周 晉

（鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，300251，天津∥工程師）

對于地鐵車站，接地系統(tǒng)包括牽引變電所及降壓變電所供電系統(tǒng)的工作接地、為保證人身安全和設(shè)備安全的保護接地，以及通信、信號等弱電系統(tǒng)的設(shè)備接地。各系統(tǒng)接地通過接地體、接地引出裝置、接地電纜、強／弱電接地母排及各系統(tǒng)接地端子排連接成一體，形成一個高低壓兼容、強弱電合一的綜合接地系統(tǒng)，又稱之為綜合接地裝置。

每座地鐵車站均需要設(shè)置一個綜合接地裝置。根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》的要求，綜合接地裝置的接地電阻不應大于1Ω。實際設(shè)計中考慮到接地母排至設(shè)備房間的纜線電阻，一般將接地網(wǎng)的接地電阻控制在0.5Ω；對有困難的車站，可適當提高接地電阻值，但應滿足設(shè)計規(guī)范的要求。本文討論了高土壤電阻率地區(qū)地鐵車站綜合接地網(wǎng)的設(shè)置。

1 地鐵車站綜合接地裝置的常規(guī)設(shè)計

考慮到將車站主體鋼筋作為迷流的輔助搜集網(wǎng)，因此，地鐵車站的綜合接地網(wǎng)采用敷設(shè)人工地網(wǎng)，并盡量做到與結(jié)構(gòu)鋼筋的絕緣。關(guān)于是否可以采用結(jié)構(gòu)鋼筋做綜合接地網(wǎng)，目前在行業(yè)內(nèi)仍是爭論的焦點?！兜罔F設(shè)計規(guī)范》與《地鐵雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程》的要求是利用結(jié)構(gòu)鋼筋作輔助收集網(wǎng)。因此，本文不考慮結(jié)構(gòu)鋼筋做綜合接地網(wǎng)的方案。

人工接地網(wǎng)包括水平接地體、水平均壓帶和垂直接地體。根據(jù)復合式接地網(wǎng)接地電阻的簡化算法［3］，可以計算出人工接地網(wǎng)的接地電阻：

式中：

Re——接地電阻；

ρ——土壤電阻率；

S——復合接地網(wǎng)的面積。

車站接地網(wǎng)的大小由車站的土壤電阻率和車站規(guī)模決定：常規(guī)設(shè)計中最大的接地網(wǎng)面積不應超過車站基坑的面積；最小接地網(wǎng)的面積由車站土壤電阻率根據(jù)計算確定。

車站內(nèi)的變電所和主要的弱電系統(tǒng)一般均布置在車站設(shè)備用房比較集中的一端，但在另一端往往也需設(shè)置跟隨變電所和其他一些弱電設(shè)備用房，因此車站兩端都需要接地引出線。這樣，可以在車站兩端各引3組接地引出線（分別引至強電、弱電和金屬管道的接地母排）。每組引出線有3根引出線，其中2根與接地母排相連，另1根為預留。典型地鐵車站的綜合地網(wǎng)布置如圖1所示。

2 高土壤電阻率地鐵車站降阻的常規(guī)措施

我國有些城市（如重慶、青島、大連等）的巖石地層比較淺，其地鐵車站的結(jié)構(gòu)底板已經(jīng)進入巖石層。如何降低這類車站的接地電阻是綜合接地設(shè)計的關(guān)鍵問題。一般用于地鐵綜合接地的降阻措施有：外引地網(wǎng)、換土法、降阻劑法及深打接地極等。

圖1 典型地鐵車站綜合接地網(wǎng)布置圖

外引地網(wǎng)的降阻效果很明顯，但容易受地理位置的限制。由于地鐵車站一般建在繁華的市區(qū)，在該處尋求合適的外引條件不太容易。換土法是目前地鐵設(shè)計中的普遍采用的降阻方案，但降阻效果并不是很明顯：換土后接地電阻可以減小到原來的2／3～2／5，但在石質(zhì)地層難以取得滿意效果［4］；同時，換土需要將車站基坑超挖，增大了土建的工程量。降阻劑法與換土法類似，其降阻效果為處理之前電阻值的50%～30%；但對于巖石地層，此方法亦很難達到理想的效果。深打接地極施工難度比較大，尤其處于巖石地層時很容易延誤施工工期，此外在地下巖石層采用深打接地極法的效果尚需要作進一步研究。

3 雙層接地網(wǎng)設(shè)計

針對高土壤電阻率的地鐵車站，對施工中垂直接地體施工困難、影響工期、施工費用較高等問題，本文提出一種新的綜合接地網(wǎng)的設(shè)置方案：在地鐵車站結(jié)構(gòu)底板下方做一層綜合接地網(wǎng)，在結(jié)構(gòu)頂板上方也做一層接地網(wǎng)，并通過扁銅帶將上下兩層接地網(wǎng)連接起來，稱此方案為雙層接地網(wǎng)方案。其三維示意圖如圖2所示?？紤]地面行人的安全，設(shè)計時應根據(jù)上層接地網(wǎng)的埋深及土壤電阻率的大小設(shè)置成均壓網(wǎng)，以滿足地面跨步電壓的要求。

對于明挖車站或施工方便時，可使用常規(guī)扁銅作為人工接地體；對于暗挖車站或者施工不方便時，可使用等截面的銅絞線。鋼絞線在鐵路牽引地網(wǎng)中已大量使用。

3.1 接地電阻的計算

當接地極通過兩種不同的土壤，或所埋設(shè)地段的上層土壤電阻率與下層土壤電阻率不同時，則接地電阻會有所變化。此時只需要求得等效土壤電阻率，代入到均勻土壤接地電阻計算式，即可計算出非均勻土壤中的接地電阻。

圖2 雙層接地網(wǎng)三維示意圖

雙層接地網(wǎng)的接地電阻可以參考非均勻土壤中接地電阻的計算方法，即：

式中：

R——雙層接地網(wǎng)的接地電阻值，Ω；

ρ1，2——等效土壤電阻率，Ω·m；

S1——ρ1土壤電阻率內(nèi)接地網(wǎng)的面積，m2；

S2——ρ2土壤電阻率內(nèi)接地網(wǎng)的面積，m2。

3.2 對雙層接地網(wǎng)中垂直接地體的處置

垂直接地體的作用主要有3種：① 對故障電流的流向可起到引導作用；② 降低接地電阻，增加了接地網(wǎng)與土壤的接觸面積（但根據(jù)復合接地網(wǎng)的接地電阻計算公式可知［4］，垂直接地體對降低接地電阻的作用不是很明顯）；③ 保證地網(wǎng)接地電阻的穩(wěn)定性（由于垂直接地體一般比較深，受到氣候條件的影響比較小，因此對穩(wěn)定地網(wǎng)電阻值的作用很大）。

筆者認為，雙層接地網(wǎng)中的下層接地網(wǎng)可以取消其垂直接地體。其理由如下：

1）地鐵車站一般位于地下較深，結(jié)構(gòu)地板下方的接地網(wǎng)埋深一般都超過15m以上，因此接地網(wǎng)受氣候變化的影響很小。

2）對于高土壤電阻率的地鐵車站，下層接地網(wǎng)開始進入巖石層，并且越往下土壤電阻率越高，因此垂直接地體的降阻效果基本沒有，常規(guī)情況下垂直接地體的降阻作用約為20%［5］。

3）由于上層接地網(wǎng)所處地層的土壤電阻率比較低，兩層地網(wǎng)的聯(lián)接線可以等同于垂直接地體，具有引流的作用，可將故障電流引至土壤電阻率較低的上層接地網(wǎng)進行散流。

4）下層接地網(wǎng)處于巖石層，如在巖石層中鉆孔埋設(shè)垂直接地體，施工困難且費用較高。

3.3 雙層接地網(wǎng)的優(yōu)勢及其施工配合問題

1）對于設(shè)計而言，雙層接地網(wǎng)方案比較靈活。由于地勘報告未必與實際的土壤電阻率一致，當施工車站基坑開挖到底時，須對土壤電阻率進行實測。根據(jù)土壤電阻率實際測量值，確定設(shè)計方案的可行性，所以設(shè)計地鐵車站綜合地網(wǎng)時需要考慮補救措施，對雙層接地網(wǎng)設(shè)計方案可以在上層地網(wǎng)考慮多種補救措施；如果實際土壤電阻率比地勘報告中的低，在實施過程中一旦下層接地網(wǎng)能夠達到設(shè)計要求，則可以取消上層接地網(wǎng)。

2）雙層接地網(wǎng)方案類似于外引接地網(wǎng)，只是外引接地網(wǎng)就選擇在車站的正上方，這樣可以避免重新征地的困難。

3）人工接地體敷設(shè)在車站結(jié)構(gòu)底板以下，DL／T 621—1997《交流電氣裝置的接地》中要求“接地網(wǎng)的埋設(shè)深度不宜小于0.6m”。這是針對地面變電所、發(fā)電廠的接地網(wǎng)，因考慮冬季土壤干燥及冬季土壤凍結(jié)時對土壤電阻率產(chǎn)生的影響，所以要埋設(shè)在地面以下一定深度。但對地鐵車站來說，埋設(shè)在底板墊層下已經(jīng)很深了，再要求底板墊層以下0.6m，將會增加很大的工作量。如果是明挖車站，施工雖很困難，但還可以實現(xiàn)埋深0.6m；如果是暗挖車站將很難達到埋深0.6m。因此建議接地網(wǎng)埋在墊層下100～200mm。

4）為配合車站施工，接地網(wǎng)敷設(shè)可分段進行。在階段性施工結(jié)束后，應對已完工部分的綜合接地網(wǎng)進行接地電阻測量，以此推算出整個接地網(wǎng)的接地電阻值，進而判斷能否滿足接地要求。

5）接地網(wǎng)的焊接應采用放熱焊工藝，保證各焊接點牢固可靠，防止虛焊及脫焊。

6）一般市政管線的回遷工程滯后于上層接地網(wǎng)的敷設(shè)工程，故在敷設(shè)上層接地網(wǎng)時應給市政管線的回遷預留條件。

7）接地引上線上穿結(jié)構(gòu)底板時須做好防水處理，一般做兩層防水：在結(jié)構(gòu)底板底部做一層防水；在結(jié)構(gòu)底板中部做一層止水板。

4 結(jié)語

本文提出了地鐵車站綜合接地裝置中的雙層接地網(wǎng)的方案以及該方案在工程實施中需要注意的問題，以供國內(nèi)地鐵設(shè)計時參考。

［1］JGJ／T 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］DL／T 621—1997交流電氣裝置的接地［S］.

［4］中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［5］邱慶珠.地鐵車站綜合接地裝置設(shè)計中的若干問題［J］.電氣應用，2005（3）：38.

［6］劉永紅.地鐵車站的防雷接地保護研究［J］.鐵道工程學報，2008（1）：37.

［7］王彥利，謝偉.高土壤電阻率地區(qū)地鐵車站的接地設(shè)計［J］.鐵道電氣化，2007（2）：51.

［8］蔡明忠，劉昌林.地鐵車站接地與安全設(shè)計中綜合接地裝置的應用［J］.隧道建設(shè)，2009（1）：65.

［9］魏海洋.關(guān)于地鐵車站綜合接地網(wǎng)問題的探討［J］.城市軌道交通研究，2010（12）：70.