宜萬鐵路隧道無砟軌道的綜合接地

鄧 文

(中鐵二局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司,成都 610031)

宜萬鐵路 3km以上的隧道均鋪設(shè)雙塊式無砟軌道,全線采用 ZPW-2000A型軌道電路,由于在鋼軌上需要通過各種不同頻率的電流信息,所以鋼軌就不能接地。通過對國內(nèi)外方案對比論證,最終采用了綜合接地系統(tǒng),來達(dá)到各專業(yè)接地系統(tǒng)的等電位連接。

1 綜合接地的設(shè)計理念

所謂接地,就是將設(shè)備和用電裝置的中性點、金屬外殼或支架與接地裝置用導(dǎo)體作良好的電氣連接,通過接地導(dǎo)體將線路漏電、設(shè)備漏電及電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)等產(chǎn)生的過電壓通過接地回路導(dǎo)入大地,而避免設(shè)備等的損壞及保證人身安全。接地分為工作接地、系統(tǒng)接地、防雷接地、保護(hù)接地,接地系統(tǒng)是通過接地導(dǎo)體將過電壓產(chǎn)生的過電流通過接地裝置導(dǎo)入大地,從而實現(xiàn)保護(hù)設(shè)備正常工作的目的的設(shè)備或構(gòu)件的總和。綜合接地系統(tǒng)是將各專業(yè)所有的被保護(hù)對象都一并連接在一個安全的接地網(wǎng)絡(luò)上,但不同的接地都需要從接地裝置處的等電位點相互連接,通過各接地極或接地體等電位連接,電流直接由接地線通過等電位接地體對地放電,避免漏電或過電流,從而達(dá)到接地的目的。接地裝置的安裝,必須確保接地阻值在設(shè)計范圍之內(nèi),具備安全、可靠的優(yōu)點,而且需要通過定期的測量確定接地可靠性。

由于采用無砟軌道及整體道床,綜合接地貫通線要合理有效可靠地布設(shè)于隧道內(nèi),最終與大地可靠連接,達(dá)到接地電阻值的要求。采用隧道結(jié)構(gòu)接地和道床板接地的二合一的設(shè)計方案作為宜萬鐵路隧道綜合接地的布置方案,具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理和施工便捷(具備平行作業(yè)條件)等特點。

2 綜合接地的設(shè)計原則

宜萬鐵路信號系統(tǒng)配置 ZPW-2000A諧振式軌道電路,以鋼軌作為其傳輸通道。當(dāng)信號電流通過鋼軌時,由于無砟軌道內(nèi)設(shè)有構(gòu)成閉合回路的鋼筋網(wǎng),且距離鋼軌很近,軌道結(jié)構(gòu)中的鋼筋與軌道電路耦合會產(chǎn)生感應(yīng)電流,在軌道電路和鋼筋間形成變壓器效應(yīng),對軌道電路產(chǎn)生干擾,影響軌道電路的傳輸性能,使傳輸長度縮短,從而要增加軌道電路的設(shè)備,對系統(tǒng)的可靠性有影響,且增加維修工作量和費用。為了減少無砟軌道區(qū)段對軌道電路的傳輸衰耗,要求對軌道結(jié)構(gòu)中的鋼筋作絕緣處理。

2.1 隧道的結(jié)構(gòu)接地

在每個綜合洞室底板下方做鋼筋網(wǎng)作接地體,設(shè)于模筑襯砌中。接地體與貫通銅纜間通過內(nèi)部鋼筋及接地扁鋼用電纜連接。接地鋼筋網(wǎng)由縱向鋼筋和環(huán)向鋼筋構(gòu)成,每 100m構(gòu)成 1個接地鋼筋網(wǎng)單元。

2.2 無砟軌道道床板接地

軌道板內(nèi)鋼筋除專用接地鋼筋外的縱向和橫向鋼筋需做相互絕緣處理(避免對信號的影響),專用接地鋼筋按樹狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(單點接地原則),不允許形成電氣環(huán)路。

3 綜合接地的實現(xiàn)

3.1 隧道的結(jié)構(gòu)接地

(1)接地鋼筋網(wǎng)單元在二次襯砌中,利用內(nèi)層縱、環(huán)向結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地鋼筋構(gòu)成。以接觸線垂直向上在拱頂?shù)耐队熬€兩側(cè),以 0.5m為間隔,各選 3根后按每 1m選 1根縱向結(jié)構(gòu)鋼筋作為縱向接地鋼筋;環(huán)向鋼筋按每 50m的間隔,選取環(huán)向結(jié)構(gòu)鋼筋作為環(huán)向接地鋼筋。

(2)在兩側(cè)電纜槽的線路側(cè)外緣各設(shè) 1根縱向接地鋼筋,有鋼筋的隧道,接觸網(wǎng)基礎(chǔ)附近的縱向結(jié)構(gòu)鋼筋應(yīng)與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)連接,并作為縱向接地鋼筋使用。縱、環(huán)向接地鋼筋間可靠連接,環(huán)向接地鋼筋與 2根貫通地線連接。二次襯砌無鋼筋時,另設(shè)環(huán)向接地鋼筋與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)及 2根貫通地線連接。

(3)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖隧道,利用錨桿和專用環(huán)向接地鋼筋、鋼架作為接地極,并在左側(cè)或右側(cè)墻角附近,用連接鋼筋將多根專用環(huán)向接地鋼筋、鋼架串接為1個接地裝置;Ⅱ級圍巖隧道,利用隧道底板的下層結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地極,多個接地極組成 1個接地裝置。每處接地裝置與貫通地線連接。

(4)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖隧道,墻角附近用于串接鋼架、專用環(huán)向接地鋼筋的連接鋼筋左、右側(cè)間隔設(shè)置,該連接鋼筋應(yīng)先與連接接觸網(wǎng)基礎(chǔ)的環(huán)向接地鋼筋連接后,再與貫通地線連接;Ⅱ級圍巖隧道,連接接觸網(wǎng)基礎(chǔ)的環(huán)向接地鋼筋和底板接地極應(yīng)通過電纜槽線路側(cè)外緣內(nèi)的縱向接地鋼筋實現(xiàn)與 2根貫通地線的連接;原則上,接地鋼筋與貫通地線的連接間隔不大于 100m。

3.2 無砟軌道道床板接地

(1)無砟軌道的現(xiàn)場澆筑道床板要進(jìn)行絕緣處理。道床板上、下層縱、橫向鋼筋的交叉點采用鋼筋絕緣卡方式連接。鋼筋絕緣襯墊宜采用聚乙烯,其體積電阻率應(yīng)大于 1014Ω?cm,按《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法》(GB/T1410)的試驗方法檢測,為保證襯墊與鋼筋的緊密連接,絕緣襯墊的卡力不得小于 25N,可按相應(yīng)的測試方法檢查,絕緣襯墊的絕緣電阻應(yīng)大于 1012Ω。道床板鋼筋架設(shè)完成后,進(jìn)行絕緣檢查,合格后方可進(jìn)行混凝土灌注。

(2)將每股道整體道床最表層的鋼筋中的 3根縱向鋼筋作為接地鋼筋,鋼筋 φ16mm,道床兩頭均各留1個接地端子,接地端子與縱向接地鋼筋焊接連接成等電位;沿線路方向每 100m形成 1個接地單元,1個接地單元內(nèi)的道床板間通過不銹鋼纜線連接,每個接地單元與接觸網(wǎng)架空地線連接 1次。縱向接地鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不大于 100mm。

(3)道床板預(yù)留接地端子在單線隧道內(nèi)均預(yù)留在萬州方向的左側(cè);雙線區(qū)段均預(yù)留在田野側(cè)(外側(cè))。接地端子采用不銹鋼制造,按照《雷電防護(hù) 第三部分 建筑物的實體損害和生命危險》(IEC62305-3)的規(guī)定,不銹鋼材料的成分應(yīng)滿足:Cr≥16%、Ni≥5%、Mo≥2%、C≤0.08%,如 GB00Cr17Ni14Mo2。

(4)為保證單點接地,每塊道床內(nèi)均設(shè) 1處 φ16 mm的橫向接地鋼筋,橫向接地鋼筋與縱向接地鋼筋之間焊接。

(5)每 100m設(shè)置的接地引線截面采用 95mm2,型號為 JKYJ-1×95(單芯鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣架空電纜),一端設(shè)并溝線夾(JL34-89),一端設(shè)線鼻。

(6)接地鋼筋與道床板內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)鋼筋交叉時需絕緣。

3.3 保護(hù)層厚度

接地鋼筋應(yīng)優(yōu)先選擇隧道結(jié)構(gòu)體及道床板的最外層縱向鋼筋,其保護(hù)層厚度應(yīng)控制在 25mm的范圍以內(nèi)。若保護(hù)層的厚度太小,則無法起到對鋼筋的保護(hù)作用,易引起鋼筋的銹蝕而失去接地功能;若厚度太大,則在特殊情況如接觸網(wǎng)線斷線、雷電擊中等出現(xiàn)時,提供電氣回路引導(dǎo)電流的通路實現(xiàn)困難,同樣也起不到接地保護(hù)的作用。

3.4 接地測試

隧道的接地鋼筋均設(shè)置在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi),混凝土澆筑后接地系統(tǒng)即成為隱蔽工程,一旦接地通路破壞或斷開將很難補救,因此接地鋼筋連接完成后應(yīng)對焊接位置逐個進(jìn)行檢查測試、記錄并留存電子文檔,全部合格后方可澆筑混凝土。

3.5 無砟軌道 ZPW-2000A軌道電路一次參數(shù)及道床漏泄電阻測試

軌道電路是通過鋼軌傳輸電流,鋼軌通過軌枕放置在整體道床上,鋼軌阻抗和道床電阻就成為軌道電路固有的電氣參數(shù),由于無砟軌道內(nèi)鋪設(shè)了大量鋼筋,對軌道電路一次參數(shù)產(chǎn)生影響,從而影響軌道電路信息在軌道電路中的傳輸距離。宜萬鐵路大于 3km的長大隧道均設(shè)置雙塊式無砟道床。測試旨在為本線自動閉塞系統(tǒng)施工設(shè)計的合理劃分閉塞分區(qū)軌道電路長度提供必要的設(shè)計依據(jù),保證宜萬鐵路自動閉塞軌道電路正常工作,節(jié)約工程投資,降低工程造價,確保自閉工程的順利開展。

在具備測試條件且采用無砟軌道結(jié)構(gòu)的隧道中選擇有代表性的 3座長大隧道進(jìn)行測試。

(1)堡鎮(zhèn) Ⅰ線隧道 (DK75+940,長 11560m)DK073+996處往大里程1350m地段,為雙塊式無砟軌道,其設(shè)計軌道結(jié)構(gòu)高度為 624mm,因現(xiàn)場的施工誤差,實際軌道結(jié)構(gòu)高度為 710mm。

(2)野三關(guān)Ⅰ線隧道(DK123+224S,長13838m)DK124+668處往大里程1380m地段。其設(shè)計軌道結(jié)構(gòu)高度為 561mm。

(3)紅巖寺Ⅱ線隧道(DK62+070,長3493m)DK162+149處往小里程1370m地段。其設(shè)計軌道結(jié)構(gòu)高度為 561mm。

對以上 3段軌道一次參數(shù)進(jìn)行測量,根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行軌道電路極限長度的計算,并按計算結(jié)果確定的軌道區(qū)段設(shè)計長度值對上述測試區(qū)段提前實施軌道電路設(shè)施,進(jìn)行軌道電路實測驗證。

測試采取直接和間接相結(jié)合的測試方法,分別對軌道電路的鋼軌參數(shù)和道床漏泄電阻進(jìn)行測試。具體測試方法:雙短路法、開短路法、對稱雙短路法。

宜萬鐵路于 2010年 4月進(jìn)行了上述測試,測試結(jié)果表明:3座隧道所測試區(qū)段綜合接地,均能滿足ZPW-2000A軌道電路信息在軌道電路中的傳輸距離要求。將于2010年7月對上述測試區(qū)段提前實施軌道電路設(shè)施,進(jìn)行軌道電路實測驗證。

4 結(jié)語

綜合接地體的阻值效果主要與土壤、接地體電阻率及構(gòu)件可靠連接有關(guān)。宜萬鐵路為山區(qū)鐵路,土壤接地效果不良,且無砟軌道內(nèi)鋪設(shè)了大量鋼筋,對軌道電路一次參數(shù)產(chǎn)生一定的影響。無砟軌道綜合接地的質(zhì)量,關(guān)鍵在于控制好軌道板內(nèi)鋼筋絕緣處理的質(zhì)量。通過混凝土澆筑前施工工藝的檢查及絕緣處理的測試,使質(zhì)量關(guān)鍵點得到有效控制,從而使無砟軌道ZPW-2000A軌道電路一次參數(shù)及道床漏泄電阻測試數(shù)據(jù)良好,能滿足 ZPW-2000A軌道電路信息在軌道電路中的傳輸距離要求,能保證自動閉塞軌道電路正常工作。不用對軌道區(qū)段進(jìn)行分割,節(jié)約工程投資,降低工程造價,確保宜萬線自閉工程的順利開展。

[1] 閆阿利.淺析客運專線無砟軌道橋梁綜合接地[J].山西建筑,2008(28).

[2] 鐵集成[2006]220號,客運專線綜合接地技術(shù)實施辦法(暫行)[S].

[3] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.武廣客運專線設(shè)計參考圖[Z].武漢:2007.