关于地铁杂散电流的防护.docx

关于地铁杂散电流的防护黄德亮中图分类号 :u231文献标识码 :a文章编号 :1007 936x(2000) 03 0052 03大 ,隧道每隔一定距离需设伸缩缝 ( 结构段) 以缓冲钢筋伸缩 ,防迷流专业要求伸缩缝处结构钢筋断开 ,将每个隧道段内的结构钢筋在尽量减少焊点的前提 下焊成一个电气整体 ,并在结构段两侧伸缩缝处引出结构钢筋的测防端子 ( 由扁钢焊接而成) ,此端子既可作两侧结构段结构钢筋的连接端子 ,也可用于 测量钢筋电位 。在对隧道结构长度要求上 ,从杂散 电流防护专业本身出发不宜太长 ,因为伸缩缝虽然 是从隧道专业出发设立的 ,但杂散电流专业要求伸 缩缝处加设绝缘材料以对伸缩缝两侧钢筋进行绝缘 隔离 ,因为隧道结构的距离较小时有利于将来对杂 散电流沿隧道钢筋排流 ,当然隧道结构段的缩短加 大了施工难度 ,在满足隧道结构钢筋伸缩要求的前 提下 ,与隧道结构专业意见达成一致 , 结构段采用60 m左右 。212 暗挖 (矿山法) 施工隧道暗挖隧道离地面较深 ,其钢筋结构形成是由骨 架圆环钢筋作为主要支承 ,骨架圆环钢筋与纵向钢筋焊接 ,矿山法施工区间隧道的钢筋本身已焊接成 统一的电气整体 。矿山法隧道结构钢筋混凝土层与隧道内壁素混凝土层间有一层防水膜 ,为不破坏防 水层 ,在隧道壁安装参考电极有很大困难 ,故在矿山法区间隧道只引出内部钢筋端子 ,不安装参考电极 。矿山法施工隧道从隧道专业本身考虑由于温差较 小 ,并不一定设置伸缩缝 ,但为了测量隧道钢筋内杂散电流 ,选取典型路段适当进行分段并断开结构钢 筋 ,用素混凝土隔离钢筋办法 ,每隔250 m设一缝 ,并 在缝两侧分别引出钢筋端子 。当然这种缝绝缘电阻较小 ,通过这种缝所测杂散电流精度较差 ,但可通过不同时期先后测量 ,比较测量结果大小 ,有利于从整 体来评估杂散电流大小是否增加 。213 盾构区间隧道盾构区间隧道是由圆形管片一片一片通过螺栓 连接在一起 ,每个盾构管片内有结构钢筋 ,在隧道内1前言广州地铁一号线在杂散电流防护设计中吸取了国内外地铁杂散电流防护的经验 。地铁建设是百年大计 ,而杂散电流防护水平与今后长期的安全运行 密切相关 ,杂散电流防护措施的实施涉及的专业较 多 。广州地铁公司在工程实施中成立迷流防护专 业 ,提出对车站 、隧道 、轨道等土建专业以及信号 、给 排水 、防灾报警 、环控 、供电等专业的施工配合和安 装技术要求 ,并落实到最终的施工方案中去 。杂散电流防护设计的原则是“以堵为主 ,以排为 辅”,既“治本”也考虑对“条件”的治理 。首先是采用 加大钢轨泄漏绝缘电阻 ,防止泄漏 ;其次针对广州地 铁土建结构设施的情况 ,形成整体杂散迷流通道 ,进 行排流 。同时也考虑为杂散电流监测创造条件 ,预留测防端子及参考电极安装位置 。 本文着重论述杂散电流防护和对其它专业的技术要求 。2地铁隧道及车站杂散电流防护对土建专业提出技术要求的原则 : 由于土建设施施工的不可重复性 ,杂散电流防护设计应考虑周全 ,以免遗漏 ,也要考虑避免对相关专业造成的施工 困难及费用增加 。在实际施工中 ,防迷流专业提供 了对土建专业 (包括隧道 、道床等) 的钢筋焊接通用图 ,由于广州地铁公司根据不同地质情况 , 采用明 挖 、暗挖 、盾构方式施工 ,基本上代表了不同的隧道 类型 。211 明挖区间隧道明挖区间隧道离地面较浅 ,受地面温度影响较作者简介 : 黄 德 亮 , 广 州 地 铁 公 司 , 工 程 师 , 广 东广 州510380 ,电话 :86673366 转 1206 (广州) 。 52关于地铁杂散电流的防护黄德亮2000 年第 3 期管片安装之前是预制的 ,虽然每个管片内结构钢筋成弧网状 ,并全部焊接为一个电气整体 ,但做到管片 与管片之间的电气连接 ,实现起来比较困难 ,因为管 片之间的连接是用螺栓实现的 ( 每管片有 4 个连接 螺栓 ,且内部螺栓不与钢筋相连) ,即使如此 ,由于螺栓繁多 ,现场安装时不可能将螺栓焊接 。在盾构区 间要实现排流防护一方面是涉及到盾构管片内部钢 筋结构改造 ,费用较高 ; 另一方面 ,即使将螺栓螺母 与内部钢筋焊接起来 ,也由于螺栓螺母的焊接接触 导致不良的电气连接 ,所以对盾构采取隔离法防护较为现实 。每个管片纵向长度112 m ,距离较短 ,管 片安装是用素混凝土连接固定的 ,也起了隔离作用 , 由于单个管片面积很小 ,限制了杂散电流向管片钢 筋泄漏及进一步扩散 。214 地铁车站建筑杂散电流防护在地铁车站结构施工时 ,土质条件较差的车站 , 施工之前先打混凝土结构钢筋竖桩或做连接墙 ; 地 质较好的车站采用直挖后再做底板钢筋浇注 、边墙 钢筋浇注 ,施工方法同明挖区间隧道相似 ,全线除芳 村站距离较长而设了一个伸缩缝外 ,其它车站无伸缩缝 。对车站的钢筋焊接要求与明挖区段隧道相 同 ,在保证钢筋成为统一电气整体的前提条件下减 少焊点 。由于车站的墙壁较厚 ,为了将来在墙壁上 安装参考电极 ,在施工中要求侧墙上安装预制法兰 套管 ,套管与侧墙外土壤相通 ,通过在法兰套管上安装参考电极可取得外部土壤电位 ( 在干燥的地段可 采用该办法 ,在地下水较多情况下应注意防漏或采 用钻孔不打穿侧墙安装参考电极) 。在有牵引变电 所的车站 ,牵引所附近道床底板上引出钢筋排流端 子 ,此排流端子为 50 mm 50 mm扁钢 , 在穿越道床底板时扁钢应包绝缘带加绝缘处理以避免与道床钢 筋接触 。车站结构钢筋要求形成统一的电气整体 ,同 隧道钢筋一样 ,可作为第二层排流通路 ,车站与明挖区 间隧道或矿山法隧道接口处都有伸缩缝 ,通过连接伸 缩缝两端的测防端子 ,可形成纵向贯通的电气通路 ,在车站与盾构区间接口处 ,盾构采用隔离防护无法实现 相邻车站结构钢筋的直接连通 (有变电所车站可通过 排流柜排回变电所) ,所以应采用电缆或扁钢实现相邻 车站的结构钢筋连通 ,形成排流统一体 。床 、道碴道床三种 。在杂散电流防护中 ,道床内钢筋的设计是防迷流的第一道防线 ,也作为收集和排流 的通道 。浮动道床用于地下车站内以减少环境噪音 ,全 线两处总共400 m多 ,浮动道床预制形成 ,内部钢筋已全部焊接 ,并在两侧引出端子 (施工后用电缆将端 子连接) ,而且浮动道床下有绝缘橡胶垫 ,对杂散电 流有很好的防护作用 ,所以浮动道床不需提出特殊 的防护要求 。整体道床用于地下区间隧道内 ,整体道床的设计需考虑地震影响设沉降缝 ,对于明挖隧道其内部 结构钢筋在沉降缝处需断开 ,为了使道床钢筋起到 杂散电流收集网的作用 ,要求在沉降缝处引出道床 钢筋连接端子 ,以便用电缆将沉降缝两侧道床结构 段钢筋进行电气连接 。在明挖区间隧道 ,要求整体 道床的沉降缝与明挖区间隧道的伸缩缝在同一公里标位置 ,既有利于减少地震力对钢筋的作用 ,又有利 于测量 。因两种缝在同一位置意味着隧道钢筋测防 端子与道床钢筋测防端子在一起 ,在这一地点隧道 壁安装参考电极可方便地测量两种钢筋电位 。矿山 法隧道及盾构区间隧道的整体道床也需设沉降缝 , 但沉降缝两端钢筋不断 ,为了测量方便 ,同样要求整 体道床与矿山法的伸缩缝在同一公里标位置 ,由于 道床钢筋不断开情况只要求取一侧测防端子即可 , 对于道床钢筋的焊接 ,道床钢筋采用工场预制方式 , 施工前预先将所有网络接点按要求进行焊接 ,这样 可加快道床施工的速度 ,这种操作方便 ,钢筋焊点相 对较多的施工方式已满足了杂散电流防护对钢筋焊 接的要求 。道楂道床位于隧道外面 ,由于道碴有较好的绝 缘性 ,在加强清除垃圾杂物外 ,没作特殊技术要求 。4油库杂散电流防护广州地铁车辆段内有一个油罐 ,因材料库线为非电化线路 ,油罐为车辆段用车贮存柴油 ,油库安全防护最根本的防护因素是消除钢轨电位 ,卸油管与埋在 地下的油罐相连 ,其电位为地电位 ,如果试车线钢轨 为非零电位 ,导致钢轨上的油罐车也为非零电位 ,在 取油鹤管与油罐接触时 ,可能导致火花 。钢轨电位与 鹤管电位的电位差引起火花导致火灾 ,钢轨电位还与 环境温度 、油气浓度 、油的种类 、空气湿度等因素有关 。我国大型油库防护标准为2 v 。对于广州地铁主 533道床杂散电流防护广州地铁一号线道床形式有浮动道床 、整体道电气化铁道2000 年第 3 期要以柴油为主的油库 ,2 v标准是非常安全的 。库线与电化线路钢轨间加了绝缘结 ,从杂散迷流角度已隔 离了杂散电流对材料库线钢轨电位的影响 。线路间加绝缘结 ,钢轨的末端 、地面正线与地下正线之间 、车辆段与正线之间应在钢轨连接间增设绝缘 结 。在地面正线与地下正线间 ( 洞入口处) 、车辆段 与正线 、车辆段库内检修线绝缘结处加装单向导通 装置 (单向导通装置见 810 节) 。5机电设备杂散电流防护安装地铁系统机电设备较多 , 如环 控 设 备 、通 信 设给排水专业杂散电流防护给排水专业防护主要包括给水管 ( 消防水管) , 从安全角度出发首先将隧道外侧的防灾报警金属管 及给水管靠车站处与地网进行接地连接 。为隔离地 铁内外水管电气连接 ,给水管在进入地铁车站时应 加绝缘法兰 ,地面段给水管进隧道口处加绝缘法兰 , 以隔离隧道内及隧道外水管的电气连接 。水管穿越 道床处涂沥青 ,并在穿越道床前加绝缘法兰 。水管 在隧道内安装时采用绝缘支承 。7备 、牵引供电设备 、信号设备等 ,从杂散电流防护角度 ,为了避免泄漏至结构钢筋的杂散电流通过其外 壳直接泄漏到地网发生电化学腐蚀 ( 设备外壳都有 安全接地) ,所以要求所有机电设备与所安装地点的结构钢筋之间采用绝缘法安装 ,大型设备采用绝缘 垫无法安装时 ,采用一定厚度 ( 200 mm以上) 的素混 凝土将外壳与结构钢筋隔离安装 。比如在进行地下 牵引变电所设备的安装时 ,首先把柜体金属框用绝 缘垫与地板进行隔离安装 ,再用绝缘膨胀螺栓套上绝缘垫块对柜体固定安装 ,最后外壳采用集中接地 连接整流器负极 。在区间隧道中接触网支架金属部 分和所有线路上的其它1 500 v直流装置的金属壳 要与接地导体 (延隧道设有一公共接地) 连接 ,使故 障电流能直接回到牵引变电所负母线 。减少珠江隧道杂散电流珠江隧道是采用沉管法进行施工 ,位于芳村与 黄沙车站之间 。珠江隧道包括沉管段和延伸段 ,沉 管段是位于水下 ,通过防水绝缘材料与两侧延伸段 隧道连接起来 ,由于沉管隧道施工较早 ,而未预留出 排流端子连接结构钢筋 ,所以在防迷流方面 ,应尽量 减少轨道电流泄漏而入隧道结构钢筋中造成电腐 蚀 。防护原理是采用“等效第三轨”的方案 ,即在沉 管段两端钢轨上设置绝缘结 ,在钢轨绝缘结处并上 单向导通装置 (安装在防淹门处) ,再用电缆将沉管 段两端的钢轨绝缘外侧轨用电缆连接 ,如图 1 所示 。其功能实现了让沉管段隧道电流往外排出 , 而8信号及轨道杂散电流防护钢轨电位的高低与流经钢轨上牵引回流大小有 关 ,也是决定迷流大小的一个因素 ,因此 ,在每个车 站设钢轨均