地鐵車站綜合接地設(shè)計方案

□文 /劉蓮蓮

地鐵車站地下結(jié)構(gòu)是由圍護(hù)結(jié)構(gòu)及主體結(jié)構(gòu)組成的，結(jié)合多年來地鐵車站綜合接地的設(shè)計思路，車站綜合接地僅設(shè)置人工接地網(wǎng)，位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)下方，通過接地引出線引至車站站臺板下強(qiáng)弱電及非電氣接地母排，車站內(nèi)各房間再通過接地電纜聯(lián)通接地母排至末端。

根據(jù) GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》15.7.3：“無砟道床中應(yīng)設(shè)置排流鋼筋網(wǎng)并應(yīng)與其他結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線、接地裝置非電氣連接。不應(yīng)利用結(jié)構(gòu)鋼筋作為排流網(wǎng)。”15.7.12要求：“變電所應(yīng)利用車站結(jié)構(gòu)鋼筋或變電所結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)鋼筋等自然接地極作為接地裝置并宜敷設(shè)以水平接地極為主的人工接地網(wǎng)。自然接地裝置和人工接地網(wǎng)間應(yīng)采用不少于兩根導(dǎo)體在不同地點相連接?！盙B 50157—2013的規(guī)定為地鐵地下車站綜合接地系統(tǒng)利用主體結(jié)構(gòu)作為自然接地體創(chuàng)造了條件。

車站內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)通常作為地鐵車站雜散電流系統(tǒng)的備用排流網(wǎng)，遠(yuǎn)期車站雜散電流超標(biāo)時投入使用。根據(jù)GB 50157—2013，選用車站結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體的方案，也需結(jié)合雜散電流專業(yè)實際情況一并考慮。

1 問題探討

地鐵車站綜合接地系統(tǒng)包含了通信信號等弱電系統(tǒng)接地、變電所強(qiáng)電接地及金屬管道等的非電氣金屬管道接地，接地電阻要求≯1 Ω且根據(jù)強(qiáng)弱電系統(tǒng)接地要求，車站必須設(shè)置人工接地網(wǎng)。

結(jié)合GB50157—2013的要求，新建線路綜合接地系統(tǒng)既包含人工接地網(wǎng)，還需將車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體納入車站綜合接地系統(tǒng)。

本文結(jié)合天津地鐵4號線的建設(shè)要求，同時總結(jié)多年地鐵綜合接地的設(shè)計經(jīng)驗，對天津地區(qū)地下站綜合接地的設(shè)計方案進(jìn)行多方面的研究和討論。

1.1 人工接地網(wǎng)敷設(shè)深度

GB50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》5.4.4：“人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度≮0.5 m并宜敷設(shè)在當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵隆?。以往地下車站綜合接地網(wǎng)的埋設(shè)深度多為車站主體結(jié)構(gòu)底板墊層下0.6 m。

由于地鐵車站埋設(shè)深度較大，主體結(jié)構(gòu)底板埋深已經(jīng)在地下20 m甚至更深的土壤中了，因此，關(guān)于人工網(wǎng)埋深的問題需進(jìn)一步研究確定。

通過實際勘察資料及現(xiàn)場施工情況的了解，天津地區(qū)的地下水位較高，車站開挖后，施工場地降水工作量大，接地施工時，如繼續(xù)在墊層下挖0.6 m敷設(shè)水平接地體，開挖、敷設(shè)施工難度較大，接地體長期處于潮濕環(huán)境，接地體焊接工作困難。

綜上，建議4號線人工接地網(wǎng)敷設(shè)深度適當(dāng)降低，在保證接地效果的情況下，降低施工難度，綜合考慮，人工接地體敷設(shè)深度為底板墊層下0.2 m為宜。

1.2 人工接地網(wǎng)敷設(shè)面積

車站人工接地網(wǎng)的設(shè)置面積，直接影響接地電阻的大小，根據(jù)天津地區(qū)土壤電阻率實測值，將車站綜合接地網(wǎng)設(shè)置情況分為3種情況，分別對其接地電阻及接地網(wǎng)投資進(jìn)行分析。

1.2.1 方案一

僅在車站變電所下方設(shè)置人工接地網(wǎng)，見表1。

表1 方案一主要材料

接地電阻計算值R=0.170 Ω,人工接地網(wǎng)投資（不含土建工程量）17.08萬元。

1.2.2 方案二

在車站設(shè)備集中端設(shè)備房間下方設(shè)置人工接地網(wǎng)，見表2。

表2 方案二主要材料

接地電阻計算值R=0.126 Ω，人工接地網(wǎng)投資（不含土建工程量）26.38萬元。

1.2.3 方案三

在整個車站范圍內(nèi)設(shè)置人工接地網(wǎng)，即常規(guī)設(shè)計方案，見表3。

表3 方案三主要材料

接地電阻計算值R=0.073 Ω，人工接地網(wǎng)投資（不含土建工程量）52.13萬元。

R是在土壤電阻率為10 Ω·m情況下的計算值，結(jié)合目前天津地鐵其他線路詳勘資料，天津地區(qū)的土壤電阻率基本在10 Ω·m以下。

1.2.4 方案對比

對以上方案進(jìn)行對比見表4。

地下車站人工接地網(wǎng)的施工工藝要求高,投資較大。由于在穿過結(jié)構(gòu)板時要采取絕緣措施和防水措施,造成施工工藝復(fù)雜,在主體結(jié)構(gòu)墊層下大面積的敷設(shè)焊接人工接地網(wǎng)施工難度很大。

表4 方案匯總

典型地鐵車站的人工接地網(wǎng)造價一般在40萬～60萬元，有的地區(qū)甚至達(dá)到100萬元。

通過以上比較，地下站人工接地網(wǎng)大面積的敷設(shè)對接地電阻的減小意義不大。因此，綜合考慮接地系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性及施工合理性，將人工網(wǎng)的敷設(shè)面積按照方案二設(shè)置，較方案三（常規(guī)設(shè)計方案）中大面積人工網(wǎng)的敷設(shè)方式，減少了大量的敷設(shè)工作，減少敷設(shè)難度，節(jié)約投資，同時又保證了接地安全，為接地系統(tǒng)設(shè)計留有一定的裕量。

1.3 人工接地網(wǎng)與自然接地裝置之間的連接

GB 50157—2013要求：“自然接地裝置和人工接地網(wǎng)間應(yīng)采用不少于2根導(dǎo)體在不同地點相連接。自然接地極與人工接地網(wǎng)的接地電阻值應(yīng)能分別測量。”

人工接地網(wǎng)仍需與結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣，保證兩部分能分別測量，各系統(tǒng)完工后，還需連通，保證車站為一個綜合接地網(wǎng)，因此需在站臺板下將人工網(wǎng)與自然接地網(wǎng)連通。

由于車站結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)與人工接地網(wǎng)材質(zhì)不同，人工接地網(wǎng)與結(jié)構(gòu)鋼筋的連接考慮通過站臺板下接地母排進(jìn)行間接連通，每個母排設(shè)兩處連接。

2 設(shè)計方案

結(jié)合以上結(jié)論，對天津地鐵4號線地下車站綜合接地設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。

典型地下車站的綜合接地由人工接地體和自然接地體兩部分組成。利用結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體并在車站下方敷設(shè)人工接地網(wǎng)，自然接地網(wǎng)與人工接地網(wǎng)均接入站臺板下接地母排，保證自然接地體與人工接地體可靠連通，形成車站的綜合接地體。

在車站下方敷設(shè)人工接地網(wǎng)，人工接地網(wǎng)靠近車站設(shè)備集中端敷設(shè)，位于底板墊層下0.2 m處。

人工接地網(wǎng)設(shè)接地引出線供車站強(qiáng)電接地母排、弱電接地母排及非電氣金屬管道接地母排用。其中非電氣金屬管道接地為備用接地母排。車站的接地引出線與結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣，保證人工接地網(wǎng)與車站主體結(jié)構(gòu)絕緣。

車站內(nèi)強(qiáng)、弱電系統(tǒng)接地由站臺板下接地母排接引，車站非電氣金屬管道接地就近由車站結(jié)構(gòu)網(wǎng)接引，就近設(shè)置等電位端子箱。

車站主體柱子、梁、中板、底板內(nèi)結(jié)構(gòu)主筋需進(jìn)行可靠焊接，使車站鋼筋網(wǎng)形成有效的電氣通路。

3 結(jié)論

通過減小人工網(wǎng)的埋深，減小接地網(wǎng)敷設(shè)面積，優(yōu)化了設(shè)計方案，既降低了施工風(fēng)險，又節(jié)省了投資。利用車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地裝置，同時設(shè)置人工接地網(wǎng)的綜合接地方式，較只有人工接地網(wǎng)作為車站綜合接地系統(tǒng)增加了車站接地系統(tǒng)的可靠性。

同時由于無已完工的實際案例，將結(jié)構(gòu)鋼筋納入綜合接地系統(tǒng)對于車站整體接地電阻的影響還需在工程實施中繼續(xù)跟進(jìn)，通過天津地鐵4號線項目實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完善接地系統(tǒng)設(shè)計方案。

另外結(jié)合GB 50157—2013的執(zhí)行并對地下站綜合接地系統(tǒng)的研究，推薦在地鐵設(shè)計中結(jié)合各地地質(zhì)情況，選擇更為經(jīng)濟(jì)合理的接地做法。