浅析客运专线无砟轨道桥梁的综合接地设计

 

摘　要:以京津城际轨道交通工程无砟轨道桥梁上的接地设置为例,从桥梁接地的目的、原则、要求和措施等方面阐述了综合接地系统对于保证桥梁结构本身、桥上人员、设备和列车安全运行的重要作用。

关键词:高速客运专线,桥梁,综合接地,设计原则,措施

 

　　随着我国铁路建设水平的不断发展和提高,铁路的建设模式正逐步从客货共线形式向客货分离的形式转变,通过对客运专线无砟轨道与有砟轨道的技术、经济比较,无砟轨道已成为客运专线的发展趋势。

      京津城际轨道交通工程轨道形式采用博格板式无砟轨道系统和ZPW2000 A型轨道电路,为了保证整体接地设计的统一,采用工程接地、等电位联结和防雷保护三者合一的设计方案作为本线的布置方案,该方案具有技术先进、经济合理和施工便捷(具备平行作业条件)等特点。

1 桥梁接地的重要性

      目前客运专线铁路综合接地系统在保证列车安全运行方面的作用正逐渐得到重视,其主要作用体现在如下几个方面:防雷电袭击保护;轨道电路传输可靠性保证;杂散电流电磁干扰以及在意外情况下对桥上设备、机车车辆和人员的接地保护,桥梁结构作为接地系统的传输导体和接地极有效地保证了上述功能的顺利实现。

2 接地范围

      桥梁结构的梁部、桥墩台、承台、基础以及接地系统的外部接口和各结构之间的连接均应进行接地连接,以形成完善的接地系统并具备良好的接地性能。

3 接地设计原则

      首先是钢筋类型的选择,接地钢筋原则上可利用结构本身的普通钢筋,预应力钢筋不接入综合接地系统,保证桥梁结构在通过高电压、电流时结构本身的正常使用功能不受影响并安全传导电压、电流通过;其次是钢筋的过载截面确定,钢筋截面积至少应为200 mm²(如16 mm钢筋、50×4 mm扁钢),以保证具有足够的载流截面,若采用铜缆作为连接线时要求截面不应小于50 mm²;再次是接地测试,对接地钢筋每处连接均应进行电阻值测试,确保电气回路通畅,经检查全部合格后方可浇筑混凝土。

4 接地措施

4.1 梁部接地钢筋

      梁部纵横向预留接地钢筋,并在梁的顶面及底面预留接地端子(见图1),以便与需要接地的构件及下部结构接地体连接,原则上接地钢筋利用梁部相应位置处的结构钢筋。

      1)每孔简支箱梁桥面设置4根Φ16 mm纵向钢筋,在双线轨道底座板之间设置2根钢筋,防撞墙和轨道底座板之间各设置1根钢筋。根据箱梁桥面板钢筋布置,当无单根Φ16 mm纵向钢筋可供利用时,可采用2根Φ12 mm钢筋代替1根Φ16 mm钢筋。

      2)梁端桥面板设横向钢筋、腹板设竖向钢筋与纵向钢筋焊接形成电气回路。

      3)桥面防撞墙、信号电缆槽、遮板、梁底分别预留接地端子与轨道、综合贯通地线、栏杆或声屏障、桥墩接地钢筋的连接条件。

      4)桥上接触网支柱预埋钢板采用焊接方式与梁部纵向接地钢筋连接。

      5)接地端子简支箱梁每孔16个,3孔一联的连续梁为32个。

      6)连续梁的接地布置形式和要求与简支箱梁一致。

4.2 桥墩及基础接地钢筋

      利用墩台身的两根竖向钢筋作为接地体,在墩台顶部与梁端接地端子连接,在墩台下部与承台环形接地钢筋焊接,利用桩基础的结构钢筋作为接地钢筋与承台环接钢筋可靠焊接并在承台底层四个方向各设置一根接地钢筋引出,承台环接钢筋原则上利用承台底层结构钢筋。

      1)每个桥墩选取横向最外侧两根竖向钢筋作为接地钢筋,并与承台底层环形接地钢筋焊接。

      2)选取承台4个角桩作为接地极与承台底层环形钢筋焊接,选择的桩身钢筋长度伸出承台底以下不应小于5 m。

      3)在承台底层侧面的4个方向上各设置1根伸出承台底以下不小于1.5 m接地钢筋。

      4)线路每隔500 m左右,在桥墩距离地面1 m的高度处设置一处横向接地测试钢板,用于运营期间的接地性能测试使用。

      5)接地端子每个桥墩设置2个,其位置尽量靠近支承垫石一侧,防止与防落梁设施干扰。

      6)桥台及基础的接地钢筋布置形式与桥墩一致。

4.3 接触网支柱接地

      桥上接触网支柱接地,采用直径16 mm的连接钢筋与支柱预埋钢板和梁部纵向接地钢筋连接。

4.4 梁端、桥墩之间接地连接

      桥梁的梁端与墩帽预留的接地端子之间采用热镀锌扁钢进行栓接,扁钢应留有适当余量,以满足变形和沉降引起的变化要求,扁钢长度每根1.5 m,宽度50 mm,厚度4 mm。当条件许可时,也可采用截面不小于50 mm²的铜质电缆,可以有效的降低当列车通过时造成的墩、梁振动影响。

4.5 接地端子

      接地端子采用材质为00Cr17Ni14Mo²的不锈钢,其外露面直径48 mm厚度5 mm,后接长度为45 mm直径为38 mm的套管。接地端子和钢筋的连接方式可以采用栓接即端子和钢筋均预留M16螺纹,在两者拧紧后采用CO2气体保护焊焊接的方式实现,也可以采用压接方式实现。

      为防止掉入杂物可先拧上螺栓,施工时应注意连接端子外露面应保证与混凝土表面平齐,当条件允许情况下建议连接端子外露面高出混凝土表面1 mm~2 mm为宜。

4.6 焊接要求

      接地钢筋连接均应采用焊接方式,焊接长度双面焊时不小于5d,且不小于100 mm;单面焊时不小于10d,且不小于200 mm,d为钢筋直径。焊缝符号按GB/T 324-1988及GB/T 5185-1985标注,焊缝采用CO2气体保护焊,焊缝厚度4 mm。

4.7 保护层厚度

      接地钢筋应优先选择桥梁结构的最外层钢筋,其保护层厚度应控制在5 cm~10 cm的范围以内。若保护层的厚度太小,则无法起到对钢筋的保护作用,易引起钢筋的锈蚀而失去接地功能;若厚度太大,则在特殊情况如接触网线断线、雷电击中等出现时,提供电气回路引导电流的通路实现困难,同样也起不到接地保护的使用功能。

4.8 接地测试

      桥梁的接地钢筋均设置在钢筋混凝土结构内,混凝土浇筑后接地系统即成为隐蔽工程,一旦接地通路破坏或断开将很难补救,因此上接地钢筋连接完成后应逐个焊接位置进行检查测试、记录并留存电子文档,全部合格后方可浇筑混凝土。

4.9 防锈处理

      接地钢筋网应保证各点电气连续贯通,露出混凝土以外部分需进行锌铬涂层防锈处理。

5 结语

      目前设计时速最高达300 km~350 km的高速客运专线铁路已成为我国客运铁路建设的发展趋势,列车运营的高速度、高密度、高舒适度和高安全性等要求中首先需要保证的是安全,而综合接地系统作为保障安全的一个重要基础更应引起我们足够的重视和投入,进行深入的分析研究综合接地系统在高速铁路中的实际应用。