滕小芳

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,陜西西安,710043）

0 引言

地鐵車站的綜合接地系統(tǒng)包括接地網(wǎng)、接地線、端子排等部分，是為滿足強、弱電專業(yè)及其他非電氣金屬管道的接地要求設(shè)置的。其設(shè)置原則應(yīng)保證人身安全、設(shè)備安全及正常運營，兼顧雜散電流腐蝕防護的要求。為滿足變電所設(shè)備、弱電設(shè)備及其他需接地的車站設(shè)備對接地的要求，每個車站單獨設(shè)置1個接地網(wǎng)，接地網(wǎng)的接地電阻不大于0.5Ω。

目前，地鐵車站綜合接地網(wǎng)均采用人工接地網(wǎng)的形式，即在車站底板下敷設(shè)相連接的垂直、水平接地線，形成綜合接地網(wǎng)絡(luò)。地鐵車站接地網(wǎng)一般分段敷設(shè)，在階段性施工結(jié)束后，對完工部分接地網(wǎng)進行接地電阻測量，以此推算出整體接地網(wǎng)的接地電阻值，如推算結(jié)果不能滿足設(shè)計要求，則在其余部分中采取補救措施。這種做法對于接地網(wǎng)所處土層土壤電阻率較低的車站來說，是可行的。對于土壤電阻率較高的地下車站，則需在設(shè)計時確定降低接地電阻的具體措施，以降低施工風(fēng)險，杜絕施工完畢后實測接地電阻值過高的問題。

本文以某城市地鐵車站為例，探討降低高土壤電阻率地鐵車站的技術(shù)措施。

1 工程概況

該車站為地下暗挖車站，車站埋深23m,車站長度200m,寬度19.2m,為典型地鐵車站。車站接地網(wǎng)處土層土壤電阻率ρ為275Ω·m。

2 車站接地電阻公式確定及分析

根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》，以水平接地網(wǎng)為主、邊緣閉合的復(fù)合接地網(wǎng)的接地電阻計算公式為：（1）

式中：

d ——水平接地體的直徑或等效直徑，m；

h ——水平接地體的埋設(shè)深度，m；

L ——水平接地體的總長度，m；

ρ——接地網(wǎng)所處土層土壤電阻率，Ω·m。

擬定該車站水平接地極采用Φ18鍍銅圓鋼，其等效直徑d=0.025434 m2；垂直接地極采用長度為2.5m的Φ17.2鍍銅接地棒，埋深h=0.8 m。該車站的人工接地網(wǎng)面積約為3350m2，人工接地體總長度為1035 m，外圈接地體長度446m，垂直接地體相隔10m左右設(shè)置，共50根。

代入上述計算公式，公式（1）的計算結(jié)果為2.375Ω，公式（2）的計算結(jié)果為2.405Ω，其誤差小于5%。

另通過對眾多車站數(shù)據(jù)代入計算，公式（1）和公式（2）結(jié)果誤差均小于5%，可認為用公式（2）作為地鐵車站人工接地網(wǎng)接地電阻的計算公式是可行的。

由于接地電阻計算值為2.375Ω，遠大于系統(tǒng)要求接地電阻值（0.5Ω），故該車站需采取降阻措施，以滿足接地系統(tǒng)阻值要求。

3 降低地鐵車站接地電阻方法分析

由公式（2）可知，人工接地網(wǎng)接地電阻僅與接地網(wǎng)包圍面積S及土壤電阻率ρ有關(guān)，增大接地網(wǎng)包圍面積或者降低土壤電阻率，均可降低土壤電阻率。因此，我們將降低車站電阻的著眼點置于這兩者之上。

3.1 增大人工接地網(wǎng)面積

該地鐵車站埋深23m,車站輪廓線確定了土建施工開挖范圍，接地網(wǎng)包圍面積S（m2）基本按車站外輪廓面計算，已為可實施范圍的最大值，且車站圍護樁結(jié)構(gòu)較深（較接地網(wǎng)深5m左右），增大人工接地網(wǎng)面積的可能性不大。

3.2 降低土壤電阻率

常用的通過降低土壤電阻率來降低接地電阻的方法有外引接地極、深打接地極、換土、使用降阻劑、使用離子接地極等。

換土法是在水平接地體周圍1～2m范圍內(nèi)，將原來土壤電阻率較高的土層置換成土壤電阻率較低的土層，施工難度較小。該城市周邊有土壤電阻率較低的黏土，電阻率為30Ω·m，可以考慮用換土法降低接地網(wǎng)所在地層土壤電阻率，從而降低接地電阻。

降阻劑是一種良好的導(dǎo)電體，將它使用于接地體和土壤之間，一方面能夠與金屬接地體緊密接觸，形成足夠大的電流流通面，另一方面它能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻區(qū)域。降阻劑的填充范圍不大，土方開挖量小，施工方便，造價經(jīng)濟。

離子接地極由緩釋接地極（內(nèi)含可逆性緩釋填充劑）、引發(fā)劑和增效電解離子填充劑組成。接地導(dǎo)體外部的填充劑以具有強吸水力、強吸附力和陽離子交換性能高的材料為主體，主要用于解決接地導(dǎo)體周圍的濕度、離子生成含量、防腐保護等問題，使導(dǎo)體與大地緊密結(jié)合，從而降低電極與土壤的接觸電阻，改善周邊土壤的電阻率。離子接地極效果顯著，但目前市場上的離子接地極產(chǎn)品壽命為30年左右（受制于離子接地極內(nèi)含可逆性緩釋填充劑的釋放時間），不滿足地鐵車站使用壽命。雖然廠家采用了緩釋填充劑補充措施，使用年限有所延長。但鑒于地鐵項目后期補充緩釋填充劑難度很大，需要重新開挖垂直接地極敷設(shè)的土層，對埋深23m的車站來說十分困難。

3.3 換土法

局部置換地鐵車站接地網(wǎng)所在地層的土壤，施工是可行的。

假設(shè)該車站換土法開挖地溝的梯形斷面如圖所示（一般情況下，L1約1.6m，L2約0.8m,H1一般為1.1～1.3m）：

圖1 換土法示意

可推算得：

在課堂中的學(xué)習(xí)大多數(shù)都是理論知識的方面，教師通常在課堂中以授課為主，而學(xué)生在其中的參與很少，只是單純進行聽講，因此教師很難保證學(xué)生在課堂當(dāng)中的聽課效率，也很容易讓學(xué)生的實踐與理論知識不能夠很好結(jié)合，使學(xué)習(xí)得到鞏固。因此，在開展一般的課堂之外，教師也要做到應(yīng)用與學(xué)習(xí)相結(jié)合，通過開展相應(yīng)的語文課外學(xué)習(xí)或者活動，來幫助教師彌補在課堂當(dāng)中存在的缺陷，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和認識水平，讓課堂學(xué)習(xí)變得更加有滋有味。

式中：

R1——人工接地溝的接地電阻，Ω；

d——水平接地體的直徑或等效直徑，m；

D——人工接地溝梯形斷面的內(nèi)切圓直徑，m；

L ——水平接地體總長度，m；

根據(jù)分析，公式（3）在工程假設(shè)范圍內(nèi)，滿足計算要求。

該車站原地層土壤電阻率為275Ω·m，擬置換土壤為周圍地區(qū)土壤電阻率為30Ω·m的黏土，水平接地體的總長度1035 m，假設(shè)D=0.8m,即開挖深度為1.2m，L2=0.8m，將以上數(shù)據(jù)代入公式（3）。

可以求得R1=0.38Ω，滿足接地電阻要求。

當(dāng)D為等腰梯形內(nèi)切圓直徑時，梯形面積最小，可算得梯形的最小面積為0.452 m2，據(jù)此推算出此法需換土方量為468m3。

3.4 使用降阻劑

根據(jù)市場實際調(diào)查和工程經(jīng)驗，使用降阻劑，可使接地網(wǎng)的接地電阻降低30%～50%。根據(jù)接地電阻公式（2）計算結(jié)果可知，單純使用降阻劑只能使部分接地電阻不太高的車站滿足降阻要求。本文所舉例車站，由于土壤電阻率較高，單純使用降阻劑并不能使該車站接地網(wǎng)的接地電阻滿足不大于0.5Ω的要求，需配合其他降阻方法使用。

降阻劑的施放示意圖如下：

（1）垂直接地體：開挖溝槽并用鉆孔機鉆出孔徑約為Φ150毫米的洞孔（深度等同垂直接地體長度，為2.5m），用深井泵或底部帶有活門的管筒抽干孔洞內(nèi)積水（防止?jié){料稀釋），放入垂直接地體并與水平接地體焊接，最后將漿料充滿整個降阻劑填充區(qū)。

（2）水平接地體：僅對接地網(wǎng)周邊水平接地體施放降阻劑。首先開挖溝槽（0.12m*0.12m），抽干內(nèi)部積水。其次敷設(shè)水平接地體并按要求與相鄰接地體連接。最后向降阻劑填充區(qū)灌注降阻劑。

根據(jù)開挖水平溝槽及垂直鉆孔尺寸（垂直鉆孔數(shù)量同垂直接地體數(shù)量，該站為50處），可以算得使用降阻劑的劑量為17.11 m3。根據(jù)降阻劑密度（約1.3噸/ m3），折算為22噸降阻劑。

降阻劑的使用，除滿足電阻率低、不易流失、性能穩(wěn)定、易于吸收和保持水分、施工簡便、經(jīng)濟合理等基本條件外，還應(yīng)考慮其環(huán)保性能，禁止采用化學(xué)降阻劑，可采用由石墨、膨潤土、導(dǎo)電水泥等成分組成的物理降阻劑。降阻劑的生產(chǎn)流程、工藝等應(yīng)滿足國家檢測標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)過程無污染，產(chǎn)品不含鉛、砷等有毒元素，對使用環(huán)境無污染。

3.5 換土法和降阻劑合用

由于該車站單純使用降阻劑不能滿足降阻要求，故可考慮采用換土法和降阻劑合用的方法來降低接地電阻。經(jīng)計算，使用降阻劑22噸后，再采取換土法，需換土263 m3。

以該站為例，單獨采用換土法時，土建接地系統(tǒng)所增加工程費用額與換土法和施放物理降阻劑合用所增加的工程費用額相差不大。

4 結(jié)語

采用換土法或者施放降阻劑的方法都可降低地下車站接地網(wǎng)的接地電阻。對于單獨使用降阻劑即可滿足接地電阻值的地鐵車站，可采用施放物理降阻劑的方法降低接地電阻。經(jīng)理論計算，使用降阻劑不能滿足降阻要求的車站，應(yīng)附加換土措施。由于換土需大量的低電阻率土壤，實際工程時，應(yīng)核算開挖、運輸土壤的工程造價，因地制宜地選擇降阻措施。

[1]戴瑜興，黃鐵兵，梁志超.民用建筑電氣設(shè)計手冊（第二版）.中國建筑工業(yè)出版社,2007

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

[3]民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范，JGJ 16-2008.中國建筑工業(yè)出版社,2008

[4]地鐵設(shè)計規(guī)范，GB50157-2003.中國計劃出版社,2003

[5]陳家斌.接地技術(shù)與接地裝置.中國電力出版社,2002