必須重視城市軌道交通雜散電流腐蝕的防護
摘 要 分析城市軌道交通采用直流牽引供電產生雜散電流的原因和雜散電流對金屬腐蝕的危害, 強調城市軌道交通工程中雜散電流腐蝕防護工作的重要意義。
關鍵詞 城市軌道交通 雜散電流 腐蝕 防護
我國的地下鐵道和輕軌交通, 基本上都限制與防護措施, 進行了對雜散電流的大量采用走行軌回流的直流牽引供電方式。這樣試驗測量, 設置了有效的防護監測, 取得了較做可以減少建設投資, 但同時也帶來了伴隨好的效果。城市軌道交通在我國許多城市還走行軌回流方式而產生的雜散電流(又稱迷是一個新生的事物, 為了更好地發揮它的經流) 腐蝕問題。地鐵的主體結構都是永久性建濟與社會效益, 同時盡量減少可能造成的負筑, 是百年大計。
軌道交通的電動車組牽引用面影響, 在地鐵或地面軌道交通設計、建設和電量大, 線路長, 其周圍常有各種金屬管線設運營的全過程中, 對雜散電流的腐蝕防護問施。由于雜散電流的作用, 引起金屬產生電解題必須給予充分的重視。形式的腐蝕, 不僅速度快, 而且在金屬表面常1 產生雜散電流的原因及危害呈現深度的穿孔狀腐蝕。如果防護不當, 嚴重城市軌道交通的雜散電流或迷流是怎樣時還可能發生管道漏泄, 造成災難性損失。產生的呢? 采用走行軌回流的直流牽引供電鑒于地鐵與輕軌雜散電流腐蝕防護對城系統中, 接觸網與牽引變電站的正母線連接, 市發展與國民經濟的重要意義, 許多發達國回流走行軌與負母線連接。牽引變電所輸出家都投入了大量人力物力, 對此問題進行長的直流電經導電軌(第三軌) 或架空線送入電期深入的研究。北京地鐵建設運營初期, 也是動車組, 流經電機電器后經走行軌回流, 再經在實踐中逐漸加深了對雜散電流腐蝕危害的連接在走行軌上的導線回流到變電所負母認識, 及時采取了一系列對地鐵雜散電流的線。走行軌具有縱向電阻, 因此從運行車輛至壓降, 車輛附近的走行軌電位相對高一些, 形必須重視城市軌道交通雜散電流腐蝕的防護行業科技應用。地鐵隧道混凝土結構中有電阻較低的鋼筋, 電流就沿著鋼筋向低電位的區域流動。接近回流點附近的地區軌道電位比較低, 甚至低于其附近的大地電位, 為軌道陰極區, 洞體結構鋼筋中的雜散電流又可能再流回走行軌。因為地下埋設的鋼筋、管道周圍總有比較潮濕的電解質類物質, 雜散電流在金屬與電解質之間流動就加速了金屬失去電子游離成金屬離子, 形成類似于電解過程的腐蝕現象, 這就是金屬的電腐蝕。
對于鋪設在絕緣性能較好的道碴和軌枕上的市郊直流電氣化鐵道, 干燥條件下產生雜散電流的情況要比地鐵好一些, 其防護對象主要是橋梁結構和從軌道下跨過的或沿線的水、電、氣管線和橋梁、建筑。這些金屬管線和橋梁桁架、混凝土配筋都是漏泄電流迷走的途徑和腐蝕的對象。
為限制雜散電流的電腐蝕作用, 電氣化鐵道的線路上部建筑與大地之間都進行了絕緣防護處理, 但是走行軌與大地之間仍不可避免地會產生漏泄電流。這種漏泄的雜散電流對城市建筑和地鐵本身具有遠大于自然腐蝕的破壞作用。為了證明地鐵里確實有迷流, 1979 年北京地鐵科研所進行了大規模的測量調查。對北京站至古城全線22. 6km 分段測量了地鐵主體結構的多筋與走行軌之間的電壓和電流, 從而確定軌道與大地間的過渡電阻。某些區段最大漏泄電流達到17. 6A。按照概率統計的方法, 根據法拉第電解定律Q= k It 計算, 全年金屬腐蝕的損失量達到2367kg 。而且, 從測量現場檢查金屬腐蝕的情況來看, 雜散電流腐蝕的表現形式往往呈穿孔狀并向深度發展, 其腐蝕速度和強度相當普通金屬腐蝕的10～ 100 倍。這就增加了其危險性。
2 北京地鐵為限制雜散電流所做的工作
測量結果引起了各方面的廣泛注意, 北京地鐵公司當時以科研所為主, 立即研究分析了國外地鐵防治雜散電流的理論和經驗, 結合北京地鐵的實際, 制定了整治措施。對于地鐵主體結構中鋼筋的處理方式, 在工程設計和施工中, 地鐵隧洞通過變形縫和沉降縫分為若干個結構段, 根據工程實際情況, 在每一個結構段內部, 將主鋼筋可靠地焊接, 并在每一個結構段或變形縫的兩端焊接引出雜散電流測防端子, 而在相鄰結構段間的變形縫處實現絕緣。這樣, 由于隧洞主體結構的鋼筋以焊接方式連接為一個整體, 就減少了雜散電流在結構鋼筋與周圍水泥或土壤電解質之間的流入流出所形成的多重電腐蝕現象。這種處理方法還為實現地下鐵道的電化學排流防護提供了方便條件, 從而預留了一條后備保護的方便途徑。
上述雜散電流測防端子, 可用于進行現場測量。當需要實現排流防護時, 還可以在結構變形縫兩側通過導線將其連通。北京地鐵一期、二期工程都采用了這種方案。“ 復八線”工程則是兩站間的結構鋼筋全部焊接連通在一起。施工后從現場實測的結果, 每一結構段長度為20～ 30m , 共抽測48 個結構段, 其縱向電阻的平均值為2. 052m Μ , 最大值為5. 55 m Μ , 都是毫歐數量級。結構段內鋼筋之間焊接與不焊接時, 其電阻值的差異十分巨大, 說明焊接的作用是非常明顯的。將地鐵隧洞主體結構鋼筋經焊接連接為一體后, 減少了多重電腐蝕現象, 也就減少了金屬的雜散電流腐蝕損失。在新線建設工程施工和監理過程中也很容易通過測量結構鋼筋的縱向電阻值檢查其焊接質量。對地鐵雜散電流的限制及電腐蝕防護牽涉到地鐵的供電、建筑結構、工務、信號等專業, 關系到地鐵的設計、建設施工和運行管理各個方面。為了協調各有關專業和有關方面的工作, 制定一個這方面的專業標準來協調各有關方面的工作和關系, 使相應的工作有章可循并提高其標準化水平, 是十分必要的。根據原城鄉建設環境保護部的要求, 以北京市地下鐵道科研所為主制定了《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程》, 批準為行業標準, 編號CJJ 49-92 。
3 雜散電流腐蝕防護的要點
3. 1 治理地鐵和城軌交通雜散電流腐蝕的原則
首先是將雜散電流減小至最低限度, 消除產生雜散電流腐蝕現象的根源; 其次, 應加強絕緣措施, 限制雜散電流向地鐵外部或城軌交通沿線擴散; 第三, 軌道附近的地下金屬管線結構, 應單獨采取有效的防蝕措施。
3. 2 城市軌道交通的設計建設中, 必須包括以下雜散電流腐蝕防護的內容:
(1) 牽引供電與回流系統中須有限制雜散電流的措施。如選用分布式的牽引供電方案, 變電站回流線應使用不少于兩根電纜, 不得從一個牽引變電站向不同的線路實行牽引供電等。
(2) 采取設計合理、性能可靠的絕緣防水措施。線路結構應能保證道床、線路上部建筑及軌道不受積水和水流的浸蝕, 保持清潔干燥不受污染。地鐵的隧洞結構不得漏水或積水, 且應具有良好的排水系統。 軌枕必須絕緣良好, 軌枕的端面和螺紋道釘孔, 必須經絕緣處理, 設置專門的絕緣層。位于鋼軌下面的道床素混凝土層的厚度, 不宜小于0. 4m。
(3) 主體結構鋼筋及金屬管線結構的防護措施。地鐵主體結構每個結構段內部的主鋼筋應實現可靠焊接, 相鄰結構段之間應絕緣。市郊電氣鐵路的排流結構的鋼筋也應焊接在一起。當隧洞是由鋼筋混凝土弧型砌塊制成時, 這些區段應有母線回流。 地鐵及城市軌道交通的結構鋼筋, 自來水、煤氣天然氣管及電纜金屬外鎧裝等金屬管線結構, 與回流走行軌和電源負極間不應有電氣連接。
(4) 電氣化軌道沿線敷設的各種電纜、水氣管等管線結構, 須選擇符合雜散電流腐蝕防護要求的材質、結構設計和施工方法。敷設在軌道沿線的電力、通訊控制測量電纜, 應采用防水絕緣護套的雙塑電纜。敷設在隧洞或城鐵軌道附近的電纜、水管管線, 不得與地下水流、積水、潮濕墻壁、土壤以及含鹽沉積物等發生接觸。電纜在支架上敷設時應具有可靠的絕緣墊層。水管在鐵軌下方穿越時, 宜采用非金屬絕緣材質, 否則應有絕緣層并在穿越部位兩側裝設絕緣法蘭。
(5) 地鐵沿線及車站應設置防蝕檢測點。用以檢查地鐵牽引供電回流系統和結構電位等有關參數, 進行現場試驗, 測量判斷地下金屬結構受雜散電流腐蝕的程度。還可用以檢查驗收防蝕工程質量。
4 必須重視雜散電流腐蝕防護的基礎工作
由于地下鐵道或輕軌交通的主體結構屬于地下隱蔽工程, 工程中有關雜散電流腐蝕防護與檢測的若干工序的工藝過程, 如結構鋼筋的處理方式, 監測點與接地測量電極的設置, 結構防水層, 線路上部建筑中的有關防蝕措施等, 必須在工程施工中組織實施, 并在進入下一步工序前按質量要求完成, 否則可能造成無法補救的后果。因此在工程中須逐段進行試驗和驗收。這對保證工程質量是非常重要的。
1992 年發布的《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程》作為我國地鐵雜散電流腐蝕防護專業的第一個行業標準, 在一個時期內對我國地鐵工程建設與運行發揮了十分重要的作用。但是, 當時我國地鐵剛起步不久, 沒有象國外類似標準那樣作嚴格規定, 有些項目采取了緩解一下的方式, 可根據具體情況靈活掌握。10 多年來, 國內外地鐵和城市軌道交通已有很大發展和變化, 而且地面電氣鐵道與地鐵又有某些不同之處。在我國很多城市正在建設和發展城市軌道交通的時候, 對原《防護技術規程》進行修訂是十分必要的。在地鐵和城市軌道交通的工程建設和運營過程中, 應設立雜散電流腐蝕防護專業工程師崗位, 配備相應人員, 使這一監測防護工作得到有條不紊的實施和落實。
原作者：馬沂文 馬宏儒
