［摘要］针对地铁车站的综合接地装置问题，以深圳机场航站楼轨道枢纽工程为例，详细介绍了地铁车站综合接地装置的布置、接地装置埋设深度、接地装置材料选择、参数测量、接地引出线及连接线的要求、热熔焊接工艺、土壤电阻率的处理等几个方面施工中遇到的一些问题及解决方法。

［关键词］机场; 航站楼; 地铁; 综合接地网; 放热焊

 

      深圳机场航站楼轨道枢纽工程包括深圳地铁 2号线机场站和规划中的深港线换乘站、明挖区间隧道和车站跟随所。车站采用明挖法施工，根据地勘报告，区间及车站底板下接地装置所处地层的土壤电阻率平均为 30Ω·m。

 

      接地装 置 在 车 站 底 板 垫 层 下 的 埋 设 深 度 ≥0. 6m，底板垫层底部标高变化时，仍应保持 0. 6m 的相对距离; 接地网接地引出线需与结构钢筋绝缘，回填土需采用电阻率 ＜ 35Ω·m 的素土，综合接地引出线穿越地下车站结构底板时必须做防水处理;最终完成综合接地网的接地电阻 ＜ 0. 5Ω。

      地铁施工中接地网工程主要是由埋设在车站建筑物下面的水平接地体、垂直接地体通过焊接形成一个整体的接地大网，施工完后很难进行检修，所以对接地体的施工质量要求很高，尤其以接地网连接时焊接点的焊接质量为关键工序，进行严格的工艺操作和质量把关。

 

      特点如下: ①采用放热焊工艺，焊接牢固可靠，避免了材料浪费，节约成本支出; ②工序间采用分项流水作业，节省施工作业时间; ③提高模具焊接成功率，保证焊点一次顺利完成; ④克服外界不利天气因素影响，改善焊接环境，充分保证焊接质量;⑤施工速度快，整体施工工期短，工作效率高。

 

      放热焊接是通过铝与氧化铜的化学反应( 放热反应) 产生液态高温铜液和氧化铝的残渣，并利用放热反应所产生的高温来实现高性能电气熔接的现代焊接工艺。放热焊工作原理如下: 3Cu₂O +2AL 6Cu + AL₂O₃+ 热量( 2 537℃ 或 4 600^ｏF) 。

      该反应是在耐高温的石墨模具内进行的，放热反应过程只需数秒即可完成。放热焊接适用于铜、铜和铁及铁合金等同种或异种材料间的电气连接，放热焊接无需任何外加能源或动力。

 

 

      按设计路径及位置开挖接地网沟和钻孔，边挖边敷设接地体，以免沟壁坍塌，注意清理沟内石块等杂物。如沟内有积水，需采取降水措施。

      按照设计位置在挖好的沟槽内用钻机钻出孔径为 150mm，深 3m 的孔。随后抽干孔洞内积水，抽水的作用是防止填充浆料稀释，抽水后放入垂直接地体并与水平接地体焊接，然后将降阻剂和水按 2∶1的比例配置，搅拌均匀，制成浆料从管口压入，直至充满整个管体。待料浆初步凝固后，回填细土层，垂直接地体与水平接地体交接处采用放热焊连接。

      此工序须注意的重点是: ①为防止灌浆时管内空气影响形成空洞及断层，需在铜管下部约 1 /3 管长范围内管壁上每隔 200mm 交错钻φ10 ～ 15mm 小孔。②在向敷设完接地体的孔洞中填充降阻剂或素土时，应使填充料与接地体充分接触，并夯实。

      水平接地体敷设在上宽 600mm，下宽 400mm，深 600mm 的梯形沟槽内。安装前需先抽干沟内积水，将水平接地体沿接地网沟边在地面上焊接成一整体，理顺调直后使其呈立置状态敷设在土沟中，回填细土层，并夯实。

      此工序须注意的重点是: ①水平接地体若遇下翻梁或端头井等应保持 0. 6m 相对间距不变; ②水平接地体在端头井及下翻梁处进行局部下沉时应做≥5m 的圆弧处理; ③回填土要求用细土，不允许有砖头、大石块、混凝土建筑及垃圾，以免影响接地电阻; ④接地体焊好后用支撑物将水平接地体支撑起来，保证铜排和素土完全接触; ⑤由于接地网所处地层土壤电阻率的离散性大，接地电阻计算值跟实测值可能有较大差别; 若现场实测电阻率过大导致综合接地电阻不能满足要求，则应采用沟槽内填充降阻剂方式解决; 采用的降阻剂应为物理降阻剂，不能采用化学降阻剂。由于降阻剂成本较高，施工过程中应根据分阶段电阻测试数据，灵活确定是否使用降阻剂、降阻剂使用区域和使用量。

      接地引出线是连接设备和接地网的关键部位，由于需要穿越垫层和地下室底板，需要采取防止发生机械损伤和化学腐蚀的措施，还必须保证结构钢筋和引出线之间的绝缘要求，通常采用在穿越结构底板混凝土的引出线外加装不锈钢套管的方式保护。此工序须注意的重点是: ①穿越车站底板的套管处需做防水处理。②铜排与套管之间应采取绝缘隔离措施，通常采用胶圈和在管内填充环氧树脂的方法，但这种方式工艺比较复杂，成本高; 可以采用在引出铜排上套装绝缘热缩带的方法，用专用热缩风筒加热收缩带与铜排紧密结合在一起，既满足了绝缘要求，加快了进度，同时节省成本。③引出线引出站台底板长度 ＞ 0. 5m，严防断裂。

      整个接地网的施工关键是接地网的焊接，垂直接地体、水平接地体、接地引出线以及连接三者的水平均压带相互间的连接均采用放热焊接。

      1) 施工准备

      放热焊接操作之前，需用喷灯或其他方法对焊模加热驱除潮气。加热点涵盖整个模具表面，重点为模具模腔和反应腔。首次加热时间 10min。用钢丝刷或砂纸打磨干净被熔接位置。在进行正式接地铜母线施工前，对参加人员进行了操作技能培训，使其了解模具基本结构、使用方法和注意事项，并进行各种形式接头的熔接试验，对达到要求的操作人员方可允许参加施工。在使用焊模前仔细检查其内面是否有焊渣或铜水凝固物，如发现应及时清理，以免在焊模开合面处密合不好，形成缝隙，导致熔焊时铜水外流。如有破损应及时更换焊模。

      2) 焊接物就位及模具安装

      将导体端部擦拭干净，待焊接导体需平稳放置，模具固定导体后，选取与之配套的模具并将导体插入模穴中心，待焊接导体接头处应对准模具中心导留孔。小截面导体间无须留缝隙，大截面导体之间对接需留有约 2mm 的间隙，以便更好熔接。固定后需观察导体放置是否平稳，导体端部缝隙应位于模穴中心位置，且闭合模夹至锁定位置; 检查模具是否有明显缝隙，防止反应过程中漏浆。

      3) 加入焊粉

      先将金属隔离片放置到模具反应腔底部( 需注意铁片方向，凹面朝上，否则会严重影响熔接效果)以防药剂流入反映腔。缓缓倒入火药，并注意在火药底部贴一浅薄及透明小塑胶带，内盛引燃火药炭精。将此覆于火药上部，并均匀摊开，盖上顶盖。

      4) 引火施焊

      操作人员站在模具点火口侧面，点燃引火粉，放热熔剂即在焊模反应腔中剧烈反应并猛烈燃烧。

      5) 模具拆除及清扫

      剧烈燃烧完全结束 5min 后打开模具，用毛刷对模具进行仔细清除导体上、模具内矿渣，直至矿渣被完全去除。如有少量矿渣吸附在反应腔上，可在模具冷却后用 600 号砂纸进行清理，以备下次使用。热熔焊接施工控制要点如下。

      1) 主要影响熔接效果的因素是湿气 ( 或水汽) ，包括熔模、熔接粉剂或被熔接物等所吸收或附着的水汽，因此熔模、焊剂、连接体在使用前用烘干箱或喷灯予以加热驱除潮气。

      2) 另一影响熔接效果的因素是熔模及被熔接物的清洁程度，因此凡附着于熔接物表面的尘土、油脂、镀锌、氧化膜等熔接前必须完全去除，使其光亮后才可以进行熔接作业; 熔模内遗留的矿渣也需及时完全清除，否则将使熔接接头表面不平滑或不光亮。每次熔接后趁熔模热时，利用自然性毛刷( 不可用塑胶毛刷) 及布轻挖轻拭除去，否则冷却时则愈硬，愈难清除。

      3) 采取合适的熔模，当接地铜管的口径小于熔模口径时，很容易使铜水泄漏不能保证熔接质量，此时应利用铜带包扎接地铜管的末端进行处理。

      4) 水平接地极与连接带之间的连接，可以先将连接带扁铜平弯( 厚度方向弯曲) ，再按第 4 种连接方式熔接( 见图 3) 。平弯时，其弯曲半径应大于 2倍焊件厚度。

      5) 当熔焊结束后，须待熔模和焊接后的导线冷却 30s 后，方可使用铁钳。

      接地网施工过程中，需对每个区域进行分段电阻测试，施工完后需进行总体接地电阻测试，接地测试采用三极法，如图 4 所示。

      实际测量中为得到理想测量效果，应尽量将电压极设在实际的零电位区，把电压极沿测量用电流极与被测接地装置之间连接线方向移动 3 次，每次移动距离约为 0. 05L₂，测量电压极与接地装置之间的电压。如果电压表的 3 次指示值之间相对误差不超过 5% ，将中间位置作为测量用电压极的位置。不同于常规的接地系统，该系统的最终测试验收由供电部门组织，实际测试不仅包括接地电阻，还要对接触电位差和跨步电位差进行测试，测试采用金属板模拟人脚的办法，采用半径为 0. 1m 的圆形或0. 125m × 0. 25m 的长方形金属板模拟人脚，为了使金属板与地面接触良好，需把地面平整，撒些水，并在每块金属板上放置 15kg 重物( 见图 5) 。

      由于地铁综合接地装置需埋设在土壤中，施工效果不仅仅依靠工艺，地质条件施工过程和施工结果存在较大影响，因此在施工过程中需充分了解设计意图，针对不同的地质条件采取不同优化措施，下面已本工程为例说明: 深圳机场航站楼轨道枢纽工程地处填海区，地下土层主要为填海用的海砂层及其下的淤泥层，特别是西侧区域地下多为石灰粉质淤泥土层，遇水即形成泥浆，不仅开挖非常困难，而且因土质原因接地电阻可能也无法满足设计要求。在综合考虑设计意图和现场实际情况后，经计算分析，对原设计进行了优化，在保证接地网总面积缩短综合接地网东西向长度，增大南北向长度，根据设备机房位置，适当调整了接地引出线的位置，使接地网最大程度避开西侧区域。

      原设计中: ①接地网面积 S = 47 × 80. 45 =3 781. 15m²。②主要设计原则 主要依靠接地极和外围接地网，保证接地电阻和保护面积。接地网面积根据区域实测结果可以调整。接地引出线距需保护设备≤25m。③存在问题 未考虑现场土质因素，影响接地效果( 见图 6a) 。优化调整后: ①接地网面积 S = 59. 85 × 64. 45 = 3 857. 33m²; ②优化内容 调整接地网位置，避开土质较差区域和深基坑，减少了施工难度，加快了施工进度。接地极数量不变，接地网面积适当增大，保证接地网接触面积。对接地引出线位置进行调整，调整后接地引出线位置距设备为 18m，满足设计要求( 见图 6b) 。

      根据复合式接地网接地电阻的简单算法，计算电阻 R_c= ρ / S^{1 /2}，其中: ρ 为电阻率，S 为接地网面积。由于电阻率基本相同，优化修改后接地网面积变大，修改后的计算电阻要小于原设计; 而对比两个方案，可以发现: 设计接地网周长为( 47 + 80. 45)× 2 = 254. 9m，优化修改后的接地网周长为 ( 59. 85+ 64. 45) × 2 = 248. 6m，很明显优化后的方案即满足设计要求又节省了材料。

 

      深圳机场 T3 航站楼车站综合接地网施工采用放热焊工艺进行施工，可以有效缩短施工周期，提高焊点合格率，与传统焊接方法相比在电气导通率方面有明显提高，接地电阻值更小，能更好地满足防雷接地系统的要求，可靠、快捷、高效。

 

［1］ 毋 铁 卫，何 健，侯 喜 波，等． 地 铁 接 地 网 施 工 方 法: 中 国，CN101304148［P］． 2008-11-12．

［2］ 魏海洋． 关于地铁车站综合接地网问题的探讨［J］． 城市轨道交通研究，2010( 12) : 70-71，75．

［3］ 北京市地下铁道科学技术研究所． CJJ49—92 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程［S］． 北京: 中国计划出版社，1993．