利用综合接地的工艺工法解决普速铁路长大桥隧地段信号接地问题

宋志红

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

在电力牵引区段,为了减少牵引电流及雷电对轨道电路设备的干扰,在采用ZPW-2000(UM)系列轨道电路的自动闭塞区段,信号专业沿铁路线敷设了一条截面积为25 mm2或35 mm2的铜质贯通地线,室外的箱、盒及信号机等所有金属设备的安全地线、防雷地线及屏蔽地线都与贯通地线可靠连接。贯通地线的接地电阻要求不大于1Ω。

1 普速铁路桥隧地段贯通地线接地存在的问题

桥隧地段贯通地线敷设在通信信号电缆槽中,由于贯通地线不与大地接触,接地电阻一般不能达到要求。通常采用单设接地极的方法降低接地电阻。

桥梁地段：在桥梁两端路基地段单设接地极,接地极一般采用角钢、圆钢或石墨地极。采用此方法,贯通地线及接地极与大地接触不充分,接地电阻很难达到要求。特别是在长大桥梁地段,由于接地电阻大,牵引回流不畅损坏轨旁信号设备甚至烧毁信号电缆的事故时有发生。

隧道地段：中小隧道接地极的做法同桥梁地段。长大隧道在设备洞室增加接地极,通常采用接地钢筋网连接角钢的方法增大接地体,采用此方法需要增加大量接地钢筋及接地角钢,且根据多条线路实践效果并不理想。

由于桥梁、隧道地段接地极设置需信号专业提出要求站前工程配合提前预留,没有标准的设计原则及施工工法,如果设置单体接地极过多则会增加工程造价,如果设置少则接地电阻达不到要求且在桥隧地段难有补救的措施。

2 采用客运专线综合接地的工艺工法解决普速铁路长大桥隧信号接地设计原则

2009年铁道部针对客运专线颁布了《铁路综合接地系统》(通号(2009)9301),文中对路基、桥梁、隧道等地段的接地施工工艺工法做了详细的规定,经过多条客运专线运用实践,收到很好的效果。

新建铁路山西中南部铁路通道工程是最高行车速度为120 km/h的普速铁路,洪洞(不含)至日照段正线长约920 km,桥隧总长约394 km,占总线路长度的42.8%。其中最长桥梁为跨东平湖滞洪特大桥,长约24 km；最长隧道为太行山隧道(左右线分线)长约18 km。在长大桥隧地段信号接地如采用惯常的做法,信号接地电阻很难达到规范要求。为了很好地解决信号设备的接地问题,借鉴《铁路综合接地系统》(通号(2009)9301)中施工工艺工法,根据普速铁路的标准及特点进行一些特殊的设计。具体情况如下。

2.1 隧道地段

2.1.1 接地原则

(1)长度大于1 km的隧道要求设信号接地。信号接地的工艺、工法及技术标准参照“铁路工程建设通用参考图铁路综合接地系统图，图号[通号(2009)9301]”执行。接地钢筋原则上采用构筑物非预应力结构钢筋,不再增加接地钢筋。

(2)电力、接触网等强电的接地尽量不与信号接地钢筋接触,如不能避免则用钢筋绝缘卡隔开。

(3)普速铁路仅右侧(面向大里程方向)设置通信信号电缆槽,左侧则设置为电力电缆槽。隧道内仅通信信号电缆槽内设信号接地贯通地线,电力电缆槽不设贯通地线。

2.1.2 接地极设置

(1)隧道内信号接地极设置要求同通号(2009)9301,各级隧道接地极设置如表1所示。

表1 隧道接地极设置

(2)在通信信号电缆槽及电力电缆槽的线路侧外缘各设一根纵向接地钢筋,贯通长度不小于100 m。用于隧道内接地极、环向接地钢筋连接、接地及接地端子间的等电位连接。

(3)隧道二次衬砌中的接地钢筋设置

①二次衬砌中有结构钢筋的隧道

a.利用二次衬砌的内层纵、环向结构钢筋作为信号接地钢筋。

b.接触网线垂直向上在拱顶的投影线两侧各1.5 m范围内不设接地钢筋。

c.上述投影线两侧各1.5 m外的其他位置,以1 m为间隔,选择纵向结构钢筋作为接地钢筋。

d.在每台车位(作业段)中部选1根环向结构钢筋作为环向接地钢筋,环、纵向接地钢筋间可靠焊接；纵向接地钢筋在作业段间可不连接。

e.每个作业段的环向接地钢筋与通信信号电缆槽及电力电缆槽靠线路侧外缘的纵向接地钢筋连接。

②二次衬砌中无结构钢筋的隧道,不再单独考虑接地钢筋设置。

(4)接地端子设置(图1)

图1 隧道接地端子设置示意

①通信信号电缆槽从隧道进口2 m处开始,在通信信号电缆槽底部,每间隔100 m设置1个接地端子。

②从隧道进口2 m处开始,在通信信号电缆槽靠线路侧壁上,每间隔50 m设置1个接地端子。

③在信号专用洞室两侧壁下部预留接地端子,供洞室内信号设备及设施接地。

④电力电缆槽不设接地端子。

2.2 桥梁地段

2.2.1 接地原则

(1)长度超过1 km的桥梁要求做信号接地。信号接地的工艺、工法及技术标准参照“铁路工程建设通用参考图铁路综合接地系统图,图号[通号(2009)9301]”执行。接地钢筋原则上采用构筑物非预应力结构钢筋,不再增加接地钢筋。

(2)桥梁上仅右侧通信信号电缆槽内设信号接地贯通地线,电力电缆槽不设贯通地线。

2.2.2 接地极设置

桥梁地段接地极利用桩基础及桥墩内的结构钢筋作为接地极。在每根桩中选1根通长接地钢筋,桩中的接地钢筋在承台中环接,桥墩中设2根接地钢筋,一端与承台中的环接钢筋相连另一端与墩帽处的接地端子相连。桥梁的扩大基础桥墩在基底底面设一层钢筋网作为水平接地极,水平接地极为大约1 m×1 m的钢筋网格,网格与桥墩处的接地钢筋相连。

2.2.3 桥梁体接地设置及接地端子设置

普速铁路桥梁一般采用有砟轨道T形桥梁,桥梁体接地钢筋设置及接地端子设置见图2。在桥梁预留的通信信号电缆槽及轨旁预留接地端子,电力电缆槽侧仅在轨旁预留接地端子,供同侧轨旁信号设备接地用,槽内则不留接地端子。利用梁端的横向结构钢筋作为接地钢筋并与梁底的接地端子连接,道砟厚度小于0.3 m的梁体上表面适当位置处应设纵向接地钢筋。

图2 T形梁接地端子设置示意

2.2.4 接触网接地桥墩

根据接触网专业接地要求,约1 km以一个桥墩作为接触网的接地桥墩。对于接触网要求作为接地的桥墩,桥墩与T梁的不锈钢连接线不应连接,用于接触网接地桥墩的墩台号及墩台里程由接触网提供给桥梁专业。

2.2.5 信号接地桥墩

用于信号接地用桥墩接地要求及技术标准同《铁路综合接地系统》(通号(2009)9301),但与接触网基础连接钢筋不应连接。

3 结语

随着客运铁路高速化、货运铁路重载化的发展,电力牵引电流随之增加,对信号设备的影响也越来越大。参照《铁路综合接地系统》(通号(2009)9301)综合接地的工艺工法及技术标准,使普速铁路信号接地规范化、标准化,特别是在长大桥隧地段,可以使信号接地电阻达到标准要求,保证了信号设备的稳定可靠运行。

[1]TB10007—2006,铁路信号设计规范[S].

[2]铁道部令第29号,铁路技术管理规程[S].

[3]铁运[2008]142号,铁路信号维护规则[S].

[4]铁集成[2006]220号,客运专线综合接地技术实施办法(暂行)[S]．

[5]张华志.客运专线接地、回流与系统间兼容性浅析[J].铁道标准设计.2007(11).

[6]马智芳.电气化牵引电流对信号轨道电路的干扰及防护措施[J].铁路通信信号工程技术,2004(3).

[7]铁道部工程设计鉴定中心.铁路综合接地和信号设备防雷系统工程设计指南[M].北京:中国铁道出版社,2009.