新规下杂散电流防护方案的差异及应对措施鲁明科

新规下杂散电流防护方案的差异及应对措施鲁明科

鲁明科

广州市设计院510000

摘要：2013版地铁设计规范对杂散电流防护的条款进行了修改，笔者从工程实际出发对新规下的防护方案提出相应的应对措施。

关键词：地铁规范；杂散电流；防护

目前地铁列车牵引动力一般用直流电，由设置在沿线的牵引变电所通过架空线或第三轨向列车输送电量，并利用钢轨作为回流线路。直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地不能做到完全绝缘，所以将会有一部分电流由走形轨泄漏至大地。这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流又叫迷流。

图1杂散电流原理示意图

杂散电流从走形轨漏出后，经过地铁的道床流入大地，然后从大地流回钢轨回流点。对于走形轨杂散电流是在远离变电所的地方流出，对于埋地金属管线杂散电流是从变电所附近的部位流出，由于土壤或其它介质的作用，金属体有电流流出的部位发生电解，使金属体遭受电化学腐蚀。

这种电化学反应易腐蚀地铁主体结构钢筋、地铁线路附近的埋地金属管线、高架段墩柱结构钢筋，降低地铁主体结构的耐久性和强度，有时甚至造成灾难性的事故。

根据《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49）第2.0.1条地铁杂散电流（迷流）腐蚀防护的基本原则应符合下列规定：

一、以治本为主，将地铁杂散电流减小至最低限度；

二、限制杂散电流向地铁外部的扩散；

三、地铁附近的地中金属管线结构，应单独采取有效的防蚀措施。

“地铁设计规范（GB50157-2013）”（以下简称2013版规范）中第15.7.1条款明确重申杂散电流腐蚀防护的原则应为抑制杂散电流产生，并应减少杂散电流向地铁外部扩散。2013版规范中对于地铁杂散电流防护相关条款有较大的调整，现结合实际工程案例对新规下的杂散防护方案总结如下：

一、新旧版规范对于杂散电流防护相关条文的差异比较

二、杂散电流防护措施

2.1限制杂散电流的产生

保证牵引回路通路的顺畅，合理的设置负回流电缆，上下行均流电缆；对走行轨的焊接、敷设提出具体的绝缘安装要求；在隧道入口、电缆的金属外护套、各种金属管线及隧道内的各系统设备实现电气隔离。

2.2杂散电流收集网的设置

2.2.1地下区间

在地下区段，将整体道床和浮制板道床内结构钢筋按一定要求焊接，作为杂散电流收集网，收集网应满足一定截面要求；将隧道结构钢筋按一定要求焊接，作为隧道杂散电流监测网。盾构区间隧道结构钢筋采用隔离法进行防护，在盾构区间隧道，车站间通过1×95mm2电缆连接起来，以形成隧道内杂散电流监测网，上下行左右侧分别设置两根电缆。

在正线地下车站牵引变电所附近设置道床和车站结构钢筋的排流端子，在正线地下区间牵引变电所附近设置道床和局部明挖区间结构钢筋的排流端子，以便将杂散电流收集网连接至牵引变电所内排流柜。

牵引变电所设置排流柜。排流柜在地铁运营初期并不投入运行，而是在运营过程中，根据监测系统对杂散电流腐蚀状况的监测结果判断是否投入运行。

2.2.2高架区间

在高架区段，整体道床内结构钢筋的焊接要求及牵引变电所排流柜的设置要求与地下区段类似。

目前高架区间桥梁存在节段拼装及支架现浇两种工法。节段拼装类似地下区段盾构区间，节段之间电气绝缘，考虑到如在节段拼装的桥面结构中设置杂散电流监测网会因连接端子数量过大造成工程投资的增加，建议节段拼装的桥梁不设置杂散电流监测网。但需要在轨道预埋钢筋及与之接触的轨道钢筋之间增设绝缘套管，充分保障高架桥梁体与轨道的电气绝缘。

支架现浇梁与高架区间的节段拼装交错设置。假如在支架拼装的桥面设置杂散电流监测网，并不能实现整个高架区间的电气贯通，仍需要通过电缆将节段拼装的高架区间联结起来，所以建议取消支架现浇梁的杂散电流监测网设置。同时加强支架现浇梁区间与邻近区间结构的电气绝缘，避免形成电气通路。

2.2.3地下车站

地下车站的底板、中板、顶板横向结构钢筋应电气连续，若有搭接，应进行搭接焊，并和车站边墙的竖筋相焊接。车站纵向钢筋应电气连续，若有搭接，应进行搭接焊。车站内每隔5米选用底板、中板、顶板内表层的一根横向钢筋和所有纵向钢筋焊接。

车站中间的变形缝两侧采用50×5的扁铜和侧墙表面结构钢筋焊接引出连接端子，两侧的连接端子通过95mm2的铜绞线连接，将变形缝两侧的车站结构钢筋连成一个电气整体，作为车站杂散电流监测网。

图3典型明挖车站横剖面焊接示意图

由结构专业在车站站台板下的两端及车站的中部梁柱上预留四处镀锌接地钢板，作为车站人工地网与自然接地体的连接点。暂不连接，待后期运营过程中根据实际情况决定是否连接。

2.2.4高架车站

高架车站结构型式较多，可以根据设备房的位置，划分为设备房外挂及设备房与车站一体两类。若设备房外挂，车站主体通过廊道与设备房相连，廊道与车站连接部分采用环氧树脂与车站主体结构绝缘，因此仅仅需要对车站主体结构部分进行杂散电流防护即可。

高架车站分为站桥分离及一体式两种结构样式。站桥分离的车站结构图如下图所示：

图4站桥分离式高架车站结构示意图

车站主体结构与道床的承台分开设置，但并不完全分离，仅轨行区梁与车站的梁是混凝土隔离的，两者之间通过钢支座连接，建议采用隔离法做杂散电流防护，钢支座的锚栓与承台的钢筋隔离/绝缘安装即可。

另一种形式为车站与道床的承台是一体的，拟采用的杂散电流防护方案与地下明挖车站类似。不再赘述。

主要的区别在于，高架站需要利用车站结构钢筋内两根主筋做防雷接地引下线，杂散电流专业要求，防雷接地引下线需要绝缘设置，与组成杂散电流监测网的钢筋电气绝缘。同时在桥墩部位预埋了钢板，预留了自然接地体与人工地网的连接条件。

但是目前高架车站防雷接地系统采用的是自然接地体与人工接地网结合的设计方案，利用高架车站承台的桩基作为自然垂直接地体，车站结构钢筋电气贯通焊接成网，在车站外围敷设一圈人工接地网，在车站主体结构内部预留了连接钢板用于人工地网与自然接地体的贯通连接。由于自然接地体与杂散电流监测网的结构钢筋焊接条件基本一致，所以实际上拟用于杂散电流监测网的结构钢筋已经用于车站自然接地体接地，若将人工地网与自然接地体相连，则达不到杂散电流监测的目的。故不建议在高架车站另行设置杂散电流监测网。

三、杂散电流监测系统

根据2013版规范的要求，杂散电流监测系统应在地铁运行中增加采集排流时极化电位及最大排流电流，并上传至电力监控，以实时监测及研究杂散电流变化趋势。

结束语：

杂散电流防护是贯通地铁整个生命周期的重要工程，它具有隐蔽，不可逆的特点，一旦建成，几乎无法返工。杂散电流防护不仅仅是供电系统专业单方面就可以实施完成的，需要各个专业配合，特别是土建及轨道专业，在地铁杂散电流防护中起到了相当大的作用。如杂散电流防护方案考虑不周全，将会对整个地铁车站结构及机电设备的安全运行造成相当大的隐患，所以需要在之后的工程实践和设备研发中持续跟踪监测及改进。

参考文献：

[1]GB50157-2013地铁设计规范[S].

[2]CJJ49-1992地铁杂散电流腐蚀防护技术规程[S].

[3]张凡城市轨道交通概论[M](第3版)西南交通大学出版社2016.