地铁车站综合接地设计方案

□文 /刘莲莲

地铁车站地下结构是由围护结构及主体结构组成的，结合多年来地铁车站综合接地的设计思路，车站综合接地仅设置人工接地网，位于围护结构下方，通过接地引出线引至车站站台板下强弱电及非电气接地母排，车站内各房间再通过接地电缆联通接地母排至末端。

根据 GB 50157—2013《地铁设计规范》15.7.3：“无砟道床中应设置排流钢筋网并应与其他结构钢筋、金属管线、接地装置非电气连接。不应利用结构钢筋作为排流网。”15.7.12要求：“变电所应利用车站结构钢筋或变电所结构基础钢筋等自然接地极作为接地装置并宜敷设以水平接地极为主的人工接地网。自然接地装置和人工接地网间应采用不少于两根导体在不同地点相连接。……”GB 50157—2013的规定为地铁地下车站综合接地系统利用主体结构作为自然接地体创造了条件。

车站内结构钢筋网通常作为地铁车站杂散电流系统的备用排流网，远期车站杂散电流超标时投入使用。根据GB 50157—2013，选用车站结构钢筋作为自然接地体的方案，也需结合杂散电流专业实际情况一并考虑。

1 问题探讨

地铁车站综合接地系统包含了通信信号等弱电系统接地、变电所强电接地及金属管道等的非电气金属管道接地，接地电阻要求≯1 Ω且根据强弱电系统接地要求，车站必须设置人工接地网。

结合GB50157—2013的要求，新建线路综合接地系统既包含人工接地网，还需将车站主体结构钢筋作为自然接地体纳入车站综合接地系统。

本文结合天津地铁4号线的建设要求，同时总结多年地铁综合接地的设计经验，对天津地区地下站综合接地的设计方案进行多方面的研究和讨论。

1.1 人工接地网敷设深度

GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》5.4.4：“人工接地体在土壤中的埋设深度≮0.5 m并宜敷设在当地冻土层以下”。以往地下车站综合接地网的埋设深度多为车站主体结构底板垫层下0.6 m。

由于地铁车站埋设深度较大，主体结构底板埋深已经在地下20 m甚至更深的土壤中了，因此，关于人工网埋深的问题需进一步研究确定。

通过实际勘察资料及现场施工情况的了解，天津地区的地下水位较高，车站开挖后，施工场地降水工作量大，接地施工时，如继续在垫层下挖0.6 m敷设水平接地体，开挖、敷设施工难度较大，接地体长期处于潮湿环境，接地体焊接工作困难。

综上，建议4号线人工接地网敷设深度适当降低，在保证接地效果的情况下，降低施工难度，综合考虑，人工接地体敷设深度为底板垫层下0.2 m为宜。

1.2 人工接地网敷设面积

车站人工接地网的设置面积，直接影响接地电阻的大小，根据天津地区土壤电阻率实测值，将车站综合接地网设置情况分为3种情况，分别对其接地电阻及接地网投资进行分析。

1.2.1 方案一

仅在车站变电所下方设置人工接地网，见表1。

表1 方案一主要材料

接地电阻计算值R=0.170 Ω,人工接地网投资（不含土建工程量）17.08万元。

1.2.2 方案二

在车站设备集中端设备房间下方设置人工接地网，见表2。

表2 方案二主要材料

接地电阻计算值R=0.126 Ω，人工接地网投资（不含土建工程量）26.38万元。

1.2.3 方案三

在整个车站范围内设置人工接地网，即常规设计方案，见表3。

表3 方案三主要材料

接地电阻计算值R=0.073 Ω，人工接地网投资（不含土建工程量）52.13万元。

R是在土壤电阻率为10 Ω·m情况下的计算值，结合目前天津地铁其他线路详勘资料，天津地区的土壤电阻率基本在10 Ω·m以下。

1.2.4 方案对比

对以上方案进行对比见表4。

地下车站人工接地网的施工工艺要求高,投资较大。由于在穿过结构板时要采取绝缘措施和防水措施,造成施工工艺复杂,在主体结构垫层下大面积的敷设焊接人工接地网施工难度很大。

表4 方案汇总

典型地铁车站的人工接地网造价一般在40万～60万元，有的地区甚至达到100万元。

通过以上比较，地下站人工接地网大面积的敷设对接地电阻的减小意义不大。因此，综合考虑接地系统的安全性、经济性及施工合理性，将人工网的敷设面积按照方案二设置，较方案三（常规设计方案）中大面积人工网的敷设方式，减少了大量的敷设工作，减少敷设难度，节约投资，同时又保证了接地安全，为接地系统设计留有一定的裕量。

1.3 人工接地网与自然接地装置之间的连接

GB 50157—2013要求：“自然接地装置和人工接地网间应采用不少于2根导体在不同地点相连接。自然接地极与人工接地网的接地电阻值应能分别测量。”

人工接地网仍需与结构钢筋绝缘，保证两部分能分别测量，各系统完工后，还需连通，保证车站为一个综合接地网，因此需在站台板下将人工网与自然接地网连通。

由于车站结构钢筋网与人工接地网材质不同，人工接地网与结构钢筋的连接考虑通过站台板下接地母排进行间接连通，每个母排设两处连接。

2 设计方案

结合以上结论，对天津地铁4号线地下车站综合接地设计进行调整。

典型地下车站的综合接地由人工接地体和自然接地体两部分组成。利用结构钢筋作为自然接地体并在车站下方敷设人工接地网，自然接地网与人工接地网均接入站台板下接地母排，保证自然接地体与人工接地体可靠连通，形成车站的综合接地体。

在车站下方敷设人工接地网，人工接地网靠近车站设备集中端敷设，位于底板垫层下0.2 m处。

人工接地网设接地引出线供车站强电接地母排、弱电接地母排及非电气金属管道接地母排用。其中非电气金属管道接地为备用接地母排。车站的接地引出线与结构钢筋绝缘，保证人工接地网与车站主体结构绝缘。

车站内强、弱电系统接地由站台板下接地母排接引，车站非电气金属管道接地就近由车站结构网接引，就近设置等电位端子箱。

车站主体柱子、梁、中板、底板内结构主筋需进行可靠焊接，使车站钢筋网形成有效的电气通路。

3 结论

通过减小人工网的埋深，减小接地网敷设面积，优化了设计方案，既降低了施工风险，又节省了投资。利用车站主体结构钢筋作为自然接地装置，同时设置人工接地网的综合接地方式，较只有人工接地网作为车站综合接地系统增加了车站接地系统的可靠性。

同时由于无已完工的实际案例，将结构钢筋纳入综合接地系统对于车站整体接地电阻的影响还需在工程实施中继续跟进，通过天津地铁4号线项目实测数据进行分析，完善接地系统设计方案。

另外结合GB 50157—2013的执行并对地下站综合接地系统的研究，推荐在地铁设计中结合各地地质情况，选择更为经济合理的接地做法。