劣，制作加工費用低，施工安裝技術(shù)含量不高，適合于在施工技術(shù)條件不足的地區(qū)比如野外山區(qū)和農(nóng)村等地進(jìn)行安裝。其缺點是角鋼塔的高寬比較小，結(jié)構(gòu)上通過內(nèi)外包鐵塔鏈接，使得結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，常會在外界的風(fēng)力影響之下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題，需要頻繁的進(jìn)行檢修。

2.2 三管塔

三管塔是近些年在通信鐵塔建設(shè)之中使用較多的一種結(jié)構(gòu)，其主要的設(shè)計思路是利用三角界面的穩(wěn)定性減少鐵塔的構(gòu)件數(shù)目，發(fā)揮鋼構(gòu)件的力學(xué)性能。由于鐵塔的構(gòu)件樹木較少，因此這種類型的鐵塔的外形較為輕巧，由于自重較小，在中小風(fēng)壓的影響之下不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損壞。缺點是三管塔的集合中心和力學(xué)中心不重合，鐵路沿線周邊由于列車的經(jīng)過會產(chǎn)生很大的扭力，造成三管塔的頂部位移。

2.3 四管塔

四管塔的主要結(jié)構(gòu)和三管塔類似，將三角形結(jié)構(gòu)變?yōu)榱怂倪呅谓Y(jié)構(gòu)，增加了塔柱使得鐵塔的抗變形能力有很大的增強。在相同的環(huán)境之中，四管塔比起三管塔的基礎(chǔ)鋼柱受力小20%，因此，在鐵路周邊的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在地質(zhì)條件較差、地基強度不高的地區(qū)使用優(yōu)勢明顯。

2.4 單管塔

單管塔是近年來出現(xiàn)的一種新的鐵塔形式，在施工上，其主要是由鋼板卷制焊接而成的錐形塔節(jié)分段吊裝施工而成，在外形上較為簡約美觀，施工占地面積小，在施工之中不會對鐵路軌道的穩(wěn)定性造成影響。其結(jié)構(gòu)上使用的內(nèi)置爬梯方便了檢修工作的進(jìn)行，有利于定期維護(hù)。缺點是由于只使用了一根鋼柱，使得塔體的抗變形能力很差，在實際使用過程之中容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題。

3 通信鐵塔安全性檢測

3.1 鐵塔焊縫檢測

由于焊縫在制造安裝過程中或在使用過程中都有可能產(chǎn)生裂紋或裂縫，因此，無論在制造安裝過程中還是在使用過程中都應(yīng)對塔體的主要受力部位焊縫進(jìn)行超聲波無損探傷，尤其需對支座法蘭筋板角焊縫進(jìn)行磁粉探傷；對于角鋼塔，需對連接螺栓進(jìn)行預(yù)拉力檢測。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)銹蝕檢測

銹蝕使鋼板的厚度越來越薄，需對鋼板銹蝕后的實際厚度進(jìn)行測試，以便對其使用過程中的強度進(jìn)行有效計算。塔桅鋼構(gòu)件檢測包括構(gòu)件的尺寸檢測、構(gòu)件缺陷、損傷及變形檢測等工作。塔桅鋼結(jié)構(gòu)的連接質(zhì)量與性能的檢測分為焊接連接質(zhì)量檢測、螺栓連接質(zhì)量檢測、高強度螺栓連接質(zhì)量檢測和單管塔插接質(zhì)量檢測等項目。對構(gòu)件表面防腐涂層外觀質(zhì)量、涂層附著力和涂層厚度等項目進(jìn)行檢測。

3.3 抗風(fēng)能力檢測

對整個通信鐵塔的抗風(fēng)荷載能力進(jìn)行有限元分析計算，采用專用的有限元分析軟件，按現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)在計算機(jī)中建立鐵塔三維模型圖，并將每座鐵塔上安裝的天線、天線橫擔(dān)和其他設(shè)施等載荷考慮在其組合荷載中，同時考慮一定等級的風(fēng)荷載施加在鐵塔上，模擬鐵塔在現(xiàn)實中受到強風(fēng)作用計算其承載能力，并判斷是否超出其設(shè)計計算強度值。從計算中可以看出塔的哪個部位強度最薄弱，提出維護(hù)加固方案。

3.4 塔基檢查

塔基無裂縫；基礎(chǔ)鋼筋不得外露；塔腳包封良好，地腳螺栓無外露；基礎(chǔ)回彈均值必須大于31?；貜棞y試方法及要求：①對塔基砼進(jìn)行回彈，一律采用側(cè)面回彈水平施力的方法；②回彈前用砂輪清除側(cè)面的疏松層和雜物，且不應(yīng)有殘留的粉末或碎屑；③檢測時必須為砼的原漿面，已經(jīng)粉刷的需將粉刷層除凈；檢測面應(yīng)清潔平整，不應(yīng)有疏松層、浮漿、油垢，以及蜂窩、麻面。

結(jié)束語

要加強對通信鐵塔建設(shè)工程質(zhì)量的管理來保證建設(shè)的安全性，清晰各相關(guān)單位間和各相關(guān)專業(yè)間的責(zé)任分工界面，完善相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；可考慮在鐵路建設(shè)期專門計列一筆通信鐵塔的安全檢測費，由鐵路建設(shè)單位委托有此方面檢測資質(zhì)和能力的第三方機(jī)構(gòu)來進(jìn)行安全評估，并對發(fā)現(xiàn)問題的責(zé)任方進(jìn)行嚴(yán)懲。

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