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综合1-地铁隧道杂散电流形成、危害及防护技术.doc

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综合 地铁 隧道 电流 形成 危害 防护 技术
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1地铁隧道杂散电流形成、危害及防护技术摘要 杂散电流对供电系统周边的坏境和基础设施的危害很大。对杂散电流的防护应采取“以防为主,一排为辅、防排结合,加强监测”的原则。目前我国地铁的牵引方式多采用直流供电牵引,直流供电系统中的杂散电流将加速地下金属构件的腐蚀。因此对杂散电流防护施工必须严格按照设计要求及规范施工,确保地铁建设的长期安全运行。杂散电流是一种有害的电流,在直流牵引供电系统中会给地铁系统的设备、设施造成多方面的危害,必须对其采取防护和治理措施,以确保地铁的安全运营。关键词 地铁 杂散电流 1、 工程概况西安市地铁二号线一期工程会展中心~韦曲南区间,主要工作内容为三爻站~凤栖原站区间隧道开挖及初期支护、防水和二次衬砌施工。区间沿长安路南北走向,北起三爻站,南至凤栖原站,右线起讫里程 YCK21+978.800~YCK23+386.300,右线全长 1407.5m;左线起讫里程 ZCK21+978.800~ZCK23+386.300(长链 1.215m) ,左线全长 1408.715m。2、杂散电流的形成及危害2.1 杂散电流的形成地铁一般采用直流电力牵引的供电方式,一般接触网为正极,而走行轨兼作负回流线。1)由于回流线轨存在着电气阻抗,牵引电流在回流轨中产生压降,并且回流轨对地存在着电位差,回流线对道床、周围土壤介质、地下建筑物、埋设管线存在着一定的泄漏电流,泄漏电流沿地下建筑物、埋设管线等介质至负回馈点附近重新归入钢轨;2)由于钢轨的绝缘材料埋在地下,不可能做到完全绝缘,并且随着时间的推移,其绝缘水平逐渐下降,不可避免的造成部分电流不从轨道回流,而是通过沿线的道床钢筋、隧道结构钢筋流回到牵引变电所,以上两种泄漏电流即称迷流,又称地铁杂散电流。杂散电流的形成如图 1 所示图 1 杂散电流的形成变 电 所 变 电 所22.2 杂散电流的危害地铁中的杂散电流是一种有害的电流,会对地铁中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响,还会对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成不同程度的危害,甚至会危及人身安全,给地铁的安全运营带来不利影响。杂散电流对金属的腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种1、析氢腐蚀:阳极:2Fe→2Fe 2++4e-阴极:4H ++4e-→2H 2↑4H2O+4e-→4OH -+2H2↑2、吸氧腐蚀阳极:2Fe→2Fe 2++4e-阴极:O 2+2H2O+4e-→4OH -根据克.格.马儿克瓦尔德著.>记载,每安培杂散电流每年腐蚀掉金属见附表 1.表 1 每安培杂散电流每年腐蚀掉金属金属 电化学当量/(kg/A.年) 金属的容积损失/(cm 3/A.年)AL 2.93 1.085Pb 33.8 2.97Fe 9.12 1.165Gu 26.6 3.13、杂散电流的防护3.1 防护杂散电流一般采取“以防为主,以排为辅,防排结合,加强监测”的综合防护措施,“防”是减少回流轨纵向电阻,降低钢轨电位和提高回流轨对地过渡电阻,确保畅通的牵引回流系统,隔离和控制所有的杂散电流泄漏途径,减少杂散电流进入地铁的主体结构、设备及相关的设施;“排”一是在回流轨的整体道床中设置杂散电流收集网(主收集网),通过杂散电流的收集和排流系统,提供杂散电流返回至变电所负极的金属通路,以减少杂散电流向外泄3漏;二是隧道二衬钢筋连接在一起,组成辅助收集网;“测”是监视和测量杂散电流的大小,为运营维护提供依据,设计完备的杂散电流检测系统。如图 2。3.2 采用隔离法,减少杂散电流的漫延。是在条件允许的情况下,尽可能增强整体道床结构与隧道、车站间的绝缘。3.3 在牵引变电所。设置杂散电流排流装置采取这种做法,可在轨道绝缘降低致使杂散电流增大时,及时通过排流装置,使收集网中的杂散电流有畅通的电气回路。但是,杂散电流排流装置会使轨电位提高,杂散电流增大。3.4 广泛使用阴极保护,避免杂散电流的腐蚀。阴极保护是防止在被保护金属上产生阳极反应,从而保护这些金属不受杂散电流的腐蚀。3.5 降低回路电压,保持对地的良好绝缘在回流回路中,保持电压降处于低值以及走行轨对地的良好绝缘,是限制杂散电流的最重要措施。3.5 定期检查各杂散电流收集网之间的连接线、负回流电缆及均流电缆的连接是否良好,连接螺栓是否生锈等。如果这些连接部件状态不良,则应及时进行修复;定期利用杂散电流综合测试装置,监测整体道床结构钢筋、车站隧道结构钢筋、高架桥梁结构钢筋相对周围混凝土介质的平均电位是否超标,以便决定是否对钢轨回路及钢轨泄漏电阻进行测试检查,然后结合测试结果进行维护。4、施工工艺4.1 辅助收集网施工工艺1、区间隧道每个结构段(相邻两个伸缩缝之间为一个结构段)的底板中每根钢轨下方位置各选一根纵向钢筋(排流条)在本结构段内电气贯通,并与所有内层(上层)横向钢筋焊接,若有搭接,应进行搭接焊,搭接长度不应小于 300mm,焊缝高度不小于 6mm。2、每个结构段两端第一排(或第二排)横向钢筋应焊接为一闭合钢筋圈,并与内层所有纵向钢筋焊接。3、在每个结构段中,每隔 5 米左右选内层横向钢筋焊接成一闭合钢筋圈,并与内层纵向钢筋全部焊接。4、在隧道结构缝两侧及区间隧道与车站结构缝处隧道侧的侧墙上引出结构钢筋连接端4子(即辅助杂散电流收集网连接端子) ,并用 95mm²铜电缆连接,铜电缆长度为两连接端子间距离加 100mm。5、沿线路方向,在距车站两端 250 米左右的区间上、下行整体道床及隧道两侧墙各引出一测量端子,共设 8 个测量端子。6、结构钢筋焊点必须牢固,严禁虚焊。7、因铜与钢筋焊接采用火泥熔焊接连接.8、杂散电流焊接布置及连接端子焊接位置见图 3,图 4。变 电 所 主 收 集 网辅 助 收 集 网图 2 排流法杂散电流防护示意图 隧道中心线轨 顶 线二 衬 内 层 主 筋二 衬 内 层 纵 向 筋测 量 或 连 接 端 子30测 量 或 连 接 端 子排 流 条 排 流 条图 3 杂散电流防护断面形式示意图5图 4 杂散电流防护示意图4.1、 主收集网施工工艺地铁道床杂散电流防护钢筋连接,以确保电气连接,作法有两种:排流端子连接和连接端子连接。(1)连接端子作法在道床伸缩缝处用 120mm2的绝缘铜电缆与纵向钢筋焊接如图 5。图 5 接线端子连接图(2)排流端子作法6在车站两端端井处和区间旁通道位置道床伸缩缝处的设置 TMY50×5 铜排排流端子,将电流引出。图 6 排流端子连接图将道床伸缩缝处增加一根横向 φ10 箍筋与所有纵向钢筋焊接,在道床下方选两根纵向钢筋与所有横向钢筋焊接, 在道床上方选两侧两根纵向钢筋与所有横向钢筋焊接,每 5m 选一根横向箍筋与所有纵向钢筋焊接。4.2、 铜、铁焊接工艺铜、铁焊接采用火泥溶接焊接,火泥熔接焊接是一种铜与铜或铜与铁的放热式熔接技术,是利用化学反应(放热反应)时产生的超高热在瞬间完成导体之间的连接。它是通过导体溶化后分子间力的作用来连接导体的,使被连接导体熔为一体,且没有接触面,这样接克服了传统焊接工艺在连接点处存在表面接触电阻等无法克服的困难。3、 结语地铁中的杂散电流是一种有害的电流,会对地铁中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响,还会对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成不同程度的危害。地铁也是一种复杂的地下工程,其结构在施工完成后已定型,经若干年运营后要对主体结构因杂散电流腐蚀而进行更换或翻修则是十分艰难的,因此,对地铁杂散电流采取积极有效排流措施无疑具有重要现实意义。在我国早期建成的地铁(北京地铁、天津地铁)中杂散电流已造成主体结构发生严重腐蚀,隧道内水管腐蚀穿孔等现象严重。西安市地铁二号线一期工程会展中心~韦曲南区间的施工,经过防护和采取了相应的措施,目前经过测试目前效果良好。总之,虽然地铁杂散电流带来了许多危害,但只要采取有效的防护措施和监测措施,就能较少其危害,达到防范和智力的目的。7才考文献1、克.格.马儿克瓦尔德.铁路供电手册.北京;中国铁道出版社出版社,2001.2、李威.地铁杂散电流腐蚀检测及防护技术.北京;中国矿业大学出版社,2004.3、张健.地铁杂散电流防护体系研究.铁道建筑技术4期,20074、地铁杂散电流腐蚀防护技术规程
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