铁路通信铁塔设计的分析与思考

铁路通信铁塔设计的分析与思考

摘要: 介绍并分析了铁路通信铁塔常用的结构、特点，以及各种地质条件下铁塔基础的处理方法，对特殊地段铁塔的设计进行了研究。

关键词: 通信铁塔; 设计; 分析

在铁路通信系统中，尤其在客运专线中，无线通信系统的重要性不言而喻，而通信铁塔是承载无线通信系统天线的设施，是无线通信系统的重要组成部分，与一般通信设备不同，铁塔不能安装于通信机房内，而是在室外安装的通信设施，并且数量众多，距铁路线近，其安全性和稳定性不仅影响无线通信自身的稳定，还直接影响着铁路的行车安全以及旅客的生命财产安全，铁路发生过铁塔倒伏和倾斜的事故，虽然因发现及时未酿成大祸，但也为我们敲响了警钟，因此在铁塔设计，施工和维护中都要重点关注其安全性。

一铁路通信铁塔的设计要求

铁塔属于高耸结构范畴，不同于一般的建筑结构，它具有高柔外露无维护等特点高柔是指高度较高横截面相对较小，结构具有柔性由于是外露性的结构，风荷载起主要作用，风荷载对结构作用的大小，取决于结构布置尺寸构件截面形状等; 由于结构无维护，就要考虑其维护保养的问题; 由于施工条件不同于一般结构，铁塔要考虑运输高空吊装提升等因素，必须分段制作; 铁塔主要承受风荷载和地震作用，这些荷载和作用具有动力性质，设计时要考虑风振系数风压高度变化系数等; 铁塔基础不仅要考虑受压，更重要的是满足抗拔要求

1．方便施工铁塔施工需要组装或吊装，需要在现场作业，还要动用机械，因此比较复杂很多施工场地狭小，不利于大型机械作业因此，如何使铁塔便于安装也是十分重要的

2．方便维护性由于铁塔自身的特点，其在结构上不能维护，所以保养就需要跟上，才能确保其寿命期内的安全性基于此，也对铁塔设计中方便保养方便维修等提出了更高的要求。

3．景观协调安装在城市内的铁塔以及安装在大型车站内的铁塔，一般都要满足城市的规划以及车站的整体景观效果因此在铁塔的位置铁塔的样式等方面有了更高的要求其中，铁塔位置除了要满足无线通信系统场强覆盖外，还要兼顾车站和城市的整体规划布局，有时为了保证后者，甚至要反复修改场强覆盖方案; 而铁塔的样式美观度与周围景观的协调等在此更显得重要。

4．安全性它是铁路通信铁塔设计首要考虑的问题一座合格的铁塔，应在其设计寿命期内，在未发生超出设计范围的自然因素情况下正常工作，不发生倾斜倒伏等现象根据铁塔的特点，设计中应充分全面地考虑当地的自然条件，确保其安全性。

5．铁塔设计还要考虑造价问题，尽量节省工程投资。

二铁路特殊地段通信铁塔的设计研究

铁路穿过的地形地貌复杂多样，很多工程会遇到复杂地段立塔的情况，如何解决在这些地段立塔的问题，往往成为无线通信设计施工，甚至整个工程的制约因素

1隧道口

我国也是一个多山的国家，铁路穿越山区的项目很多山区铁路不可避免的会有很多隧道以及桥隧相连等弱场地段在无线通信系统的方案设计中，隧道内一般采用漏泄同轴电缆和光纤直放站的方式进行弱场补强，隧道口一般需要设置GSM- R光纤直放站远端机设备，由远端机连接漏缆或天线完成隧道内或隧道间弱场区GSM- R 覆盖对于山区铁路在桥隧相连区段，在满足20 m 射频电缆可达隧道口的区域内，光纤直放站设备安置极其困难，可以安置的地方往往在山顶或其他山坡位置，由于设备远离铁路线，造成GSM- R 信号在馈线内损耗过大，影响隧道内或隧道间GSM- R 无线信号覆盖。

经过研究，隧道口的铁塔塔形以四柱角钢塔三柱管塔或独管塔为宜，高度不高于30 m，钢材的材质为Q345 以上( 以增加铁塔自身的承受力) ;抗震烈度为当地烈度高一度以上; 铁塔安全等级为一级( 或以上) ; 平台的设计尽量考虑减少受力面积，可设立多个平台但单个每层平台不宜大于 4 副天线; 设计风压0.

55 kN/m2; 主体连接螺栓为8. 8 级高强度螺栓; 接地电阻不大于4Ω。

2、跨大江、大河的桥梁

我国水系众多，因此铁路跨大江、大河的情况很多，这时，对无线的设计方案影响很大由于跨大江、大河的桥梁形式多样，且大多距离较长，而且无法在地面设立铁塔进行弱场覆盖，无线通信系统的设计方案要么是在桥上设置漏泄同轴电缆加光纤直放站，要么采用设置小型天线覆盖而在桥上架设漏泄同轴电缆的方式，需要考虑架设条件，因桥梁自身结构的原因，留给无线通信单独立杆的位置几乎没有，那么就需要与接触网共支柱，可是由此引起的维护问题和电磁干扰问题又较为严重而且，铁路的相关规范对此还有矛盾之处，工程实施和后期维护保养非常麻烦如果能够在桥梁上立塔，会使无线通信系统的方案非常容易实施，且不易受到电磁干扰，通信效果好但跨大江大河的桥梁上立塔应综合考虑大桥桥梁的共振，宽度，列车通过时的瞬时风压，气候的湿度( 对钢材的腐蚀程度) 桥梁的设计负荷，双层桥梁的高度以及安装的位置与接触网杆导线等的干扰及协调问题经过研究，跨江大桥的铁塔塔形以三边管塔四柱角钢塔或者组合工艺塔为宜; 高度不高于30m; 钢材的材质为Q345 以上( 以增加铁塔自身的承受力) ; 抗震烈度比当地烈度高一度以上; 铁塔安全等级为一级( 或以上) ; 平台的设计尽量考虑减少受力面积，可设立多个平台但单个每层平台不宜大于4 副天线; 设计风压0. 55 kN/m2; 主体连接螺栓为8. 8 级高强度螺栓; 接地电阻不大于4Ω。

三铁塔基础各种土质的一般处理方法

1 部分消除液化沉陷措施

1）处理后的地基液化指数应减小2）采用强夯、振动加密、碎石桩加固后，桩间土的标贯锤击数不宜小于液化判别标准锤击数临界值3）基础边缘以外的处理宽度应超过基底下处理深度的1 /2，且不小于基础宽度的1 /5。4）采取减小液化震陷的其他方法，如增加非液化土层的覆盖厚度和改善周边的排水条件等

2 全部消除液化沉陷措施

1）采用桩基时，桩端进入液化土层下的稳定土层深度按计算确定，坚硬持力层深度不小于0. 8 m，非坚硬场地深度不小于1. 5 m。2）采用加密法加固时，应处理至液化深度下界; 采用强夯振动加密，碎石桩加固后，桩间土的标贯锤击数不宜小于液化判别标准锤击数临界值。3）用非液化土层替换液化土层，或增加非液化土层的覆盖厚度。4）当采用换填法或加密法处理时，基础边缘以外的处理宽度应超过基底下处理深度的 1 /2，且不小于基础宽度的1 /5。

3 减轻液化影响措施

1）选择合适的基底埋深2）调整基底面积，减少基础偏心3）加强基础刚度，如采用伐基箱基4）避免不对称，不均匀的沉降5）选择灌注桩，穿透液化层，传力于液化层之下的持力层。

4.冻土的一般处理方法

冻土主要是限制铁塔基础埋深当建筑基础底面之下允许有一定厚度的冻土层时，应先计算基础的最小埋深在冻胀强冻胀特强的冻胀地基上应采用下列防冻害措施

1）防止雨水地表水生产废水生活污水浸入建筑地基，应设置排水设施在山区应设截水沟或在建筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水流。

2）宜选择地势高地下水位低地表排水良好的建筑场地对低洼场地，宜在建筑四周向外一倍冻深距离范围内，使室外地坪至少高出自然地面300 ～500 mm。

3）对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于10 cm 对在地下水位以下的基础，可采用桩基础自锚式基础( 冻土层下有扩大板或扩底短桩) 或采取其他有效措施。

4）当独立基础联系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相