丁晋春

(中铁电气化局第一工程有限公司,100070,北京∥高级工程师)

防止杂散电流的产生和预防杂散电流危害的工程,即为防迷流工程。通过对杂散电流的监测为防迷流提供数据依据,是杂散电流防护的基础工程。我处自施工上海轨道交通3号线和5号线防迷流工程开始,一直注重防迷流工程监测系统设备的安装和测试研究,总结出了一套施工方法,包括参比电极的安装、接线盒的安装、电位测量箱的安装等。

对于轨道交通线杂散电流的防护,我国现阶段还没有施工和设计标准。因此,在确定参比电极的形状和大小时,施工单位应依据现场实际情况,充分考虑轨道交通线高架桥、隧道盾构、地下车站等位置结构的不同,向设计方提供现场安装位置的结构情况,一起研究符合现场安装的参比电极,保证施工时能顺利地安装操作。

1 工法特点

(1)该工艺方法具有系统性,适用于城市轨道交通系统地面段区间、高架桥区间、隧道区间、车站等的参比电极、电位测量箱、接线盒的安装。

(2)使用专项工具(水钻),对工程质量有较高的保证。

(3)施工作业面大,在参比电极、接线盒等设备安装时,可合理安排人员、工机具的使用,提高工程效率,保证施工安全。

2 使用范围

(1)使用于城市轨道交通直流供电系统中,对杂散电流防护监测系统中高架桥区间、隧道盾构区间、车站等位置的杂散电流的监测电极(Cu-CuSO2参比电极)的施工安装。

(2)使用于城市轨道交通直流供电系统中,对杂散电流监测系统轨道电位测试端子、排流铜端子、结构钢筋端子的接线电连接,接线盒、电位测量箱的安装。

3 工艺原理

(1)在采用直流供电制式的城市轨道交通杂散电流防护系统中,利用参比电极对轨道电位测试端子、排流铜端子、结构钢筋端子等位置的电位进行测量,确定杂散电流的多少,可为杂散电流的防护提供依据。杂散电流监测是电位分析法的具体应用。电位分析法是利用化学电池内电极电位与周围溶液或环境中某种组分浓度的对比关系,实现电位的定量测定。在测量电位时,选取的一支电极电位值恒定的、提供测量电位标准的电极称为参比电极。

(2)本工艺介绍的参比电极(Cu-CuSO2参比电极),在上海市城市轨道交通中已广泛应用。参比电极本身具有吸水能力,一次吸水后可连续正常工作3个月,在自然环境中一般依靠自然雨水来满足工作需要。因此,在安装时依据参比电极的安装位置,采取了相应的措施。高架桥参比电极一般安装在高架区间走行轨的外侧桥面,在安装时采用降阻材料填充底部和细纱填充缝隙,使参比电极在有雨水时充分吸水,保证自然环境中的正常工作。地下车站一般安装在走行轨道外的侧墙上。隧道盾构一般安装在走行轨道的外侧的管片灌浆孔内,保证参比电极的吸水孔(离子交换通道)安装在管片和连续墙外侧的土壤中,保证了参比电极的正常工作环境。

(3)在车站连续墙上安装参比电极时,由于要凿穿车站连续墙及其防护层,容易产生流沙和渗水。采用速凝混凝土凝固钢质预埋件与连续墙安装孔壁的缝隙、钻孔时不打穿防护层的方法,可最大限度地防止不利情况出现。

(4)在隧道盾构安装参比电极,钻孔时不打穿防护层,最大限度地防止出现流沙和渗水现象。

(5)在接线盒与参比电极、轨道电位测试端子、排流铜端子、结构钢筋端子等连接时,要保证接线位置的距离和二次接线质量,减少测量数值的误差。

4 操作要点

4.1 施工准备

完成对施工人员的岗前培训、施工用工机具的合格检查、工程安装设备的质量检查等工作,保证工程实施时的所有工作顺利开展。

4.2 施工测量

(1)依据设计图纸,对参比电极的安装位置进行定测,保证定测位置的准确性。依据参比电极的位置,定测接线盒的安装位置,确定监测点结构钢筋、排流端子和轨道扼流变压器等的位置,其中扼流变压器由信号专业施工安装。

(2)电位测量箱尽量安装在轨道交通车站站台两面的车站配电室内。一般情况下,设计图纸对具体安装位置很少说明,可依据现场的情况而定。

4.3 参比电极的安装

以车站参比电极的安装为例,其安装方法图示见图1。

图1 车站参比电极的安装方法图示

(1)安装前先将参比电极浸泡在水中24 h,测量其原始电位,以便将来做为监测电位的参考比较。

(2)测量参比电极安装配套钢质预埋件的外径,同时了解车站连续墙的厚度,以此来选取打孔水钻的型号,保证安装孔的内径比钢质预埋件的外径大1 cm,安装孔的深度比管片外水泥防护层的厚度少3～4 cm。一般情况下,管片外水泥防护层的厚度在1.4 m左右,在钻孔时不打穿此防护层。

(3)钻孔时尽量避开车站连续墙的主钢筋,用钻子撬出水钻钻出的水泥块,清理孔内的杂物,保证孔内清洁。

(4)安装钢质预埋件前,先取防水速凝混凝土把安装孔的外面抹平,在孔内壁抹少量的防水速凝混凝土,保证钢质预埋件安装时,钢质预埋件与安装孔壁之间、钢质预埋件法兰盘与孔的外表面之间用防水速凝混凝土填实。

(5)用6个膨胀螺栓固定钢质预埋件,使混凝土凝固。

(6)依据钢质预埋件的深度,在参比电极体上安装防水橡胶垫圈。在钢质预埋件法兰盘的表面安装防水橡胶垫圈。

(7)用钢钎凿穿车站连续墙和墙外的部分防护层,迅速把参比电极穿过钢质预埋件插入车站连续墙外的土质层内,固定参比电极的固定螺栓,保证参比电极与钢质预埋件紧密固定。

(8)检查参比电极的不锈钢防护罩,接入监测线。

4.4 导管和导线连接

(1)采用φ15的PVC(聚氯乙烯)管,从接线盒敷设到参比电极、轨道电位测试端子、排流网测试端子、主体结构钢筋测试端子等位置,在桥面用Ω型卡子固定。

(2)导线ZRBV-(1X2.5)mm2通过导管敷设,电气连接参比电极接线端子、轨道电位测试端子、排流网测试端子、主体结构钢筋测试端子到接线盒。

4.5 电位测试

通过电位测量箱,可以直接用表监测结构钢筋、排流端子和轨道等各点的电位。也可以利用数据采集仪,通过微机处理显示电位曲线,来分析杂散电流的实际情况,为区间防迷流系统工程提供数据依据。

5 效益分析

(1)本工法在上海地区地下水和流沙较多的情况下,解决了隧道内管片上和地下车站连续墙安装参比电极时容易产生流沙和渗水的难题;一次安装到位,基本解决了流沙和渗水情况的产生,具有较大的社会效益。

(2)解决了高架桥安装的参比电极(Cu-CuSO2)容易少水而干死的难题;避免了定期加水的维修费用,每年可减少人工费4万元(按3人工费)、停车干扰费用3万元。

(3)此工法工艺流程合理,安装精度高,可一次安装到位;能合理安排人员施工和采用小面积作业,减少了施工工时,降低工程费用。

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[2]王兆安,张明勋.电力电子设备设计和应用手册[M].3版.北京:机械工业出版社,2009.

[3]郝卫国.城市轨道交通杂三点六的防护[J].城市轨道交通研究,2004(6):53.

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