滬杭高速鐵路綜合接地系統(tǒng)施工方案研究

何建林

(滬杭鐵路客運(yùn)專線股份有限公司，上海 200237)

1 概況

滬杭高速鐵路于2009年4月開工建設(shè)，正線長度約160 km，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km。本段線路上海虹橋站至杭州東站正線橋梁占本次新建線路總長度的90.3%。

滬杭高速鐵路站前工程自開工建設(shè)以來，公司一直十分重視全線綜合接地系統(tǒng)的建設(shè)工作，結(jié)合通號(hào)［2009］－9301號(hào)通用圖組織召開了綜合接地技術(shù)專題交底、培訓(xùn)會(huì)以及全線的站前站后技術(shù)交底會(huì)等，為規(guī)范滬杭高速鐵路綜合接地系統(tǒng)的工程實(shí)施和監(jiān)理，確保350 km/h高速鐵路綜合接地系統(tǒng)的技術(shù)性能，對(duì)滿足全線電子、電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行和人身安全防護(hù)方面提出了具體的實(shí)施要求。

綜合接地系統(tǒng)采用沿鐵路全線上、下行敷設(shè)2根貫通地線方式，正線貫通地線采用截面為70 mm2的耐腐蝕并符合環(huán)保要求的導(dǎo)電高分子銅纜。與滬杭高速鐵路銜接的上海南聯(lián)絡(luò)線和筧橋聯(lián)絡(luò)線、虹橋動(dòng)車走行線、101專用線，貫通地線采用截面為35 mm2的耐腐蝕并符合環(huán)保要求的導(dǎo)電高分子銅纜。

2 具體做法

2.1 路基

2.1.1 路基地段貫通地線埋設(shè)

(1)一般路基地段沿線路兩側(cè)各設(shè)1根貫通地線，位于通信信號(hào)電纜槽外側(cè)內(nèi)壁正下方的基床底層中，接地裝置充分利用接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)。

(2)路堤、土質(zhì)及軟質(zhì)巖路塹地段的貫通地線埋深距基床底層頂面－30～－40 cm處;硬質(zhì)巖路塹地段，將貫通地線埋設(shè)于通信、信號(hào)電纜槽下約20 cm，溝中回填細(xì)粒土。

(3)有聲屏障及橋、隧之間短路基地段的貫通地線敷設(shè)在通信信號(hào)電纜槽內(nèi)，并采取砂防護(hù)措施。

(4)貫通地線縱向通過手孔時(shí)，應(yīng)從手孔下約20 cm通過，在手孔施做時(shí)，應(yīng)避免機(jī)械對(duì)貫通地線的損傷?？v向通過涵洞時(shí)沿涵洞頂呈蛇形通過，并采用10 cm厚的細(xì)砂作為保護(hù)層。橋梁、路基過渡段處，需將貫通地線從兩側(cè)分別引入橋臺(tái)尾路基兩側(cè)通信、信號(hào)電纜手孔中進(jìn)行連接;隧道、路基過渡段處，貫通地線通過隧道洞門外通信、信號(hào)手孔相連。

2.1.2 分支引接線的埋設(shè)

(1)至通信信號(hào)電纜槽的分支引接線埋設(shè)

貫通地線通過分支引接線側(cè)向水平引至路基邊坡，沿護(hù)肩底以及電纜槽底引入電纜槽靠線路側(cè)內(nèi)壁位置，與電纜槽靠線路側(cè)內(nèi)壁預(yù)留的接地端子引接線相連接。

路基地段通信信號(hào)電纜槽側(cè)壁預(yù)制接地端子應(yīng)與接觸網(wǎng)支柱同坐標(biāo);由地下貫通地線引出的分支引接線，應(yīng)在通信信號(hào)電纜槽外分別與接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)接地端子和電纜槽側(cè)壁預(yù)制接地端子尾端連接線相連接。

(2)至電力電纜槽的分支引接線埋設(shè)

貫通地線通過分支引接線側(cè)向水平引至路基邊坡，沿邊坡往下從側(cè)溝底部穿過至電力電纜槽與電力電纜槽靠線路側(cè)內(nèi)壁預(yù)留的接地端子引接線相連接。

分支引接線以1 000 m間隔設(shè)置，小于1 000 m的路基不考慮，大于1 000 m的路基等分設(shè)置，間隔以不大于1 000 m為原則;接地端子及分支引接線應(yīng)選在電力手孔處。

2.1.3 貫通地線的主要埋設(shè)工序和工藝

(1)路堤、土質(zhì)及軟質(zhì)巖路塹地段

路基填筑并壓實(shí)至高于貫通地線埋設(shè)深度約60 mm的同時(shí)，預(yù)留出60 mm深、寬度略大于貫通地線直徑的“小槽”，以敷設(shè)貫通地線;先向“小槽”內(nèi)回填40 mm厚粒徑不大于5 mm的土壤，敷設(shè)貫通地線，再次回填40 mm厚粒徑不大于5 mm的土壤后，進(jìn)行人工夯實(shí);人工夯實(shí)后，必須在“小槽”上方覆蓋厚度不少于100 mm、粒徑不大于5 mm的土壤，才能進(jìn)行正常的路基填筑和機(jī)械壓實(shí)作業(yè)。

貫通地線的分支引接線采用與貫通地線相同的工序和工藝埋設(shè)，施工邊坡防護(hù)前，將引接線埋設(shè)于邊坡防護(hù)層下并與灌注在電纜槽中的接地端子引接線連接。

(2)硬質(zhì)巖路塹地段

在硬質(zhì)巖路塹地段切割安裝電纜槽時(shí)，同時(shí)切割0.2 m×0.2 m的小槽，鋪設(shè)貫通地線，槽內(nèi)回填細(xì)粒土并人工夯實(shí);在需要橫向連接的位置，同時(shí)橫向切割出0.2 m×0.2 m的小槽，鋪設(shè)橫向連接線，槽內(nèi)回填細(xì)粒土并人工夯實(shí)。

(3)橋隧之間短路基地段(不大于30 m)

貫通地線直接敷設(shè)在電纜槽內(nèi)，在水平和高程方向與兩端橋隧結(jié)構(gòu)物內(nèi)貫通地線順接。

2.1.4 兩側(cè)貫通地線間的橫向連接

(1)長度超過1 000 m的路基地段，每間隔500 m左右將上下行貫通地線連接1次。

(2)長度為500～1 000 m的路基地段，在路基段中間將上下行貫通地線連接1次。

(3)長度小于500 m的路基地段，不考慮貫通地線的橫向連接。

(4)橫向連接線的規(guī)格、埋設(shè)深度、埋設(shè)工序及工藝與貫通地線相同。

2.1.5 路基地段接地極、接地端子設(shè)置等

(1)路基地段利用接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)作為接地極使用。在施作接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)時(shí)，在基礎(chǔ)向小里程方向側(cè)面預(yù)制接地端子，接地端子的連接鋼筋要求與基礎(chǔ)內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋可靠焊接;接地端子供軌旁設(shè)備及無砟軌道板等設(shè)施接地，并通過不銹鋼連接線與電纜槽內(nèi)接地端子連接。

(2)在通信信號(hào)電纜槽內(nèi)側(cè)壁預(yù)制接地端子，接地端子尾端與貫通地線分支引接線壓接，設(shè)置里程與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)中心里程相同，供基礎(chǔ)連接及通信信號(hào)軌旁設(shè)備接地;在設(shè)置分支引接線的電力電纜槽側(cè)壁預(yù)制接地端子，供電力設(shè)備接地。

(3)接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)上的接地端子采用橋隧型接地端子，電纜槽內(nèi)的接地端子采用路基型接地端子。

(4)安裝在電纜槽內(nèi)的接地端子有條件時(shí)應(yīng)直接灌注在電纜槽側(cè)壁上，為方便電纜槽預(yù)制，也可在槽壁上預(yù)留或后鉆孔徑不小于80 mm的圓孔，將接地端子以1∶2水泥砂漿或膨脹水泥砂漿固定在孔內(nèi)，接地端子應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)集中安裝或在出廠前安裝在電纜槽上。

(5)在工程允許的情況下，接地端子也可根據(jù)設(shè)備、設(shè)施的接地需要來確定預(yù)埋的里程，以達(dá)到最佳接地性能并方便工程實(shí)施和管理。

2.1.6 路基地段聲屏障綜合接地

(1)鋼筋混凝土聲屏障單元板頂部設(shè)置縱向接地鋼筋，貫通整個(gè)單元板，縱向接地鋼筋外緣距離混凝土表面不大于70 mm;單元板兩端縱向接地鋼筋處設(shè)置接地端子。

(2)在聲屏障單元板一端的基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋接地端子，并通過結(jié)構(gòu)鋼筋與上部的縱向接地鋼筋連接。在基礎(chǔ)內(nèi)通過連接鋼筋將接地端子與基礎(chǔ)錨桿連接(接地極)，以增強(qiáng)接地效果。

(3)聲屏障與貫通地線T形連接根據(jù)聲屏障設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)確定，原則上T形連接間距應(yīng)不超過100 mm。

2.2 橋梁

2.2.1 橋梁地段貫通地線

貫通地線鋪設(shè)在兩側(cè)的通信信號(hào)電纜槽內(nèi)，并采取沙防護(hù)措施，接地裝置充分利用橋墩基礎(chǔ)設(shè)置。綜合接地均采用橋隧型接地端子。接地端子直接澆筑在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，表面與結(jié)構(gòu)面齊平，并做好端子頭部的防護(hù)措施。

2.2.2 橋梁體接地設(shè)置

(1)無砟軌道橋梁接地設(shè)置要求:應(yīng)在梁體上表面(或防水層的保護(hù)層)設(shè)縱向接地鋼筋，縱向接地鋼筋設(shè)于防撞墻下部和上、下行無砟軌道板間的1/3和2/3處并貫通整片梁;軌道板間的縱向接地鋼筋距混凝土表面的距離應(yīng)小于100 m，并與梁端的橫向結(jié)構(gòu)鋼筋連接。

(2)有砟軌道橋梁接地設(shè)置要求:應(yīng)利用梁端的橫向結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地鋼筋并與梁底的接地端子連接，道砟厚度小于0.3 m的梁體上表面適當(dāng)位置處應(yīng)設(shè)縱向接地鋼筋。

2.2.3 樁基礎(chǔ)橋梁接地設(shè)置

(1)在每根樁中應(yīng)有1根通長接地鋼筋，樁中的接地鋼筋在承臺(tái)中應(yīng)環(huán)接，橋墩中應(yīng)有2根接地鋼筋，一端與承臺(tái)中的環(huán)接鋼筋相連，另一端與墩帽處的接地端子相連，以上接地鋼筋均可用樁、承臺(tái)、橋墩中的結(jié)構(gòu)鋼筋;

(2)在每個(gè)橋墩垂直于線路方向的小里程側(cè)面、距地面－10 cm處，設(shè)1個(gè)不銹鋼接地端子(水中墩除外)，供測(cè)試用。

2.2.4 橋梁地段聲屏障綜合接地

(1)鋼筋混凝土聲屏障單元板頂部設(shè)置縱向接地鋼筋，貫通整個(gè)單元板，縱向接地鋼筋外緣距離混凝土表面不大于70 mm。

(2)在聲屏障單元板一端的基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋接地端子，并通過結(jié)構(gòu)鋼筋與上部的縱向接地鋼筋連接。在基礎(chǔ)內(nèi)通過結(jié)構(gòu)鋼筋將接地端子與接地鋼筋網(wǎng)連接。

(3)聲屏障通過梁體上部的橫向接地鋼筋與貫通地線實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)T形連接，連接點(diǎn)應(yīng)統(tǒng)一選在橋梁體一端。

2.2.5 其他

(1)跨線橋、涵在墩內(nèi)及梁體內(nèi)設(shè)縱、橫向接地鋼筋，通過橋墩下部外聯(lián)接地端子與線路兩側(cè)貫通地線相連接;橋臺(tái)墩體內(nèi)設(shè)置接地鋼筋，橋臺(tái)面接地鋼筋參照橋梁體的接地設(shè)置要求實(shí)施。

(2)框架橋的梁部需采取接地措施，下部側(cè)墻可不接入綜合接地系統(tǒng)。

(3)橋墩、梁體、承臺(tái)及樁基礎(chǔ)中用于接地的非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋之間均要求可靠焊接，保證電氣連接。

(4)每孔梁端截面的接地端子組設(shè)在橋梁小里程一端，橫向接地鋼筋A(yù)1、A8均需和梁頂縱向鋼筋A(yù)4在梁兩端焊接。

2.3 車站范圍綜合接地技術(shù)要求

2.3.1 車站咽喉區(qū)路基地段貫通地線埋設(shè)

(1)貫通地線埋設(shè)于干線電纜槽下方，施工工藝要求與區(qū)間路基地段相同。

(2)每個(gè)接觸網(wǎng)支柱處的通信信號(hào)電纜槽內(nèi)設(shè)置2個(gè)路基型接地端子，端子間隔0.5 m，供與接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)連接及軌旁信號(hào)等設(shè)備接地。

(3)車站咽喉區(qū)進(jìn)站、出站信號(hào)機(jī)位置處的電力電纜槽側(cè)壁分別設(shè)置1個(gè)路基型接地端子，供電力設(shè)施接地。

(4)每個(gè)接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)上預(yù)置2個(gè)橋隧型接地端子。供軌道板及附近金屬設(shè)施就近接地。

2.3.2 車站咽喉區(qū)路基地段分支引接線

車站咽喉區(qū)路基地段分支引接線的埋設(shè)工藝及要求同區(qū)間路基地段，詳細(xì)方案參見路基綜合接地。

2.3.3 站臺(tái)區(qū)綜合接地方案

(1)貫通地線及分支引接線的敷設(shè)

站臺(tái)范圍內(nèi)的貫通地線與咽喉區(qū)貫通地線同徑路敷設(shè)，自站臺(tái)墻一側(cè)貫通整個(gè)站臺(tái)，在站臺(tái)兩端與咽喉區(qū)貫通地線相接。

分支引接線約每100 m設(shè)置1處，一端與貫通地線C形壓接，另一端與站臺(tái)墻內(nèi)側(cè)預(yù)留的接地端子栓接。

(2)接地鋼筋及接地端子設(shè)置

在站臺(tái)墻內(nèi)，站臺(tái)面上層靠線路側(cè)60 cm范圍內(nèi)的縱向結(jié)構(gòu)鋼筋需接入綜合接地系統(tǒng)，以解決車－地間的跨步電壓。通過站臺(tái)墻內(nèi)的部分橫向、豎向結(jié)構(gòu)鋼筋將其連接起來，約100 m分段，并接入綜合接地系統(tǒng)1次。每個(gè)用于接地的豎向結(jié)構(gòu)鋼筋下端連接1個(gè)橋隧型接地端子。端子孔朝向貫通地線，供站臺(tái)墻內(nèi)接地鋼筋與貫通地線的連接。不敷設(shè)貫通地線的站臺(tái)墻，可不設(shè)該接地端子及豎向接地鋼筋。

當(dāng)正線為無砟軌道區(qū)段或線間有客車上水設(shè)施等金屬物時(shí)，在線間敷設(shè)1根鍍鋅扁鋼(規(guī)格50 mm×4 mm)，將線間接觸網(wǎng)基礎(chǔ)的接地端子等電位連接，無砟軌道板及相關(guān)金屬設(shè)施的接地均可就近與扁鋼連接。

(3)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)接地

側(cè)線鋪軌前，在線間碎石層下方敷設(shè)鍍鋅扁鋼(規(guī)格50 mm×4 mm)，將接觸網(wǎng)基礎(chǔ)上的接地端子與站臺(tái)墻靠鋼軌側(cè)預(yù)留的接地端子連接起來。

當(dāng)正線為無砟軌道區(qū)段或線間有客車上水設(shè)施等金屬物時(shí)，在線間敷設(shè)1根鍍鋅扁鋼(規(guī)格50 mm×4 mm)，將線間接觸網(wǎng)基礎(chǔ)的接地端子等電位連接，無砟軌道板及相關(guān)金屬設(shè)施的接地均可就近與扁鋼連接。

(4)信號(hào)樓(或綜合站房，下同)等建筑物接地與綜合接地系統(tǒng)的等電位連接

距鐵路20 m范圍內(nèi)鐵路建筑物的接地裝置應(yīng)與綜合接地系統(tǒng)的貫通地線可靠連接。貫通地線在信號(hào)樓上、下行兩端應(yīng)分別與其環(huán)形接地體連接，每端設(shè)2根連接線，2根連接線的間隔為2～3 m。其他建筑物的地網(wǎng)應(yīng)與貫通地線可靠連接。

與接地網(wǎng)連接的接地干線，可用銅排或熱鍍鋅扁鋼埋地敷設(shè)，銅排的截面積不小于50 mm2，熱鍍鋅扁鋼的截面積不小于200 mm2。厚度均不小于4 mm。

2.3.4 其他接地

站臺(tái)范圍內(nèi)的金屬雨棚、支柱等接入信號(hào)樓或站房共用接地系統(tǒng)，按照原有車站綜合防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)分工完成設(shè)計(jì)、施工。

2.4 無砟軌道綜合接地方案

(1)無砟軌道板的接觸網(wǎng)閃絡(luò)保護(hù)接地應(yīng)充分利用軌道板結(jié)構(gòu)鋼筋，并在結(jié)構(gòu)物內(nèi)預(yù)埋接地端子。

(2)原則上按每100 m與線路兩側(cè)預(yù)埋的接地端子單點(diǎn)T形連接，從而實(shí)現(xiàn)與貫通地線的連接。

(3)每100 m段落內(nèi)的軌道板之間進(jìn)行等電位連接。T形連接及等電位連接均采用不銹鋼連接線。

(4)無砟軌道接地參考通線(2008)2301號(hào)《時(shí)速300～350 km客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道》。

2.5 工藝要求

(1)接地端子應(yīng)直接灌注在電纜槽或其他混凝土制品中。接地端子采用不銹鋼制造，按照IEC 62305－3的規(guī)定，不銹鋼材料的成分應(yīng)滿足:Cr≥16%、Ni≥5%、Mo≥2%、C≤0.08%，如 GBOOCr17Ni14Mo2。接地端子的端子孔規(guī)格為M16，并應(yīng)配置防異物堵塞的孔塞，方便開啟。

(2)接地連接線宜采用不銹鋼連接線，由鋼絲繩、2個(gè)線鼻以及2個(gè)配套的防盜螺栓(每個(gè)螺栓上應(yīng)配2個(gè)平墊圈和1個(gè)彈簧墊圈)組成。鋼絲繩采用直徑不大于1 mm的不銹鋼絲制造，總截面不小于200 mm2(Ik＞25kA)或120mm2(Ik≤25kA)。線鼻與鋼絲繩的連接處應(yīng)能承受5 kN的拉力且3 min不得松動(dòng)和斷股。如接地設(shè)備有特殊規(guī)定，應(yīng)根據(jù)相關(guān)設(shè)備要求選用接地連接線。

(3)貫通地線的接續(xù)和“T”形分支引接，采用銅質(zhì)“C”形壓接件進(jìn)行連接，貫通地線與接地端子間的連接采用壓接并栓接。壓接壓力不小于120 kN，并且地下連接處應(yīng)采取防腐措施。

(4)橋墩、樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、梁體內(nèi)等用于接地的鋼筋間應(yīng)采用搭接焊工藝。焊接要求:雙邊焊搭接長度不小于55 mm;單邊焊搭接長度不小于100 mm;焊縫厚度不小于4 mm。鋼筋間十字交叉時(shí)采用直徑14 mm(Ik≤25 kA)或16 mm(Ik＞25 kA)的“L”形鋼筋進(jìn)行焊接(焊接長度同前)。

(5)對(duì)施工中外露的接地鋼筋進(jìn)行防腐處理，采用外涂瀝青，外包聚氯乙烯，聚苯乙烯帶的方式。安裝有避雷器的接觸網(wǎng)支柱，通信、信號(hào)等弱電系統(tǒng)設(shè)備不與其共用接地點(diǎn)，強(qiáng)、弱電設(shè)備接地點(diǎn)間隔要求不小于20 m。

3 結(jié)語

滬杭高速鐵路綜合接地系統(tǒng)路基、橋梁、站房等施工按照上述方法基本完成，經(jīng)全面測(cè)試橋梁段接地電阻小于10 Ω，路基地段基本小于1 Ω，滿足四電系統(tǒng)集成對(duì)于綜合接地系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)了全線電子、電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行和人身安全防護(hù)方面的需求。

對(duì)于綜合接地能否建好關(guān)鍵是站前施工單位接地端子的預(yù)埋是否按照標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于橋、路基地段綜合接地系統(tǒng)的核心問題是非預(yù)應(yīng)力鋼筋、接地端子、接地極之間的連通，以及連接鋼筋、貫通地線的防腐處理和連接的焊接技術(shù)。

綜合接地系統(tǒng)是客運(yùn)專線尤其是350 km/h高速鐵路站后設(shè)備穩(wěn)定、可靠工作的基礎(chǔ)和防雷工程的前提，綜合接地系統(tǒng)的工作優(yōu)良與否直接影響了客運(yùn)專線能否安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)營。因此，必須從源頭上高度重視綜合接地系統(tǒng)的施工，確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

［1］鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.通號(hào)［2009］—9301號(hào) 鐵路綜合接地系統(tǒng)通用參考圖［S］.北京:2009.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵集成［2006］220號(hào) 客運(yùn)專線綜合接地技術(shù)實(shí)施辦法(暫行)［S］.北京:2006.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2007］39號(hào) 鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定［S］.北京:2007.

［4］中華人民共和國鐵道部.鐵運(yùn)［2006］26號(hào) 鐵路信號(hào)設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見［S］.北京:2006.

［5］鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.鑒信［2007］96號(hào) 鐵路防雷、接地工程設(shè)計(jì)專業(yè)分工及研討會(huì)議紀(jì)要［S］.北京:2007.

［6］劉立峰，周南駿.武廣鐵路客運(yùn)專線綜合接地標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(1):169-172.

［7］劉洋，賴紫輝.武廣鐵路客運(yùn)專線無砟軌道路基工程接口設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(1):192-196.