高速鐵路綜合接地系統(tǒng)施工檢測(cè)研究

孟憲軍，馬榮田

(1.哈大鐵路客運(yùn)專線公司，遼寧沈陽(yáng) 110013;2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

在我國(guó)高速鐵路建設(shè)中，綜合接地系統(tǒng)是一個(gè)全新的施工項(xiàng)目，不僅目前的施工工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步完善，而且它在高速鐵路中絕大部分是隱蔽性工程，施工后的檢測(cè)存在許多急待解決的問題。本文以橋墩接地系統(tǒng)施工檢測(cè)為例，介紹綜合接地施工檢測(cè)技術(shù)。

1 綜合接地系統(tǒng)的功能與基本構(gòu)成

在高速鐵路上設(shè)置接地系統(tǒng)主要是為了防止雷擊、電磁干擾、牽引供電回流等對(duì)高速鐵路線路上的各類設(shè)施、設(shè)備和人員造成損害。由于接地系統(tǒng)涵蓋在高速鐵路路基、橋梁、隧道、站場(chǎng)等各類工程中，所以又稱為綜合接地系統(tǒng)。為了起到有效防護(hù)作用，高速鐵路的各項(xiàng)建筑設(shè)施被用貫通地線電纜連接起來，這樣可以保證整個(gè)高速鐵路線路都被鉗制在同一個(gè)電位上，不會(huì)在短距離內(nèi)出現(xiàn)電壓差(跨步電壓)，傷及人員和設(shè)備，并將任意一點(diǎn)出現(xiàn)的有害電量就近釋放到大地中。綜合接地系統(tǒng)是貫通在高速鐵路上的一個(gè)完整而龐大的安全防護(hù)系統(tǒng)。

綜合接地系統(tǒng)的構(gòu)成主要是將高速鐵路上需要進(jìn)行接地防護(hù)的構(gòu)件通過各種連接方式引入到專門設(shè)置的人工接地體中，以實(shí)現(xiàn)防護(hù)目的。在高速鐵路上構(gòu)造物之間的綜合接地連接方式是用多股不銹鋼連接線連通，構(gòu)造物內(nèi)部是用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋焊接連通，并由特制接地端子引到混凝土構(gòu)筑物表面，同連接線連接。要求連接線與鋼筋的橫截面積應(yīng)始終滿足大電流(20 000 A)的可靠通流條件。

2 綜合接地系統(tǒng)檢測(cè)

綜合接地系統(tǒng)檢測(cè)包括兩項(xiàng)工作:一是對(duì)接地極的檢測(cè)，目的是驗(yàn)證綜合接地系統(tǒng)施工后人工接地體是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求;二是對(duì)連通性的檢測(cè)，目的是驗(yàn)證隱蔽在混凝土中的綜合接地專用結(jié)構(gòu)鋼筋連接的焊接質(zhì)量，是否達(dá)到了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通流性和導(dǎo)通性要求。施工中如果出現(xiàn)接續(xù)不良會(huì)引起安全問題，一旦發(fā)生直擊雷或電力牽引短路引起的大電流在接續(xù)不良的鋼筋上泄流，將在混凝土內(nèi)引發(fā)激烈的熱效應(yīng)，會(huì)造成承載體結(jié)構(gòu)破壞。

2.1 接地極檢測(cè)

綜合接地系統(tǒng)的人工接地體(簡(jiǎn)稱接地極)檢測(cè)是對(duì)接地極與大地接觸電阻值的檢測(cè)。接地極在橋梁上是利用了基礎(chǔ)樁內(nèi)的鋼筋和擴(kuò)大基礎(chǔ)底板內(nèi)的鋼筋網(wǎng)。這些接地極在按《鐵路綜合接地系統(tǒng)》(通號(hào)［2009］9301)設(shè)計(jì)圖制作后，都有引出的綜合接地端子與其連接，檢測(cè)時(shí)應(yīng)首先確認(rèn)引出的接地端子，再使用接地電阻檢測(cè)儀對(duì)地電阻進(jìn)行常規(guī)測(cè)量。這種檢測(cè)較為簡(jiǎn)便，不作具體介紹。

2.2 連通檢測(cè)

綜合接地系統(tǒng)連通檢測(cè)主要是檢測(cè)隱蔽在混凝土中的專用接地鋼筋之間的連通狀況，通過檢測(cè)可判定出被測(cè)鋼筋接續(xù)情況，可確定是否有因焊接接續(xù)不合格造成等效鋼筋截面的變徑，及是否正確連接。

連通檢測(cè)是通過測(cè)量鋼筋電阻值來實(shí)現(xiàn)的。在確定了被測(cè)鋼筋的直徑和長(zhǎng)度后，用其實(shí)測(cè)電阻值與理論計(jì)算的電阻值進(jìn)行比較。如果兩個(gè)電阻值相同(或?qū)崪y(cè)值小于計(jì)算值)，可以判定被測(cè)鋼筋全段沒有縮徑變化。如果某段被測(cè)鋼筋的某一處是焊接的，可以確定焊接處的等效橫截面是否與鋼筋的截面相同，從而可判定是否存在焊接面不足或者假焊現(xiàn)象。當(dāng)實(shí)測(cè)電阻值大于理論計(jì)算電阻值時(shí)，說明或者被測(cè)鋼筋存在縮徑，或者焊接質(zhì)量存在問題，使得鋼筋的通流性沒有達(dá)到同等直徑鋼筋的通流標(biāo)定值。

對(duì)綜合接地專用結(jié)構(gòu)鋼筋的使用，鐵集成［2006］220號(hào)文規(guī)定:接觸網(wǎng)短路電流≤25 kA時(shí)，截面應(yīng)≥120 mm2:接觸網(wǎng)短路電流 ＞25 kA時(shí)，截面應(yīng)≥200 mm2(鋼筋直徑≥16 mm)。

常用于綜合接地的專用結(jié)構(gòu)鋼筋規(guī)格是φ16，其截面積S16為201.061 mm2，鐵的電阻率 ρ為0.97×10－7Ω·m，則每米φ16鋼筋的理論計(jì)算電阻值R16=ρL/S16=0.97×10－7×1/(201.061 ×10－6)=0.482 ×10－3Ω。其中，L為鋼筋長(zhǎng)度。

已知每米φ16鋼筋的理論電阻值，則可計(jì)算得到被測(cè)鋼筋的計(jì)算電阻，把實(shí)測(cè)值與之比較，就能夠判斷隱蔽在混凝土中的鋼筋是否連通，及連通的通流性是否滿足規(guī)定。

由于檢測(cè)的鋼筋電阻值極低，要求檢測(cè)儀表具有很高的精度和合適的量程?，F(xiàn)場(chǎng)上千次試驗(yàn)證明，只有掌握好測(cè)量注意事項(xiàng)，檢測(cè)結(jié)果才會(huì)可靠。

為了保證連通檢測(cè)的準(zhǔn)確性，可靠識(shí)別出接續(xù)不良的綜合接地系統(tǒng)專用結(jié)構(gòu)鋼筋，應(yīng)注意以下事項(xiàng):

1)測(cè)量前應(yīng)認(rèn)真閱讀儀表使用說明書，掌握儀表操作步驟和測(cè)量過程中的調(diào)整方法。雙臂電橋的操作比較復(fù)雜，應(yīng)重點(diǎn)掌握。

2)測(cè)量前應(yīng)做好儀表的歸零調(diào)整。

3)為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)選用一根同樣規(guī)格的鋼筋進(jìn)行多次模擬檢測(cè)。

4)測(cè)量用的4根筆線必須是多芯的軟線，單根截面不應(yīng)小于4 mm2，否則影響測(cè)量精度。

5)測(cè)量用的線夾必須按使用說明書的規(guī)定，同時(shí)成對(duì)夾在被測(cè)端子或連接件上。不得將同側(cè)兩條測(cè)試筆線合一。

6)夾于端子上的兩個(gè)測(cè)量線夾，應(yīng)與端子做到面接觸，接觸面不應(yīng)小于70 mm2，如果條件允許可用銅材質(zhì)做一個(gè)螺栓形連接件，擰在被測(cè)端子上，讓線夾與端子達(dá)到面接觸，使檢測(cè)端不受接觸電阻的影響，測(cè)量數(shù)值更準(zhǔn)確。

7)檢測(cè)時(shí)應(yīng)考慮測(cè)量溫度對(duì)測(cè)量電阻值的影響。

8)檢測(cè)結(jié)果出來后，應(yīng)做迂回通道的影響分析。因?yàn)榫C合接地的連通是利用混凝土中的結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)鋼筋都是網(wǎng)狀布置，它們之間的搭連，會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果。一般每一處迂回搭連有效面積不足0.5 mm2，遠(yuǎn)小于200 mm2，但因其數(shù)量大不可忽略。這一因素可造成實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值。

2.3 橋墩綜合接地連通檢測(cè)

橋墩的綜合接地連通檢測(cè)一般共有3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，2項(xiàng)連通檢測(cè)，見圖1。圖中A為墩身地表下100 mm處的綜合接地端子，B為墩帽頂面上的下行側(cè)綜合接地端子，B'為墩帽頂面上的上行側(cè)綜合接地端子。

圖1 橋墩的綜合接地連通檢測(cè)示意

前文述及，由于結(jié)構(gòu)鋼筋相互之間的搭連會(huì)造成許多迂回導(dǎo)電通路，墩身越高迂回導(dǎo)電通路就越多，造成實(shí)測(cè)值往往小于按圖紙核定的連通電阻計(jì)算值。由于這個(gè)原因，在墩帽上不能直接對(duì)B和B'兩個(gè)接地端子進(jìn)行連通測(cè)量，這樣測(cè)試電流會(huì)通過許多小的迂回導(dǎo)電通路流回，致使檢測(cè)電流根本沒有通過墩身的綜合接地專用鋼筋就全部短路回來，而無法檢測(cè)。橋墩的綜合接地連通檢測(cè)項(xiàng)目分別是A—B和A—B'。

3 結(jié)束語

綜合接地連通檢測(cè)是一項(xiàng)很重要的檢測(cè)項(xiàng)目，通過本文對(duì)檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)方法、注意事項(xiàng)的總結(jié)，相關(guān)技術(shù)人員可舉一反三地開展各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的綜合接地系統(tǒng)施工質(zhì)量的檢測(cè)，從而保證高速鐵路綜合接地系統(tǒng)的施工質(zhì)量。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 3233—2010 鐵路綜合接地系統(tǒng)測(cè)量方法［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［2］中華人民共和國(guó)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:中國(guó)鐵道出版社，2007.

［3］鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.鐵路工程建設(shè)通用參考圖 圖號(hào):通號(hào)［2009］9301 鐵路綜合接地系統(tǒng)［S］.北京:鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，2009.

［4］中華人民共和國(guó)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:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［5］孟憲軍.高速鐵路綜合接地施工與檢驗(yàn)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2011.