城際軌道交通特殊工點綜合接地設計

程 梁,張 旭

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司通信信號設計研究院,北京 100055)

城際軌道交通特殊工點綜合接地設計

程 梁,張 旭

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司通信信號設計研究院,北京 100055)

綜合接地系統是保障人身安全、電氣設備安全的重要系統[1]。城際軌道交通存在大量的高架站及地下站,論文分析了高架站、地下站等特殊工點綜合接地的設計思路,針對不同類型構建物,詳細討論其綜合接地平臺搭建與接地細部設計,闡述接地效果測試的方法。

城際軌道交通;綜合接地設計;特殊工點;接地效果測試

1 概述

一般而言,設計時速在200 km及以上線路(包括客運專線、客貨混運線路、城際軌道交通線路等)需設置綜合接地系統[1]。綜合接地系統以沿線兩側敷設的貫通地線為主干,并充分利用沿線橋梁、隧道、路基地段構筑物設施內的接地裝置作為接地體,形成低阻等電位綜合接地平臺[2]。在綜合接地系統中,距接觸網帶電體5 m范圍以內的金屬構件、距線路兩側20 m范圍以內的鐵路設備房屋的接地裝置均需接入該系統,所有設備在貫通地線接入處的接地電阻不應大于1 Ω[3-5]。

目前,客運專線鐵路或客貨混運線路綜合接地設計均參考原鐵道部經規院發布的《鐵路綜合接地系統》(通號(2009)9301號圖冊,以下簡稱“9301圖冊”),該圖冊對于一般路基、橋梁、隧道地段都有與其相對應的綜合接地設置指導方案。而城際軌道交通為城市與城市之間線路,線路多采用高架或地下敷設方式,沿途車站一般設置為站橋合一形式高架站或地下站,與國鐵線路存在不同,其高架站或地下站等特殊工點綜合接地設計在9301圖冊中沒有相關的接地標準方案,需參照9301圖冊的設計原則進行特殊設計。

2 特殊工點綜合接地設計思路

特殊工點綜合接地的設計需重點考慮以下幾個方面。

(1)綜合接地系統平臺的搭建:應分析特殊構建物的斷面結構特點,考慮如何利用其建筑結構特點搭建綜合接地平臺。

(2)接地引出線及接地端子設置:在構建物合適地點按強電、弱電分別設置接地引出線,接地端子根據需要設置。

(3)接地效果:結合土壤電阻率及構建物外部特點(如是否設置防水層),考慮如何改進接地效果。

3 城際軌道交通特殊工點綜合接地設計

3.1 地下站綜合接地設計

地下站一般采用明挖法或暗挖法施工,開挖為一個矩形地下立體結構。對于地下車站有樁基段,可利用地下結構各軸之間的鋼筋混凝土基礎結構樁作自然接地體。選擇鋼筋混凝土基礎結構樁內2根非預應力鋼筋作為引下線;樁基之間設置鍍鋅扁鋼,樁基的四周各設一塊鍍鋅鋼板,一端與鍍鋅扁鋼連接,一端與樁內用于綜合接地的鋼筋可靠焊接。圖1為某城際軌道交通地下站利用地下結構專業預埋的抗浮樁做自然接地體的示意。

對于地下車站無樁基段,可考慮新設若干接地極,或困難情況下新設一單獨接地網。以新設接地網為例,新設接地網一般敷設于車站結構底板墊層下約0.6 m的平面上[6-7],與底板墊層平行布置,由若干垂直接地體、水平接地體、均壓帶以及接地引上線、止水環[8]等組成。其中引上線可分為強電設備(電力)接地引上線、弱電設備(通信、信號等)接地引上線和非電氣金屬管線(給排水、FAS、BAS等)接地引上線3類,每組引上線包括一組接地母排(含多個接地端子),引上線之間的電氣距離一般按大于20 m考慮。單獨設接地網示意見圖2。 3.2 地下區段綜合接地設計

圖1 地下站有樁基段綜合接地效果

圖2 地下站綜合接地網

對于非全包防水層地下區段,可通過貫通地線與隧道底板結構鋼筋連接實現接地。對于全包防水層地下區段,為保證有效接地,沿線路方向等間距在防水層下方約0.6 m處鋪設3根貫通縱向接地鋼筋;從隧道進口2 m處開始,每間隔約100 m設置1處橫向連接鋼筋,橫向連接鋼筋需與縱向接地鋼筋嚴格焊接,同時在通信信號電纜槽側壁設置垂直接地體(有樁基段可利用樁基作垂直接地體),破防水層并與縱向連接鋼筋連接,如圖3所示。

圖3 全包防水層地下區段綜合接地效果

3.3 高架站綜合接地設計

城際軌道交通高架站多為站橋合一形式,如圖4所示,貫通地線一般敷設于站臺夾層內(若梁面寬,貫通地線敷設于梁面的電纜槽內,按9301圖冊的做法實施),通過設置不銹鋼引接線與站臺墻內的縱向接地鋼筋連接,該鋼筋向下與軌道梁橫向接地鋼筋連接,進一步與柱內用于接地的鋼筋連接。綜合接地利用自上而下的基礎梁內鋼筋、柱內鋼筋、結構基礎的樁基和承臺鋼筋組成的自然接地體。

圖4 高架站綜合接地效果(單位:m)

參考9301圖冊的做法,站臺墻的臺面上層靠線路側60 cm范圍內的縱向結構鋼筋與站臺墻內用于接地的縱向結構鋼筋連接;站臺區域如有安全門,可將其構建物內部鋼筋與站臺墻用于接地的縱向鋼筋連接。梁體和房屋軌道梁兩側分別設接地端子,并用不銹鋼線連接。此外,結構柱內用于接地的鋼筋向上與高架站雨棚內鋼筋可靠焊接,對于高架站而言,綜合接地系統和綜合防雷系統可共用接地極。

高架站一般不單獨設置接地網,可將地面以上軌道梁層用于接地的鋼筋連接,從而達到全站接地鋼筋連通并成網絡的效果。

3.4 鋼桁梁綜合接地設計

對于設置鋼桁梁的橋梁結構(如三角桁架連續結合梁),可考慮將鋼桁梁的上部與梁體內用于接地的鋼筋連接,鋼桁梁的下部通過接地端子與梁墩的接地端子通過不銹鋼引接線連接。鋼桁梁中的鋼結構以電氣連接的方式實現了梁體上部與下部橋墩的連接。

3.5 特殊工點接地效果的改進措施

接地的效果受制于外部因素,如土壤性質、含水量、溫濕度、土壤化學成分、土壤熱阻系數等[9],也受接地的載體(接地極的選用)、接地方式的影響。一般而言,利用建筑物或構建物基礎中的鋼筋作為接地極,是最有效而節省投資的做法。接地電阻值在敷設前可通過接地電阻的相關理論公式估算,以實測電阻值為準。以地下站綜合接地的施工為例,在階段性的施工結束后,應對已完成部分進行接地電阻測試,以此推算整個接地網的電阻值;如計算結果不滿足設計要求(1 Ω),則應在余下接地網敷設中采取補救措施,如在接地體周圍置換土壤(黑土、黏土)、施放降阻劑、補充增設垂直接地體等[10-12]。

4 結論

因各高架、地下車站構建物的結構不同,應結合其車站具體斷面結構進行綜合接地設計,利用構建物結構搭建綜合接地平臺,并充分考慮貫通地線的敷設、接地端子預埋、等電位連接等細部設計,與站前土建專業共同制定特殊工點的綜合接地設計,最后通過測試檢驗接地效果。

[1] 劉立峰,廖自力.高速鐵路綜合接地特殊工點技術方案[J].鐵路技術創新,2010(5):48-50.

[2] 鐵道部工程設計鑒定中心.鐵路綜合接地和信號設備防雷系統工程設計指南[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

[3] 中國中鐵二院工程集團有限責任公司.通號(2009)9301鐵路綜合接地系統[S].北京:鐵道部經濟規劃研究院,2009.

[4] 中華人民共和國鐵道部.鐵運[2006]26號鐵路信號設備雷電及電磁兼容綜合防護實施指導意見[S].北京:中華人民共和國鐵道部,2006.

[5] 中華人民共和國鐵道部.鐵運[2006]39號鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術暫行規定[S].北京:中華人民共和國鐵道部2007.

[6] 劉立峰,周南駿.武廣鐵路客運專線綜合接地標準化設計[J].鐵道標準設計,2010(1):169-172.

[7] 黃文旭,譚詳國.地鐵車站的綜合接地工程[J].電氣安全技術, 2011(3):28-30.

[8] 邱慶珠.地鐵車站“綜合接地裝置”設計中的若干問題[J].電氣應用,2005(3):39.

[9] 王昱,寧璇.地鐵車站綜合接地若干問題的探討[J].現代城市軌道交通,2012(5):44-46.

[10]丁萬里,任志善,李從昀.北京地區淺層土壤電阻率測試及影響因素[J].農村電氣化,2012(11):22-23.

[11]陳海輝.高土壤電阻率地區地鐵接地設計[J].都市快軌交通, 2013(6):134.

[12]劉慶國.高土壤電阻率地區接地問題分析及處理[J].科技傳播, 2011(10):117-118.

[13]劉運龍,趙顯義.高土壤電阻率地區接地網的降阻措施研究及應用[J].紅水河,2012(1):77-79.

Design of Integrated Earthing for Special Construction Site of Intercity Railway

CHENG Liang,ZHANG Xu
(Design and Research Institute of Communication and Signal,China Railway Engineering Consultancy Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)

U239.5;TM862

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.038

1004-2954(2014)08-0156-03

2013-11-04;

2013-11-24

程 梁(1982—),男,工程師,2008年畢業于北京交通大學交通信息工程及控制專業,工學碩士,E-mail:cheunlane@gmail.com。