城际轨道交通特殊工点综合接地设计

程 梁,张 旭

(中铁工程设计咨询集团有限公司通信信号设计研究院,北京 100055)

城际轨道交通特殊工点综合接地设计

程 梁,张 旭

(中铁工程设计咨询集团有限公司通信信号设计研究院,北京 100055)

综合接地系统是保障人身安全、电气设备安全的重要系统[1]。城际轨道交通存在大量的高架站及地下站,论文分析了高架站、地下站等特殊工点综合接地的设计思路,针对不同类型构建物,详细讨论其综合接地平台搭建与接地细部设计,阐述接地效果测试的方法。

城际轨道交通;综合接地设计;特殊工点;接地效果测试

1 概述

一般而言,设计时速在200 km及以上线路(包括客运专线、客货混运线路、城际轨道交通线路等)需设置综合接地系统[1]。综合接地系统以沿线两侧敷设的贯通地线为主干,并充分利用沿线桥梁、隧道、路基地段构筑物设施内的接地装置作为接地体,形成低阻等电位综合接地平台[2]。在综合接地系统中,距接触网带电体5 m范围以内的金属构件、距线路两侧20 m范围以内的铁路设备房屋的接地装置均需接入该系统,所有设备在贯通地线接入处的接地电阻不应大于1 Ω[3-5]。

目前,客运专线铁路或客货混运线路综合接地设计均参考原铁道部经规院发布的《铁路综合接地系统》(通号(2009)9301号图册,以下简称“9301图册”),该图册对于一般路基、桥梁、隧道地段都有与其相对应的综合接地设置指导方案。而城际轨道交通为城市与城市之间线路,线路多采用高架或地下敷设方式,沿途车站一般设置为站桥合一形式高架站或地下站,与国铁线路存在不同,其高架站或地下站等特殊工点综合接地设计在9301图册中没有相关的接地标准方案,需参照9301图册的设计原则进行特殊设计。

2 特殊工点综合接地设计思路

特殊工点综合接地的设计需重点考虑以下几个方面。

(1)综合接地系统平台的搭建:应分析特殊构建物的断面结构特点,考虑如何利用其建筑结构特点搭建综合接地平台。

(2)接地引出线及接地端子设置:在构建物合适地点按强电、弱电分别设置接地引出线,接地端子根据需要设置。

(3)接地效果:结合土壤电阻率及构建物外部特点(如是否设置防水层),考虑如何改进接地效果。

3 城际轨道交通特殊工点综合接地设计

3.1 地下站综合接地设计

地下站一般采用明挖法或暗挖法施工,开挖为一个矩形地下立体结构。对于地下车站有桩基段,可利用地下结构各轴之间的钢筋混凝土基础结构桩作自然接地体。选择钢筋混凝土基础结构桩内2根非预应力钢筋作为引下线;桩基之间设置镀锌扁钢,桩基的四周各设一块镀锌钢板,一端与镀锌扁钢连接,一端与桩内用于综合接地的钢筋可靠焊接。图1为某城际轨道交通地下站利用地下结构专业预埋的抗浮桩做自然接地体的示意。

对于地下车站无桩基段,可考虑新设若干接地极,或困难情况下新设一单独接地网。以新设接地网为例,新设接地网一般敷设于车站结构底板垫层下约0.6 m的平面上[6-7],与底板垫层平行布置,由若干垂直接地体、水平接地体、均压带以及接地引上线、止水环[8]等组成。其中引上线可分为强电设备(电力)接地引上线、弱电设备(通信、信号等)接地引上线和非电气金属管线(给排水、FAS、BAS等)接地引上线3类,每组引上线包括一组接地母排(含多个接地端子),引上线之间的电气距离一般按大于20 m考虑。单独设接地网示意见图2。 3.2 地下区段综合接地设计

图1 地下站有桩基段综合接地效果

图2 地下站综合接地网

对于非全包防水层地下区段,可通过贯通地线与隧道底板结构钢筋连接实现接地。对于全包防水层地下区段,为保证有效接地,沿线路方向等间距在防水层下方约0.6 m处铺设3根贯通纵向接地钢筋;从隧道进口2 m处开始,每间隔约100 m设置1处横向连接钢筋,横向连接钢筋需与纵向接地钢筋严格焊接,同时在通信信号电缆槽侧壁设置垂直接地体(有桩基段可利用桩基作垂直接地体),破防水层并与纵向连接钢筋连接,如图3所示。

图3 全包防水层地下区段综合接地效果

3.3 高架站综合接地设计

城际轨道交通高架站多为站桥合一形式,如图4所示,贯通地线一般敷设于站台夹层内(若梁面宽,贯通地线敷设于梁面的电缆槽内,按9301图册的做法实施),通过设置不锈钢引接线与站台墙内的纵向接地钢筋连接,该钢筋向下与轨道梁横向接地钢筋连接,进一步与柱内用于接地的钢筋连接。综合接地利用自上而下的基础梁内钢筋、柱内钢筋、结构基础的桩基和承台钢筋组成的自然接地体。

图4 高架站综合接地效果(单位:m)

参考9301图册的做法,站台墙的台面上层靠线路侧60 cm范围内的纵向结构钢筋与站台墙内用于接地的纵向结构钢筋连接;站台区域如有安全门,可将其构建物内部钢筋与站台墙用于接地的纵向钢筋连接。梁体和房屋轨道梁两侧分别设接地端子,并用不锈钢线连接。此外,结构柱内用于接地的钢筋向上与高架站雨棚内钢筋可靠焊接,对于高架站而言,综合接地系统和综合防雷系统可共用接地极。

高架站一般不单独设置接地网,可将地面以上轨道梁层用于接地的钢筋连接,从而达到全站接地钢筋连通并成网络的效果。

3.4 钢桁梁综合接地设计

对于设置钢桁梁的桥梁结构(如三角桁架连续结合梁),可考虑将钢桁梁的上部与梁体内用于接地的钢筋连接,钢桁梁的下部通过接地端子与梁墩的接地端子通过不锈钢引接线连接。钢桁梁中的钢结构以电气连接的方式实现了梁体上部与下部桥墩的连接。

3.5 特殊工点接地效果的改进措施

接地的效果受制于外部因素,如土壤性质、含水量、温湿度、土壤化学成分、土壤热阻系数等[9],也受接地的载体(接地极的选用)、接地方式的影响。一般而言,利用建筑物或构建物基础中的钢筋作为接地极,是最有效而节省投资的做法。接地电阻值在敷设前可通过接地电阻的相关理论公式估算,以实测电阻值为准。以地下站综合接地的施工为例,在阶段性的施工结束后,应对已完成部分进行接地电阻测试,以此推算整个接地网的电阻值;如计算结果不满足设计要求(1 Ω),则应在余下接地网敷设中采取补救措施,如在接地体周围置换土壤(黑土、黏土)、施放降阻剂、补充增设垂直接地体等[10-12]。

4 结论

因各高架、地下车站构建物的结构不同,应结合其车站具体断面结构进行综合接地设计,利用构建物结构搭建综合接地平台,并充分考虑贯通地线的敷设、接地端子预埋、等电位连接等细部设计,与站前土建专业共同制定特殊工点的综合接地设计,最后通过测试检验接地效果。

[1] 刘立峰,廖自力.高速铁路综合接地特殊工点技术方案[J].铁路技术创新,2010(5):48-50.

[2] 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.

[3] 中国中铁二院工程集团有限责任公司.通号(2009)9301铁路综合接地系统[S].北京:铁道部经济规划研究院,2009.

[4] 中华人民共和国铁道部.铁运[2006]26号铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见[S].北京:中华人民共和国铁道部,2006.

[5] 中华人民共和国铁道部.铁运[2006]39号铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定[S].北京:中华人民共和国铁道部2007.

[6] 刘立峰,周南骏.武广铁路客运专线综合接地标准化设计[J].铁道标准设计,2010(1):169-172.

[7] 黄文旭,谭详国.地铁车站的综合接地工程[J].电气安全技术, 2011(3):28-30.

[8] 邱庆珠.地铁车站“综合接地装置”设计中的若干问题[J].电气应用,2005(3):39.

[9] 王昱,宁璇.地铁车站综合接地若干问题的探讨[J].现代城市轨道交通,2012(5):44-46.

[10]丁万里,任志善,李从昀.北京地区浅层土壤电阻率测试及影响因素[J].农村电气化,2012(11):22-23.

[11]陈海辉.高土壤电阻率地区地铁接地设计[J].都市快轨交通, 2013(6):134.

[12]刘庆国.高土壤电阻率地区接地问题分析及处理[J].科技传播, 2011(10):117-118.

[13]刘运龙,赵显义.高土壤电阻率地区接地网的降阻措施研究及应用[J].红水河,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,工程师,2008年毕业于北京交通大学交通信息工程及控制专业,工学硕士,E-mail:cheunlane@gmail.com。