城市軌道交通的防雜散電流設施施工摘 要 結合上海市軌道交通六號線工程土建3標段施工,分析雜散電流產生原因、作用機理,介紹上海項目防雜散電流設施施工情況。關鍵詞 輕軌 雜散電流 危害 防護1工程概況 上海市軌道交通六號線工程土建3標段位于規劃的浦興路路中13m綠化帶內,起點樁號為SK7+077.360,終點樁號為SK9+470.250,包括2站2區間,正線全長2462.89m,站房面積8231m2。標段鉆孔灌注樁總共294根,共計14688延m。PHC預制管樁686根,均為?600mm,本合同段區間承臺73座。高架橋采用簡支箱梁、連續箱梁,連續梁形式,區間長2382.89m共計70跨,最大跨度80m,最小跨度25m;橋墩有71座是雙柱墩、2座是獨立墩,橋梁基礎是打入PHC管樁或鉆孔灌注樁。2雜散電流的危害 直流牽引供電系統中,以走行軌作負極回流導體的供電網絡,在實際運行中,有少量電流不沿回流軌回到牽引變電所負極,而流向電位低、電阻率低的位置,形成雜散電流,或稱為迷流。 在城市地鐵和輕軌等軌道交通運輸系統中,一般采用直流牽引,走行軌回流,因此,不可避免會有電流從走行軌泄入大地,對地下或地面的金屬構件如結構鋼筋、地下管線等產生嚴重的腐蝕。因此,對雜散電流腐蝕必須給予足夠的重視,并在施工過程中加以防范,國內對這方面的研究還很欠缺。 軌道交通系統中機車是一個運動變化的負荷,雜散電流腐蝕的介質一般為土壤,情況千差萬別,影響腐蝕過程的因素太多,并隨時間變化。在理論分析的基礎上結合大量調查研究和試驗,才能提出有針對性的治理雜散電流的技術和方法。3預防雜散電流的方法3.1減小鋼軌阻抗 地鐵列車走行鋼軌同時作為牽引列車電流回流用,因此鋼軌阻抗越小,從鋼軌向外流失的雜散電流也越小。減小鋼軌阻抗的有效辦法是采用長鋼軌,鋼軌越長,鋼軌接頭就越少,鋼軌的阻抗也就越小。鋼軌接頭除了用魚尾板螺栓連接外,再在兩根鋼軌之間用2根斷面積為120mm2以上的絕緣銅電纜連接。3.2走行鋼軌采用點支承 減少鋼軌與地面的接觸面也是減小雜散電流的方法之一,為此走行鋼軌采用點支承,即用混凝土軌枕作為支承。3.3 鋼軌與地絕緣 鋼軌與地絕緣越好,雜散電流也就越小,為此在鋼軌與混凝土軌枕之間、螺栓與混凝土軌枕之間、扣件與混凝土軌枕之間采取絕緣措施,要求軌道對雜散電流收集網的泄漏電阻值大于10Ω/km。3. 4 設置雜散電流收集網 上海軌道交通電動車輛采用直流供電,額定電壓為1500V,額定在引電流高達3000A。雖然兼作回流的走行鋼軌與地之間采取了絕緣措施,又采用長鋼軌,鋼軌接頭處加焊銅電纜,但鋼軌本身具有電阻,當電流流過鋼軌時因電阻作用就產生電位差。鋼軌對地絕緣電阻不可能處于無窮大,有電位差就會產生雜散電流,即走行鋼軌有小部分電流將流出軌道,此雜散電流在地鐵中形成“迷流”。當迷流進入地鐵隧道的結構鋼筋及與隧道絕緣不良的金屬管道、支架、橋架等時,在有電解質的情況下,這些金屬設備將受到電腐蝕。為此須在地鐵混凝土軌枕下道床內設置雜散電流收集網。雜散電流收集網由上、下兩排縱向鋼筋組成,每排5根Φ12mm鋼筋,每隔50m用一根Φ25mm以上的橫向鋼筋將5根縱向鋼筋焊接成一整體,同時用兩根Φ20mm鋼筋把上、下2根橫向連接鋼筋焊成一體,如圖1所示。上排的5根鋼筋除了起雜散電流收集作用外,還起固定混凝土軌枕的作用,混凝土軌枕上預先留孔,鋼筋在施工時穿進去。下排鋼筋固定在混凝土道床里。
雜散電流收集網與隧道的結構鋼筋間應絕緣,不能相連。雜散電流收集網在每個牽引變電所的兩個端頭設引出端子,用以測量和收集雜散電流。 我公司施工的上海軌道交通六號線工程中,基礎及下部結構采用內部鋼筋作為導電體,墩身中主筋和承臺鋼筋框架相連接,再通過承臺鋼筋與樁基鋼筋焊接后導入地下。承臺及墩帽預埋的鋼板作為接地用,墩身預埋鋼板用來測試電阻,要求電阻值均小于10Ω。具體布置見圖2。 預埋鋼板尺寸120mm×120mm×16mm,與墩身、墩帽及承臺主筋焊連。 上部梁體結構采用梁體主筋作為導電體,設計要求:(1)所有頂板面層縱向鋼筋作縱向電氣焊接,腹板及底板外側1/3縱筋作縱向電氣焊接,縱向每隔5m將頂板底板鋼筋與縱向主筋加以電氣搭焊作為雜散電流收集網。 (2)在梁端用5mm×50mm銅排與頂板面層 縱向鋼筋焊接后,在梁左右兩側引出連接端子,并用兩根AC1000V、斷面120mm2電纜將橋梁內收集網鋼筋縱向電氣連通。 (3)梁端收集網下大橫向鋼筋圈焊連及引出方式:將箱梁內首末端300mm處鋼筋與頂板橫向鋼筋焊接成大的橫向鋼筋圈,然后把此兩個大鋼筋圈與頂板面層所有縱向鋼筋及腹板、底板的1/3縱向鋼筋焊連,并經?Φ10L形輔助鋼筋分別將預埋鋼板的錨筋(共4塊)與大橫向鋼筋圈中的鋼筋焊接。 (4)在預埋承軌臺鋼筋時,所有1/2承軌臺鋼筋與梁體主筋進行點焊,承軌臺鋼筋和梁體主筋也形成電氣連通。 (5)焊接要求:當兩根鋼筋平行緊靠時用單面焊接,hf/l=6mm/30mm;當兩根鋼筋十字相交時(除注明外),如為國產鋼筋,允許丁字點焊(不能咬肉),hf/l=6mm/30mm,盡量滿足。具體布置詳見圖3。3.5 防范措施 (1)預制支承塊中,使用尼龍套管作為緊固螺栓孔,這樣就使走行軌與承軌臺之間有了絕緣保護。 (2)承軌臺施工中,“三筋”分離,即橋面預埋鋼筋、承軌臺結構鋼筋、支承塊外伸鋼筋三者之間絕緣,確保“三軌”供電牽引網與橋面的絕緣。為達到這一目的,首先,對橋面預埋鋼筋進行調整,包括順線路方向、線路垂直方向及高度方向的切割、搭焊處理,使兩者基本達到絕緣;接著,對承軌臺結構鋼筋和橋面預埋鋼筋兩者間進行絕緣檢查,有搭接處,用PVC管隔離、膠帶固定的方式,保證兩者絕緣。完成后,澆筑混凝土,收漿抹面時設人字排水坡,以便迅速排水,保持承軌臺干燥。承軌臺施工、長軌鋪設完后,作橋面防水處理,達到保持梁體內部干燥的目的。采取以上措施的關鍵是增大走行軌對地的過渡電阻,達到減小雜散電流的目的。3.6 “導”的措施 在“導”方面,線上、線下施工過程中,也都進行了相應的處理。 (1)線下施工即高架橋施工中,對梁片結構鋼筋進行處理,形成鋼筋網;同時,在梁端焊接防迷流端子,使進入梁體內的雜散電流能夠導出。 (2)線上鋪架施工即整體道床施工,雜散電流的導出,依靠承軌臺結構鋼筋個體的連通和一片梁內所有承軌臺結構鋼筋的連通。承軌臺結構鋼筋個體的連通是通過主筋和兩端整圈箍筋焊接來保證的。一片梁上所有承軌臺鋼筋的連通是通過承軌臺結構鋼筋相互間橫向、縱向扁鋼焊接來保證的。同時,在梁伸縮縫處,設防迷流端子,將進入道床內的雜散電流導出。4 雜散電流的監測現代新建的軌道交通系統都要求預留測防端子和預裝參考電極,在需要時可配備雜散電流的檢測系統,對雜散電流腐蝕的可能性進行實時監測。雜散電流的調查一般是指軌道交通系統的結構如車站處的軌道對地電阻和腐蝕電勢。其它雜散電流的監測包括軌道對地電壓、泄漏電流、指定的金屬結構對負母線的電壓和從牽引變電所饋出的總電流等的測量。這些測量數據用于對當前雜散電流和雜散電流腐蝕的評估。中華人民共和國行業標準———地鐵雜散電流防護技術規程規定:隧道結構的外表面受雜散電流腐蝕危害控制指標是由泄漏電流引起的結構電壓偏離自然電位數值。鋼筋混凝土地鐵主體結構的鋼筋,上述極化電壓的正向偏移平均值不應超過0.5V。一般軌道交通系統的雜散電流監測系統主要是監測雜散電流對結構鋼筋的腐蝕可能,因此主要監測結構鋼筋的極化電壓。5結束語 上海軌道交通施工中將防雜散電流施工分布于主體工程施工的各工序中,嚴格按照技術規范“防”、“導”相結合,對雜散電流進行防范,減小、避免雜散電流造成危害。采用ZC29B型接地電阻測試儀測試雜散電流,各項指標均達到行業標準,收到了良好的效果。參考文獻1易友詳.一種積極有效的地鐵雜散電流防護方案.天津理工學院學報，1995（2）2 胡 斌.地鐵迷流及上海地鐵的迷流防護措施.電世界，1994（1）
雜散電流收集網與隧道的結構鋼筋間應絕緣,不能相連。雜散電流收集網在每個牽引變電所的兩個端頭設引出端子,用以測量和收集雜散電流。 我公司施工的上海軌道交通六號線工程中,基礎及下部結構采用內部鋼筋作為導電體,墩身中主筋和承臺鋼筋框架相連接,再通過承臺鋼筋與樁基鋼筋焊接后導入地下。承臺及墩帽預埋的鋼板作為接地用,墩身預埋鋼板用來測試電阻,要求電阻值均小于10Ω。具體布置見圖2。 預埋鋼板尺寸120mm×120mm×16mm,與墩身、墩帽及承臺主筋焊連。 上部梁體結構采用梁體主筋作為導電體,設計要求:(1)所有頂板面層縱向鋼筋作縱向電氣焊接,腹板及底板外側1/3縱筋作縱向電氣焊接,縱向每隔5m將頂板底板鋼筋與縱向主筋加以電氣搭焊作為雜散電流收集網。 (2)在梁端用5mm×50mm銅排與頂板面層 縱向鋼筋焊接后,在梁左右兩側引出連接端子,并用兩根AC1000V、斷面120mm2電纜將橋梁內收集網鋼筋縱向電氣連通。 (3)梁端收集網下大橫向鋼筋圈焊連及引出方式:將箱梁內首末端300mm處鋼筋與頂板橫向鋼筋焊接成大的橫向鋼筋圈,然后把此兩個大鋼筋圈與頂板面層所有縱向鋼筋及腹板、底板的1/3縱向鋼筋焊連,并經?Φ10L形輔助鋼筋分別將預埋鋼板的錨筋(共4塊)與大橫向鋼筋圈中的鋼筋焊接。 (4)在預埋承軌臺鋼筋時,所有1/2承軌臺鋼筋與梁體主筋進行點焊,承軌臺鋼筋和梁體主筋也形成電氣連通。 (5)焊接要求:當兩根鋼筋平行緊靠時用單面焊接,hf/l=6mm/30mm;當兩根鋼筋十字相交時(除注明外),如為國產鋼筋,允許丁字點焊(不能咬肉),hf/l=6mm/30mm,盡量滿足。具體布置詳見圖3。3.5 防范措施 (1)預制支承塊中,使用尼龍套管作為緊固螺栓孔,這樣就使走行軌與承軌臺之間有了絕緣保護。 (2)承軌臺施工中,“三筋”分離,即橋面預埋鋼筋、承軌臺結構鋼筋、支承塊外伸鋼筋三者之間絕緣,確保“三軌”供電牽引網與橋面的絕緣。為達到這一目的,首先,對橋面預埋鋼筋進行調整,包括順線路方向、線路垂直方向及高度方向的切割、搭焊處理,使兩者基本達到絕緣;接著,對承軌臺結構鋼筋和橋面預埋鋼筋兩者間進行絕緣檢查,有搭接處,用PVC管隔離、膠帶固定的方式,保證兩者絕緣。完成后,澆筑混凝土,收漿抹面時設人字排水坡,以便迅速排水,保持承軌臺干燥。承軌臺施工、長軌鋪設完后,作橋面防水處理,達到保持梁體內部干燥的目的。采取以上措施的關鍵是增大走行軌對地的過渡電阻,達到減小雜散電流的目的。3.6 “導”的措施 在“導”方面,線上、線下施工過程中,也都進行了相應的處理。 (1)線下施工即高架橋施工中,對梁片結構鋼筋進行處理,形成鋼筋網;同時,在梁端焊接防迷流端子,使進入梁體內的雜散電流能夠導出。 (2)線上鋪架施工即整體道床施工,雜散電流的導出,依靠承軌臺結構鋼筋個體的連通和一片梁內所有承軌臺結構鋼筋的連通。承軌臺結構鋼筋個體的連通是通過主筋和兩端整圈箍筋焊接來保證的。一片梁上所有承軌臺鋼筋的連通是通過承軌臺結構鋼筋相互間橫向、縱向扁鋼焊接來保證的。同時,在梁伸縮縫處,設防迷流端子,將進入道床內的雜散電流導出。4 雜散電流的監測現代新建的軌道交通系統都要求預留測防端子和預裝參考電極,在需要時可配備雜散電流的檢測系統,對雜散電流腐蝕的可能性進行實時監測。雜散電流的調查一般是指軌道交通系統的結構如車站處的軌道對地電阻和腐蝕電勢。其它雜散電流的監測包括軌道對地電壓、泄漏電流、指定的金屬結構對負母線的電壓和從牽引變電所饋出的總電流等的測量。這些測量數據用于對當前雜散電流和雜散電流腐蝕的評估。中華人民共和國行業標準———地鐵雜散電流防護技術規程規定:隧道結構的外表面受雜散電流腐蝕危害控制指標是由泄漏電流引起的結構電壓偏離自然電位數值。鋼筋混凝土地鐵主體結構的鋼筋,上述極化電壓的正向偏移平均值不應超過0.5V。一般軌道交通系統的雜散電流監測系統主要是監測雜散電流對結構鋼筋的腐蝕可能,因此主要監測結構鋼筋的極化電壓。5結束語 上海軌道交通施工中將防雜散電流施工分布于主體工程施工的各工序中,嚴格按照技術規范“防”、“導”相結合,對雜散電流進行防范,減小、避免雜散電流造成危害。采用ZC29B型接地電阻測試儀測試雜散電流,各項指標均達到行業標準,收到了良好的效果。參考文獻1易友詳.一種積極有效的地鐵雜散電流防護方案.天津理工學院學報，1995（2）2 胡 斌.地鐵迷流及上海地鐵的迷流防護措施.電世界，1994（1）
