地铁车站综合接地若干问题的探讨

       地铁车站有以下多种系统需要接地：牵引变电所及降压变电所供电系统的工作接地；为保证人身安全和设备安全的保护接地；通信系统、信号系统等弱电设备的接地；地上车站防雷接地。多种接地合用一个接地网，称之为综合接地系统，这是目前地铁工程普遍采用的接地形式。

       地铁车站的综合接地系统是为满足强电、弱电专业及其他非电气金属管道的全部接地要求所设置，它由接地网、接地引出线、接地端子排等部分组成。综合接地系统在防雷电流、防杂散电流、工作接地等方面均起到重要作用，是地铁工程人身安全、设备安全及运营可靠性的重要保证，因此，确实有必要对其在设计与施工中存在的一些问题进行探讨。

        1 综合接地的设置方式

        就接地系统而言，地铁工程与一般民用建筑的差别在于地铁采用的是直流牵引供电系统，而在采用走行轨回流的直流牵引供电系统中，由于钢轨与大地之间不能做到完全绝缘，由钢轨回流至牵引变电所的电流必然会有一部分经大地流回牵引变电所，由此产生的杂散电流会给地下的金属构件带来电解腐蚀现象，这一现象决定了地铁的接地设计与一般民用建筑的接地设计有所不同。

        为了尽可能减小杂散电流对地铁走行轨及其扣件、结构钢筋和沿线金属管线等的腐蚀，在地铁工程的设计与施工中，采用了多种方法来减少杂散电流的产生。其中，重要措施之一就是地铁接地装置必须与地铁车站的结构钢筋绝缘，接地装置采用人工接地，在地铁车站结构底板下设置由水平接地体、垂直接地体、接地引出线等组成的综合接地网。其原因在于，地铁车站主体结构采用的是防水混凝土及外包式防水形式，对地具有一定的绝缘性，客观上对防止杂散电流的危害提供了便利，若将其人为接地，杂散电流的破坏将直接作用于地铁车站结构钢筋。目前，国内在建和已建成投入使用的地铁，综合接地系统基本都采用了人工接地的形式。

        虽然目前有利用地铁车站结构钢筋作为接地体的意见，种意见没有充分考虑杂散电流防护的需要。依据CJJ49–92《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中“地铁的钢筋结构不应兼作它用”的规定，国内通行做法是地铁车站综合接地均设置为人工接地形式。如果采用第4轨回流或者采用交流牵引供电，这2种情况可以考虑采用结构钢筋等自然接地体作为接地装置。

         2 综合接地的材质

        选择接地网导体材料时应考虑材料的热稳定性、在土壤中的腐蚀速度、导电性、材料成本及来源等。目前，世界上普遍采用的接地材料是铜和钢2种。铜和钢接地网各有优缺点，钢的热稳定性比铜好且经济，而铜的导电性和耐腐蚀性比钢强。

       在接地工程的设计中规定了接地装置的防腐设计，在考虑腐蚀影响以后，接地装置的设计使用年限应与工程设计使用年限相当。DL／T621–1997《交流电气装置的接地》要求角钢的厚度不小于4mm，钢管的厚度不小于3.5mm。这是对地面变电所、发电厂的接地要求，它腐蚀后还可以更换，而地铁车站的综合接地是在底板以下，一旦遭到腐蚀破坏，无法进行更换补救。按照地铁工程设计年限为100年来考虑，综合接地系统材质的选择就显得尤为重要，考虑到耐腐蚀性的因素，铜排和铜管是国内地铁车站综合接地系统的首选材料。

        据相关文献，对地铁车站综合接地网材质的选择有采用铜包钢的意见。但铜包钢做接地体尚缺乏耐腐蚀性能的资料，相关加工工艺技术要求也没有国家标准，在地铁车站内使用有较大的风险。（富沃德注：GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》已有明确的镀铜接地材料的设计规范）

        3 接地引出线的形式及安装

         接地引出线是综合接地网与接地母排及接地设备之间的连接装置。综合接地系统一般敷设在车站结构底板垫层下约0.6m深处，为将综合接地系统引出至车站内的接地母排，需要由接地引出线穿越车站结构底板。

        考虑到杂散电流防护的需要，地铁车站综合接地系统采用了人工接地的方式，而这个人工接地方式构成的综合接地网，其依据的原则是“外引接地，绝缘引入"，即综合接地网与地铁车站主体结构应该绝缘。如果综合接地网与车站结构钢筋形成电气连接，则会为杂散电流向外扩散提供通路，引发地铁车站结构钢筋发生电化学腐蚀，从而危及车站主体结构的安全。接地引出线是综合接地与车站主体结构接触的环节，其能否做到与结构钢筋之间真正的绝缘，是综合接地网能否发挥真正作用的关键。

        在早期地铁施工是铜排直接穿越车站结构底板引出的方式，后来的地铁车站综合接地设计中，接地引出线多采用复合绝 缘热缩带缠绕，并在结构底板中预埋止水板进行止水、绝缘保护后穿越底板的方式。这2种方法都不能保证接地引出线与结构钢筋之间的可靠绝缘造成地铁车站结构钢筋接地，不能实现设置人工接地作为综合接地系统的设计目的。

        为实现综合接地与车站主体结构的可靠绝缘，目前，接地引出线多采用成套引出装置。地铁车站综合接地网专用的“非磁性成套引出装置"，在引出线铜排外套上防水钢管，铜排与钢管之间填充环氧树脂，以实现与结构钢筋的绝缘。除此之外，还在钢管外再套上止水环并密封焊接，也可以起到良好的防水作用。这种结构，对实现“接地网接地引出线需与结构钢筋绝缘’’的要求有重要作用(图l、2、3)。

         图1 成套引出装置

         图2 成套引出装置结构图

          图3 安装完成后的引出装置

        成套引出装置穿越车站结构底板时的安装位置，在设计图纸中有明确的要求，一般是钢管底端接触底板下混凝土垫层上端高出底板一定高度。这些要求，是为了防止引出装置中的铜排与车站底板结构钢筋接触，影响绝缘效果。在实际施工中，由于土建施工方对设计意图不够理解，不能严格按照图纸施工，往往造成成套引出装置安装位置偏高或者偏低，致使铜排与底板结构接触，影响了引出装置与车站主体结构的绝缘，这是施工中应当避免的。

       4 接地引出线穿越底板防水层的处理

       接地引出装置需穿透车站底板防水层，这是防水的薄弱点，处理不好，既会影响地铁车站的防水安全，也会影响综合接地系统与地铁车站主体结构的绝缘。在采用“非磁性成套引出装置”的情况下，防水方法是在钢管中部焊接止水法兰，其做法与穿墙管相同。在接地引出装置穿透底板防水层的位置增加防水加强层，以强化防水效果。具体施工方法如图4所示。