摘 要 结合上海市轨道交通六号线工程土建3标段施工,分析杂散电流产生原因、作用机理,介绍上海项目防杂散电流设施施工情况。关键词 轻轨 杂散电流 危害 防护
1 工程概况
上海e轨道交通六号线工程土建3标段位于规划的浦兴路路中13m绿化带内,起点桩号为SK7+077.360,终点桩号为SK9+470.250,包括2站2区间,正线全长2462.89m,站房面积8231m2。标段钻孔灌注桩总共294根,共计14688延m。PHC预制管桩686根,均为600mm,本合同段区间承台73座。高架桥采用简支箱梁、连续箱梁,连续梁形式,区间长2382.89m共计70跨,最大跨度80m,最小跨度25m;桥墩有71座是双柱墩、2座是独立墩,桥梁基础是打入PHC管桩或钻孔灌注桩。
2 杂散电流的危害
直流牵引供电系统中,以走行轨作负极回流导体的供电网络,在实际运行中,有少量电流不沿回流轨回到牵引变电所负极,而流向电位低、电阻率低的位置,形成杂散电流,或称为迷流。
在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中,一般采用直流牵引,走行轨回流,因此,不可避免会有电流从走行轨泄入大地,对地下或地面的金属构件如结构钢筋、地下管线等产生严重的腐蚀。因此,对杂散电流腐蚀必须给予足够的重视,并在施工过程中加以防范,国内对这方面的研究还很欠缺。
轨道交通系统中机车是一个运动变化的负荷,杂散电流腐蚀的介质一般为土壤,情况千差万别,影响腐蚀过程的因素太多,并随时间变化。在理论分析的基础上结合大量调查研究和试验,才能提出有针对性的治理杂散电流的技术和方法。
3预防杂散电流的方法
3.1减小钢轨阻抗
地铁列车走行钢轨同时作为牵引列车电流回流用,因此钢轨阻抗越小,从钢轨向外流失的杂散电流也越小。减小钢轨阻抗的有效办法是采用长钢轨,钢轨越长,钢轨接头就越少,钢轨的阻抗也就越小。钢轨接头除了用鱼尾板螺栓连接外,再在两根钢轨之间用2根断面积为120mm2以上的绝缘铜电缆连接。
3.2 走行钢轨采用点支承
减少钢轨与地面的接触面也是减小杂散电流的方法之一,为此走行钢轨采用点支承,即用混凝土轨枕作为支承。
3.3 钢轨与地绝缘
钢轨与地绝缘越好,杂散电流也就越小,为此在钢轨与混凝土轨枕之间、螺栓与混凝土轨枕之间、扣件与混凝土轨枕之间采取绝缘措施,要求轨道对杂散电流收集网的泄漏电阻值大于10Ω/km。
3. 4 设置杂散电流收集网
上海轨道交通电动车辆采用直流供电,额定电压为1500V,额定在引电流高达3000A。虽然兼作回流的走行钢轨与地之间采取了绝缘措施,又采用长钢轨,钢轨接头处加焊铜电缆,但钢轨本身具有电阻,当电流流过钢轨时因电阻作用就产生电位差。钢轨对地绝缘电阻不可能处于无穷大,有电位差就会产生杂散电流,即走行钢轨有小部分电流将流出轨道,此杂散电流在地铁中形成“迷流”。当迷流进入地铁隧道的结构钢筋及与隧道绝缘不良的金属管道、支架、桥架等时,在有电解质的情况下,这些金属设备将受到电腐蚀。为此须在地铁混凝土轨枕下道床内设置杂散电流收集网。
杂散电流收集网由上、下两排纵向钢筋组成,每排5根Φ12mm钢筋,每隔50m用一根Φ25mm以上的横向钢筋将5根纵向钢筋焊接成一整体,同时用两根Φ20mm钢筋把上、下2根横向连接钢筋焊成一体,如图1所示。上排的5根钢筋除了起杂散电流收集作用外,还起固定混凝土轨枕的作用,混凝土轨枕上预先留孔,钢筋在施工时穿进去。下排钢筋固定在混凝土道床里。 杂散电流收集网与隧道的结构钢筋间应绝缘,不能相连。杂散电流收集网在每个牵引变电所的两个端头设引出端子,用以测量和收集杂散电流。
我公司施工的上海轨道交通六号线工程中,基础及下部结构采用内部钢筋作为导电体,墩身中主筋和承台钢筋框架相连接,再通过承台钢筋与桩基钢筋焊接后导入地下。承台及墩帽预埋的钢板作为接地用,墩身预埋钢板用来测试电阻,要求电阻值均小于10Ω。具体布置见图2。
预埋钢板尺寸120mm×120mm×16mm,与墩身、墩帽及承台主筋焊连。
上部梁体结构采用梁体主筋作为导电体,设计要求:
(1)所有顶板面层纵向钢筋作纵向电气焊接,腹板及底板外侧1/3纵筋作纵向电气焊接,纵向每隔5m将顶板底板钢筋与纵向主筋加以电气搭焊作为杂散电流收集网。
(2)在梁端用5mm×50mm铜排与顶板面层
纵向钢筋焊接后,在n左右两侧引出连接端子,并用两根AC1000V、断面120mm2电缆将桥梁内收集网钢筋纵向电气连通。 (3)梁端收集网下大横向钢筋圈焊连及引出方式:将箱梁内首末端300mm处钢筋与顶板横向钢筋焊接成大的横向钢筋圈,然后把此两个大钢筋圈与顶板面层所有纵向钢筋及腹板、底板的1/3纵向钢筋焊连,并经鸡10L形辅助钢筋分别将预埋钢板的锚筋(共4块)与大横向钢筋圈中的钢筋焊接。
(4)在预埋承轨台钢筋时,所有1/2承轨台钢筋与梁体主筋进行点焊,承轨台钢筋和梁体主筋也形成电气连通。
(5)焊接要求:当两根钢筋平行紧靠时用单面焊接,hf/l=6mm/30mm;当两根钢筋十字相交时(除注明外),如为国产钢筋,允许丁字点焊(不能咬肉),hf/l=6mm/30mm,尽量满足。具体布置详见图3。3.5 防范措施
(1)预制支承块中,使用尼龙套管作为紧固螺栓孔,这样就使走行轨与承轨台之间有了绝缘保护。
(2)承轨台施工中,“三筋”分离,即桥面预埋钢筋、承轨台结构钢筋、支承块外伸钢筋三者之间绝缘,确保“三轨”供电牵引网与桥面的绝缘。为达到这一目的,首先,对桥面预埋钢筋进行调整,包括顺线路方向、线路垂直方向及高度方向的切割、搭焊处理,使两者基本达到绝缘;接着,对承轨台结构钢筋和桥面预埋钢筋两者间进行绝缘检查,有搭接处,用PVC管隔离、胶带固定的方式,保证两者绝缘。完成后,浇筑混凝土,收浆抹面时设人字排水坡,以便迅速排水,保持承轨台干燥。承轨台施工、长轨铺设完后,作桥面防水处理,达到保持梁体内部干燥的目的。采取以上措施的关键是增大走行轨对地的过渡电阻,达到减小杂散电流的目的。
3.6 “导”的措施
在“导”方面,线上、线下施工过程中,也都进行了相应的处理。
(1)线下施工即高架桥施工中,对梁片结构钢筋进行处理,形成钢筋网;同时,在梁端焊接防迷流端子,使进入梁体内的杂散电流能够导出。
(2)线上铺架施工即整体道床施工,杂散电流的导出,依靠承轨台结构钢筋个体的连通和一片梁内所有承轨台结构钢筋的连通。承轨台结构钢筋个体的连通是通过主筋和两端整圈箍筋焊接来保证的。一片梁上所有承轨台钢筋的连通是通过承轨台结构钢筋相互间横向、纵向扁钢焊接来保证的。同时,在梁伸缩缝处,设防迷流端子,将进入道床内的杂散电流导出。
4 杂散电流的监测
现代新建的轨道交通系统都要求预留测防端子和预装参考电极,在需要时可配备杂散电流的检测系统,对杂散电流腐蚀的可能性进行实时监测。杂散电流的调查一般是指轨道交通系统的结构如车站处的轨道对地电阻和腐蚀电势。其它杂散电流的监测包括轨道对地电压、泄漏电流、指定的金属结构对负母线的电压和从牵引变电所馈出的总电流等的测量。这些测量数据用于对当前杂散电流和杂散电流腐蚀的评估。中华人民共和国行业标准———地铁杂散电流防护技术规程规定:隧道结构的外表面受杂散电流腐蚀危害控制指标是由泄漏电流引起的结构电压偏离自然电位数值。钢筋混凝土地铁主体结构的钢筋,上述极化电压的正向偏移平均值不应超过0.5V。一般轨道交通系统的杂散电流监测系统主要是监测杂散电流对结构钢筋的腐蚀可能,因此主要监测结构钢筋的极化电压。
5结束语
上海轨道交通施工中将防杂散电流施工分布于主体工程施工的各工序中,严格按照技术规范“防”、“导”相结合,对杂散电流进行防范,减小、避免杂散电流造成危害。采用ZC29B型接地电阻测试仪测试杂散电流,各项指标均达到行业标准,收到了良好的效果。
参考文献
1 易友详.一种积极有效的地铁杂散电流防护方案.天津理工学院学报，1995（2）
2 胡 斌.地铁迷流及上海地铁的迷流防护措施.电世界，1994（1）