浅析无砟轨道隧道的综合接地设计

1、浅析无砟轨道隧道的综合接地设计 (华铁咨询 /德铁国际沪昆客专云南段监理项目部 冉辉 内容摘要:以沪昆铁路隧道工程接地设置为例,从接地的目的、措施、 和要求等方面阐述了综合接地系统对于保证无砟轨道隧道结构本身、人员、 设备和列车安全运行的重要作用。关 键 词:综合接地 无砟轨道隧道引言随着我国铁路建设水平的不断发展和提高,铁路的建设模式正逐步从 客货共线形式向客货分离形式转变,无砟轨道已成为客运专线的发展趋势。 沪昆高铁采用无砟轨道,由于在钢轨上需要通过各种不同频率的电流信息, 钢轨不能接地,所以采用了综合接地系统,来达到各专业接地系统的等电 位连接。1、综合接地的设计理念所谓接地,就是将设备

2、和用电装置的中性点、金属外壳或支架与接地 装置用导体作良好的电气连接,通过接地导体将可能产生的线路漏电、设 备漏电及电磁感应、静电感应等产生的过电压通过接地回路导人大地,从 而避免设备等的损坏及保证人身安全。接地分为工作接地、系统接地、防 雷接地、保护接地,接地系统是通过接地导体将过电压产生的过电流通过 接地装置导人大地,从而实现保护设备正常工作的目的的设备或构件的总 和。综合接地系统是将各专业所有的被保护对象都一并连接在一个安全的 接地网络上,但不同的接地都需要从接地装置处的等电位点相互连接,通 过各接地极或接地体等电位连接,电流直接由接地线通过等电位接地体对 地放电,避免漏电或过电流,从而

3、达到接地的目的。接地装置的安装,必 须确保接地阻值在设计范围之内,具备安全、可靠的优点,而且需要通过 定期的测量确定接地可靠性。2、综合接地的设计原则由于沪昆线采用无砟轨道及整体道床,综合接地贯通线要合理有效 可靠地布设于隧道内,最终与大地可靠连接,达到接地电阻值的要求。 采用隧道结构接 地 的布置方案, 具有技术先进、 经济合 理和施工便捷 (具 备平行作业条件 等特点。 下面将以沪昆线隧道工程的综合接地装置为例 进行介绍。2、 1隧道的结构接地隧道综合接地系统设计有以下几种类型:、铺设在通信信号电缆槽内的纵向贯通地线;、 在两侧通信信号电缆槽的线路外缘的纵向接地钢筋 (两侧各一根 ;、二衬

4、中的接地钢筋;、初期支护锚杆、钢架、钢筋网或底板钢筋接地极;、隧道通信信号电缆槽预埋接地端子、综合洞室内预埋接地端子;2、 2隧道综合接地钢筋施工工艺流程 3、施工前期准备工作3、 1技术准备(1施工前,依据设计图纸将管段所有接地钢筋、接地端子的设计里 程、安装部位、安装数量等设计参数分类汇总列表,并经审核无误后以技 术交底形式下发至安装班组。(2根据设计图纸和施工进度安排,做好接地钢筋、接地端子等材料 储备。(3施工前,对参与预埋件安装的人员进行岗前培训,主要学习预埋 件分类汇总表列内容以及预埋件安装安全技术规范要求。3、 2材料准备(1接地端子采用桥隧型接地端子,接地端子的端子孔规格为 M

5、16, 不 锈钢制造,不锈钢材料成分满足:Cr 16%、 Ni 5%、 Mo 2%、 C 0.08%,如 GBOOCr17Ni14Mo2, 并应配置防异物堵塞的端子孔塞,方便开启。(2接地连接线宜采用不锈钢连接线,有钢丝绳、两个线鼻以及两个 配套的防盗螺栓(每个螺栓应配一个平垫圈和一个弹簧垫圈组成。钢丝 绳采用直径不大于 0.65mm 的不锈钢丝制造,总截面不小于 200 mm2(IK > 25KA 或 120 mm2(IK 25KA 。线鼻与钢丝绳的连接处应承受 5000N 的拉 力且 3min 不得松动。(3贯通地线的连续、横向连接和 T 形分支引接采用铜质 C 形压接件 进行连接,

6、电缆槽内贯通地线与接地端子间的连接采用 L 型连接器连接。 C 型压接压力不得小于 12t ,并且 C 型压接处应采用防腐措施。(4“ C ”形压接件的最小厚度和宽度,如下图: 4、隧道综合接地的施工要点4、 1隧道初期支护综合接地施工要点(1隧道内贯通地线敷设在两侧通信信号电缆槽内,并采取砂防护措 施。(2 、级以上围岩隧道,利用锚杆、钢拱架(或钢网片做为接 地极;(3级围岩隧道,利用锚杆和专用环向接地钢筋做为接地极;(4锚杆接地极以约一个台车长度为间隔设置,用接地极的锚杆环向 间距要求为 2倍锚杆长度(如锚杆长度为 4米,则接地锚杆环向间距为 8米 ;接地锚杆与钢网片、钢拱架或专用环向接地

7、钢筋可靠焊接;(5每个台车位的隧道接地极均通过连接钢筋与两侧电缆槽外缘的纵 向接地钢筋连接;(6接地钢筋应优先利用结构中的非预应力结构钢筋,原则上不再增 加专用的接地钢筋。兼有接地功能(含连接结构钢筋和专用接地钢筋截 面应满足接触网最大短中电流要求。施工时应对接地钢筋作出标识,便于 检查。(7所有接地钢筋间的联接均应保证焊接质量,各工点施作时应根据 具体的钢筋配筋,采用搭接焊或 L 型焊接。 4、 2隧道衬砌综合接地施工要点I 级、 II 级围岩隧道综合接地施工要点(1隧道内贯通地线敷设在两侧通信信号电缆槽内,并采取砂防护措 施。(2 I级围岩、 II 级围岩有底板钢筋的隧道及明洞地段,利用隧

8、道底 板下层的结构钢筋做为接地极,底板接地钢筋网按照一个台车位的长度考 虑,间隔一个台车位设置一处。(3隧道底板接地极极按照 1m 间距选用底板底层的结构钢筋,即在隧 道底板的底层形成一个 1m ×1 m的单层接地钢筋网,中部“十字”交叉的 两根钢筋上的网格节点要求施以“ L ”形焊接,其他节点绑扎。(4隧道底板接地极均通过连接钢筋与两侧电缆槽外缘的纵向接地钢 筋连接。(5隧道底板接地极均通过连接钢筋与两侧电缆槽外缘的纵向接地钢 筋连接。(6所有接地钢筋必须保证焊接质量,施工时对接地锚杆与环向接地 钢筋作出标识,便于检查。 III 级、 IV 级、 V 级隧道综合接地施工要点(1贯通

9、地线敷设在两侧通信信号电缆槽内 , 利用二次衬砌环向接地钢 筋实现横向连接。(2接地端子均采用桥隧接地端子;(3二次衬砌中有结构钢筋的隧道接地设置:利用二次衬砌的内层纵、环钢筋作为接触网断线保护钢筋;接触网线垂直向上在拱顶的投影线两侧以 0.5m 为间隔,各选 3根纵 向结构钢筋作为接地钢筋;上述投影线两侧各 1.5m 外的其他位置,以 1m 为间隔,选择纵向结 构钢筋作为接地钢筋;在每个台车位(作业段中部选一根环向结构钢筋,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;每个作业段内的环向接地钢筋与两侧通信信号电缆槽线路外缘的纵 向接地钢筋连接。(4二次衬砌中无结构钢筋的隧道,

10、除接触网基础接地外,不再单独 考虑接地钢筋连接;(5二次衬砌接地钢筋应优先利用结构中的非预应力结构钢筋,接地 钢筋截面应满足接触网最大短中电流要求。施工时应对接地钢筋作出标识, 便于检查。(6所有接地钢筋间的联接均应保证焊接质量。4、 3设备洞室内综合接地设置与要求(1在设备洞室内壁上设置 2 个接地端子,接地端子用 16 连接钢 筋与通信、信号电缆槽侧壁纵向接地钢筋连接。(2 连接钢筋的保护层不小于 5cm,接地端子距离底板高度为 30cm。(3 所有接地钢筋必须保证焊接质量,施工时接地钢筋用白色油漆作 出标识,便于检查。 4、 4隧道电缆槽处接地端子设置施工要点(1接地端子均采用桥隧型接地

11、端子。(2在两侧通信信号电缆槽的线路侧外缘各设一根 16纵向接地钢筋 (圆钢 ,每 100m 断开一次。用于隧道接地极、接触网断线保护接地及接 地钢筋间的等电位连接。(3从隧道进口 2m 开始,在两侧通信信号电缆槽底部,每间隔 100m 设置一个接地端子,小于 100m 的隧道在中部设一处。接地端子供隧道接地 装置与贯通地线连接。(4从隧道进口 2m 处开始,在两侧通信信号电缆槽靠线路侧壁上,每 间隔 50m 设置一个接地端子,小于 50m 的隧道在中部设一处,接地端子供 轨旁设备、设施接地。(5所有接地端子均通过连接钢筋与电缆槽外缘的纵向接地钢筋连接。(6所有接地钢筋间的联接均应保证焊接质量

12、,各工点施作时应根据 具体的钢筋配筋,采用搭接焊或 L 型焊接。 5、接地电阻测试综合接地电缆埋设后 , 进行接地电阻测试 , 确保综合接地系统的接地电 阻不大于 1。如不满足要求,应增加人工接地体。接地电阻测试宜采用 ZC 接地电阻测试仪。 ZC 型接地电阻测试仪适用于测量各种电力系统,电气 设备,避雷针等接地装置的电阻值。亦可测量低电阻导体的电阻值和土壤 电阻率。本仪表工作由手摇发电机、电流互感器、滑线电阻及检流计等组 成,全部机构装在塑料壳内,外有皮壳便于携带。附件有辅助探棒导线等, 装于附件袋内。其工作原理采用基准电压比较式。(1使用前检查测试仪是否完整,测试仪包括如下器件。1、接地电

13、阻测试仪一台2、辅助接地棒二根3、导线 5m 、 20m 、 40m 各一根(2使用与操作5、 1测量接地电阻值时接线方式的规定仪表上的 E 端钮接 5m 导线, P 端钮接 20m 线, C 端钮接 40m 线,导线 的另一端分别接被测物接地极 E ,电位探棒 P 和电流探棒 C ,且 E 、 P 、 C 应保持直线,其间距为 20m测量大于等于 1接地电阻时, 将仪表上 2个 E 端钮连结在一起。 见 附图一测量小于 1接地电阻时, 将仪表上 2个 E 端钮导线分别连接到被测 接地体上,以消除测量时连接导线电阻对测量结果引入的附加误差。 见附 图二5、 2操作步骤仪表端所有接线应正确无误。

14、仪表连线与接地极 E 、电位探棒 P 和电流探棒 C 应牢固接触。仪表放置水平后,调整检流计的机械零位,归零。将“倍率开关”置于最大倍率,逐渐加快摇柄转速,使其达到 150r/min。当检流计指针向某一方向偏转时,旋动刻度盘,使检流计指针 恢复到“ 0”点。此时刻度盘上读数乘上倍率档即为被测电阻值。如果刻度盘读数小于 1时,检流计指针仍未取得平衡,可将倍率开 关置于小一档的倍率,直至调节到完全平衡为止。如果发现仪表检流计指针有抖动现象,可变化摇柄转速,以消除抖 动现象。 附图一 附图二6、注意要点(1综合接地的接地电阻值应不大于 1。(2 接地钢筋应优先选择隧道结构体及道床板的最外层纵向钢筋,

15、 其 保护层厚度应控制在 5-10cm 的范围以内。 若保护层的厚度太小, 则无法起 到对钢筋的保护作用,易引起钢筋的锈蚀而失去接地功能 ; 若厚度太大, 则在特殊情况如接触网线断线、 雷电击中等出现时, 提供电气回路引导电 流的通路实现困难,同样也起不到接地保护的使用功能。(3 隧道的接地钢筋均设置在钢筋提凝土结构内, 混凝土浇筑后接地 系统即成为隐蔽工程, 一旦接地通路破坏或断开将很难补救, 因此接地钢 筋连接完成后应逐个焊接位置进行检查测试、 记录并留存电子文档, 全部 合格后方可浇筑混凝土。(4所有环向接地钢筋与贯通地线应可靠连接。(5所有连接均采用焊接方式,单面焊接长度不小于 100

16、mm 、双面焊 接长度不小于 55mm ,厚度不小于 4mm 。(6构筑物内兼有接地功能(含连接的结构钢筋和专用接地钢筋应 满足:接触网短路电流不大于 25KA 时,钢筋直径不应小于 14;接触网 短路电流大于 25KA 时, 钢筋直径不应小于 16。 当构筑物内兼有接地功 能(含连接的结构钢筋的截面钢筋不满足要求时,可将相邻的二根钢筋 并接使用 (无需改变钢筋的间距 或局部更换直径为 14或 16的钢筋。 (7接地极应充分利用隧道的初期支护锚杆或底板钢筋及结构钢筋, 以满足接地电阻值的要求; 接触网防闪络保护接地应充分利用隧道二次衬 砌内的结构钢筋; 原则上不再增加专用的接地钢筋, 并在结构物内预埋接 地端子;接地装置通过 L 型连接器与贯通地线可靠连接。综合接地体的阻值效果主要与土壤、接地体电阻率及构件可靠连接有 关。本文通过对沪昆铁路隧道工程的综