宜万铁路隧道无砟轨道的综合接地

邓 文

(中铁二局集团电务工程有限公司,成都 610031)

宜万铁路 3km以上的隧道均铺设双块式无砟轨道,全线采用 ZPW-2000A型轨道电路,由于在钢轨上需要通过各种不同频率的电流信息,所以钢轨就不能接地。通过对国内外方案对比论证,最终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入大地,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入大地,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。

由于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。采用隧道结构接地和道床板接地的二合一的设计方案作为宜万铁路隧道综合接地的布置方案,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。

2 综合接地的设计原则

宜万铁路信号系统配置 ZPW-2000A谐振式轨道电路,以钢轨作为其传输通道。当信号电流通过钢轨时,由于无砟轨道内设有构成闭合回路的钢筋网,且距离钢轨很近,轨道结构中的钢筋与轨道电路耦合会产生感应电流,在轨道电路和钢筋间形成变压器效应,对轨道电路产生干扰,影响轨道电路的传输性能,使传输长度缩短,从而要增加轨道电路的设备,对系统的可靠性有影响,且增加维修工作量和费用。为了减少无砟轨道区段对轨道电路的传输衰耗,要求对轨道结构中的钢筋作绝缘处理。

2.1 隧道的结构接地

在每个综合洞室底板下方做钢筋网作接地体,设于模筑衬砌中。接地体与贯通铜缆间通过内部钢筋及接地扁钢用电缆连接。接地钢筋网由纵向钢筋和环向钢筋构成,每 100m构成 1个接地钢筋网单元。

2.2 无砟轨道道床板接地

轨道板内钢筋除专用接地钢筋外的纵向和横向钢筋需做相互绝缘处理(避免对信号的影响),专用接地钢筋按树状结构设计(单点接地原则),不允许形成电气环路。

3 综合接地的实现

3.1 隧道的结构接地

(1)接地钢筋网单元在二次衬砌中,利用内层纵、环向结构钢筋作为接地钢筋构成。以接触线垂直向上在拱顶的投影线两侧,以 0.5m为间隔,各选 3根后按每 1m选 1根纵向结构钢筋作为纵向接地钢筋;环向钢筋按每 50m的间隔,选取环向结构钢筋作为环向接地钢筋。

(2)在两侧电缆槽的线路侧外缘各设 1根纵向接地钢筋,有钢筋的隧道,接触网基础附近的纵向结构钢筋应与接触网基础连接,并作为纵向接地钢筋使用。纵、环向接地钢筋间可靠连接,环向接地钢筋与 2根贯通地线连接。二次衬砌无钢筋时,另设环向接地钢筋与接触网基础及 2根贯通地线连接。

(3)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道,利用锚杆和专用环向接地钢筋、钢架作为接地极,并在左侧或右侧墙角附近,用连接钢筋将多根专用环向接地钢筋、钢架串接为1个接地装置;Ⅱ级围岩隧道,利用隧道底板的下层结构钢筋作为接地极,多个接地极组成 1个接地装置。每处接地装置与贯通地线连接。

(4)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道,墙角附近用于串接钢架、专用环向接地钢筋的连接钢筋左、右侧间隔设置,该连接钢筋应先与连接接触网基础的环向接地钢筋连接后,再与贯通地线连接;Ⅱ级围岩隧道,连接接触网基础的环向接地钢筋和底板接地极应通过电缆槽线路侧外缘内的纵向接地钢筋实现与 2根贯通地线的连接;原则上,接地钢筋与贯通地线的连接间隔不大于 100m。

3.2 无砟轨道道床板接地

(1)无砟轨道的现场浇筑道床板要进行绝缘处理。道床板上、下层纵、横向钢筋的交叉点采用钢筋绝缘卡方式连接。钢筋绝缘衬垫宜采用聚乙烯,其体积电阻率应大于 1014Ω◦cm,按《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》(GB/T1410)的试验方法检测,为保证衬垫与钢筋的紧密连接,绝缘衬垫的卡力不得小于 25N,可按相应的测试方法检查,绝缘衬垫的绝缘电阻应大于 1012Ω。道床板钢筋架设完成后,进行绝缘检查,合格后方可进行混凝土灌注。

(2)将每股道整体道床最表层的钢筋中的 3根纵向钢筋作为接地钢筋,钢筋 φ16mm,道床两头均各留1个接地端子,接地端子与纵向接地钢筋焊接连接成等电位;沿线路方向每 100m形成 1个接地单元,1个接地单元内的道床板间通过不锈钢缆线连接,每个接地单元与接触网架空地线连接 1次。纵向接地钢筋的混凝土保护层厚度不大于 100mm。

(3)道床板预留接地端子在单线隧道内均预留在万州方向的左侧;双线区段均预留在田野侧(外侧)。接地端子采用不锈钢制造,按照《雷电防护 第三部分 建筑物的实体损害和生命危险》(IEC62305-3)的规定,不锈钢材料的成分应满足:Cr≥16%、Ni≥5%、Mo≥2%、C≤0.08%,如 GB00Cr17Ni14Mo2。

(4)为保证单点接地,每块道床内均设 1处 φ16 mm的横向接地钢筋,横向接地钢筋与纵向接地钢筋之间焊接。

(5)每 100m设置的接地引线截面采用 95mm2,型号为 JKYJ-1×95(单芯铝芯交联聚乙烯绝缘架空电缆),一端设并沟线夹(JL34-89),一端设线鼻。

(6)接地钢筋与道床板内的其他结构钢筋交叉时需绝缘。

3.3 保护层厚度

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,其保护层厚度应控制在 25mm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作用。

3.4 接地测试

隧道的接地钢筋均设置在钢筋混凝土结构内,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对焊接位置逐个进行检查测试、记录并留存电子文档,全部合格后方可浇筑混凝土。

3.5 无砟轨道 ZPW-2000A轨道电路一次参数及道床漏泄电阻测试

轨道电路是通过钢轨传输电流,钢轨通过轨枕放置在整体道床上,钢轨阻抗和道床电阻就成为轨道电路固有的电气参数,由于无砟轨道内铺设了大量钢筋,对轨道电路一次参数产生影响,从而影响轨道电路信息在轨道电路中的传输距离。宜万铁路大于 3km的长大隧道均设置双块式无砟道床。测试旨在为本线自动闭塞系统施工设计的合理划分闭塞分区轨道电路长度提供必要的设计依据,保证宜万铁路自动闭塞轨道电路正常工作,节约工程投资,降低工程造价,确保自闭工程的顺利开展。

在具备测试条件且采用无砟轨道结构的隧道中选择有代表性的 3座长大隧道进行测试。

(1)堡镇 Ⅰ线隧道 (DK75+940,长 11560m)DK073+996处往大里程1350m地段,为双块式无砟轨道,其设计轨道结构高度为 624mm,因现场的施工误差,实际轨道结构高度为 710mm。

(2)野三关Ⅰ线隧道(DK123+224S,长13838m)DK124+668处往大里程1380m地段。其设计轨道结构高度为 561mm。

(3)红岩寺Ⅱ线隧道(DK62+070,长3493m)DK162+149处往小里程1370m地段。其设计轨道结构高度为 561mm。

对以上 3段轨道一次参数进行测量,根据测量结果进行轨道电路极限长度的计算,并按计算结果确定的轨道区段设计长度值对上述测试区段提前实施轨道电路设施,进行轨道电路实测验证。

测试采取直接和间接相结合的测试方法,分别对轨道电路的钢轨参数和道床漏泄电阻进行测试。具体测试方法:双短路法、开短路法、对称双短路法。

宜万铁路于 2010年 4月进行了上述测试,测试结果表明:3座隧道所测试区段综合接地,均能满足ZPW-2000A轨道电路信息在轨道电路中的传输距离要求。将于2010年7月对上述测试区段提前实施轨道电路设施,进行轨道电路实测验证。

4 结语

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。宜万铁路为山区铁路,土壤接地效果不良,且无砟轨道内铺设了大量钢筋,对轨道电路一次参数产生一定的影响。无砟轨道综合接地的质量,关键在于控制好轨道板内钢筋绝缘处理的质量。通过混凝土浇筑前施工工艺的检查及绝缘处理的测试,使质量关键点得到有效控制,从而使无砟轨道ZPW-2000A轨道电路一次参数及道床漏泄电阻测试数据良好,能满足 ZPW-2000A轨道电路信息在轨道电路中的传输距离要求,能保证自动闭塞轨道电路正常工作。不用对轨道区段进行分割,节约工程投资,降低工程造价,确保宜万线自闭工程的顺利开展。

[1] 闫阿利.浅析客运专线无砟轨道桥梁综合接地[J].山西建筑,2008(28).

[2] 铁集成[2006]220号,客运专线综合接地技术实施办法(暂行)[S].

[3] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.武广客运专线设计参考图[Z].武汉:2007.