高速铁路综合接地系统施工检测研究

2013-11-27孟宪军马荣田

铁道建筑 2013年8期

孟宪军，马荣田

(1.哈大铁路客运专线公司，辽宁沈阳 110013;2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

在我国高速铁路建设中，综合接地系统是一个全新的施工项目，不仅目前的施工工艺和技术标准还需要进一步完善，而且它在高速铁路中绝大部分是隐蔽性工程，施工后的检测存在许多急待解决的问题。本文以桥墩接地系统施工检测为例，介绍综合接地施工检测技术。

1 综合接地系统的功能与基本构成

在高速铁路上设置接地系统主要是为了防止雷击、电磁干扰、牵引供电回流等对高速铁路线路上的各类设施、设备和人员造成损害。由于接地系统涵盖在高速铁路路基、桥梁、隧道、站场等各类工程中，所以又称为综合接地系统。为了起到有效防护作用，高速铁路的各项建筑设施被用贯通地线电缆连接起来，这样可以保证整个高速铁路线路都被钳制在同一个电位上，不会在短距离内出现电压差(跨步电压)，伤及人员和设备，并将任意一点出现的有害电量就近释放到大地中。综合接地系统是贯通在高速铁路上的一个完整而庞大的安全防护系统。

综合接地系统的构成主要是将高速铁路上需要进行接地防护的构件通过各种连接方式引入到专门设置的人工接地体中，以实现防护目的。在高速铁路上构造物之间的综合接地连接方式是用多股不锈钢连接线连通，构造物内部是用非预应力结构钢筋焊接连通，并由特制接地端子引到混凝土构筑物表面，同连接线连接。要求连接线与钢筋的横截面积应始终满足大电流(20 000 A)的可靠通流条件。

2 综合接地系统检测

综合接地系统检测包括两项工作:一是对接地极的检测，目的是验证综合接地系统施工后人工接地体是否达到设计要求;二是对连通性的检测，目的是验证隐蔽在混凝土中的综合接地专用结构钢筋连接的焊接质量，是否达到了相关技术标准规定的通流性和导通性要求。施工中如果出现接续不良会引起安全问题，一旦发生直击雷或电力牵引短路引起的大电流在接续不良的钢筋上泄流，将在混凝土内引发激烈的热效应，会造成承载体结构破坏。

2.1 接地极检测

综合接地系统的人工接地体(简称接地极)检测是对接地极与大地接触电阻值的检测。接地极在桥梁上是利用了基础桩内的钢筋和扩大基础底板内的钢筋网。这些接地极在按《铁路综合接地系统》(通号［2009］9301)设计图制作后，都有引出的综合接地端子与其连接，检测时应首先确认引出的接地端子，再使用接地电阻检测仪对地电阻进行常规测量。这种检测较为简便，不作具体介绍。

2.2 连通检测

综合接地系统连通检测主要是检测隐蔽在混凝土中的专用接地钢筋之间的连通状况，通过检测可判定出被测钢筋接续情况，可确定是否有因焊接接续不合格造成等效钢筋截面的变径，及是否正确连接。

连通检测是通过测量钢筋电阻值来实现的。在确定了被测钢筋的直径和长度后，用其实测电阻值与理论计算的电阻值进行比较。如果两个电阻值相同(或实测值小于计算值)，可以判定被测钢筋全段没有缩径变化。如果某段被测钢筋的某一处是焊接的，可以确定焊接处的等效横截面是否与钢筋的截面相同，从而可判定是否存在焊接面不足或者假焊现象。当实测电阻值大于理论计算电阻值时，说明或者被测钢筋存在缩径，或者焊接质量存在问题，使得钢筋的通流性没有达到同等直径钢筋的通流标定值。

对综合接地专用结构钢筋的使用，铁集成［2006］220号文规定:接触网短路电流≤25 kA时，截面应≥120 mm2:接触网短路电流＞25 kA时，截面应≥200 mm2(钢筋直径≥16 mm)。

常用于综合接地的专用结构钢筋规格是φ16，其截面积S16为201.061 mm2，铁的电阻率 ρ为0.97×10－7Ω·m，则每米φ16钢筋的理论计算电阻值R16=ρL/S16=0.97×10－7×1/(201.061 ×10－6)=0.482 ×10－3Ω。其中，L为钢筋长度。

已知每米φ16钢筋的理论电阻值，则可计算得到被测钢筋的计算电阻，把实测值与之比较，就能够判断隐蔽在混凝土中的钢筋是否连通，及连通的通流性是否满足规定。

由于检测的钢筋电阻值极低，要求检测仪表具有很高的精度和合适的量程。现场上千次试验证明，只有掌握好测量注意事项，检测结果才会可靠。

为了保证连通检测的准确性，可靠识别出接续不良的综合接地系统专用结构钢筋，应注意以下事项:

1)测量前应认真阅读仪表使用说明书，掌握仪表操作步骤和测量过程中的调整方法。双臂电桥的操作比较复杂，应重点掌握。

2)测量前应做好仪表的归零调整。

3)为了保证测量的准确性，应选用一根同样规格的钢筋进行多次模拟检测。

4)测量用的4根笔线必须是多芯的软线，单根截面不应小于4 mm2，否则影响测量精度。

5)测量用的线夹必须按使用说明书的规定，同时成对夹在被测端子或连接件上。不得将同侧两条测试笔线合一。

6)夹于端子上的两个测量线夹，应与端子做到面接触，接触面不应小于70 mm2，如果条件允许可用铜材质做一个螺栓形连接件，拧在被测端子上，让线夹与端子达到面接触，使检测端不受接触电阻的影响，测量数值更准确。

7)检测时应考虑测量温度对测量电阻值的影响。

8)检测结果出来后，应做迂回通道的影响分析。因为综合接地的连通是利用混凝土中的结构钢筋构成的，结构钢筋都是网状布置，它们之间的搭连，会影响到测量结果。一般每一处迂回搭连有效面积不足0.5 mm2，远小于200 mm2，但因其数量大不可忽略。这一因素可造成实测值小于计算值。

2.3 桥墩综合接地连通检测

桥墩的综合接地连通检测一般共有3个检测点，2项连通检测，见图1。图中A为墩身地表下100 mm处的综合接地端子，B为墩帽顶面上的下行侧综合接地端子，B'为墩帽顶面上的上行侧综合接地端子。

图1 桥墩的综合接地连通检测示意

前文述及，由于结构钢筋相互之间的搭连会造成许多迂回导电通路，墩身越高迂回导电通路就越多，造成实测值往往小于按图纸核定的连通电阻计算值。由于这个原因，在墩帽上不能直接对B和B'两个接地端子进行连通测量，这样测试电流会通过许多小的迂回导电通路流回，致使检测电流根本没有通过墩身的综合接地专用钢筋就全部短路回来，而无法检测。桥墩的综合接地连通检测项目分别是A—B和A—B'。