必须重视城市轨道交通杂散电流腐蚀的防护
摘 要 分析城市轨道交通采用直流牵引供电产生杂散电流的原因和杂散电流对金属腐蚀的危害, 强调城市轨道交通工程中杂散电流腐蚀防护工作的重要意义。
关键词 城市轨道交通 杂散电流 腐蚀 防护
我国的地下铁道和轻轨交通, 基本上都限制与防护措施, 进行了对杂散电流的大量采用走行轨回流的直流牵引供电方式。这样试验测量, 设置了有效的防护监测, 取得了较做可以减少建设投资, 但同时也带来了伴随好的效果。城市轨道交通在我国许多城市还走行轨回流方式而产生的杂散电流(又称迷是一个新生的事物, 为了更好地发挥它的经流) 腐蚀问题。地铁的主体结构都是永久性建济与社会效益, 同时尽量减少可能造成的负筑, 是百年大计。
轨道交通的电动车组牵引用面影响, 在地铁或地面轨道交通设计、建设和电量大, 线路长, 其周围常有各种金属管线设运营的全过程中, 对杂散电流的腐蚀防护问施。由于杂散电流的作用, 引起金属产生电解题必须给予充分的重视。形式的腐蚀, 不仅速度快, 而且在金属表面常1 产生杂散电流的原因及危害呈现深度的穿孔状腐蚀。如果防护不当, 严重城市轨道交通的杂散电流或迷流是怎样时还可能发生管道漏泄, 造成灾难性损失。产生的呢? 采用走行轨回流的直流牵引供电鉴于地铁与轻轨杂散电流腐蚀防护对城系统中, 接触网与牵引变电站的正母线连接, 市发展与国民经济的重要意义, 许多发达国回流走行轨与负母线连接。牵引变电所输出家都投入了大量人力物力, 对此问题进行长的直流电经导电轨(第三轨) 或架空线送入电期深入的研究。北京地铁建设运营初期, 也是动车组, 流经电机电器后经走行轨回流, 再经在实践中逐渐加深了对杂散电流腐蚀危害的连接在走行轨上的导线回流到变电所负母认识, 及时采取了一系列对地铁杂散电流的线。走行轨具有纵向电阻, 因此从运行车辆至压降, 车辆附近的走行轨电位相对高一些, 形必须重视城市轨道交通杂散电流腐蚀的防护行业科技应用。地铁隧道混凝土结构中有电阻较低的钢筋, 电流就沿着钢筋向低电位的区域流动。接近回流点附近的地区轨道电位比较低, 甚至低于其附近的大地电位, 为轨道阴极区, 洞体结构钢筋中的杂散电流又可能再流回走行轨。因为地下埋设的钢筋、管道周围总有比较潮湿的电解质类物质, 杂散电流在金属与电解质之间流动就加速了金属失去电子游离成金属离子, 形成类似于电解过程的腐蚀现象, 这就是金属的电腐蚀。
对于铺设在绝缘性能较好的道碴和轨枕上的市郊直流电气化铁道, 干燥条件下产生杂散电流的情况要比地铁好一些, 其防护对象主要是桥梁结构和从轨道下跨过的或沿线的水、电、气管线和桥梁、建筑。这些金属管线和桥梁桁架、混凝土配筋都是漏泄电流迷走的途径和腐蚀的对象。
为限制杂散电流的电腐蚀作用, 电气化铁道的线路上部建筑与大地之间都进行了绝缘防护处理, 但是走行轨与大地之间仍不可避免地会产生漏泄电流。这种漏泄的杂散电流对城市建筑和地铁本身具有远大于自然腐蚀的破坏作用。为了证明地铁里确实有迷流, 1979 年北京地铁科研所进行了大规模的测量调查。对北京站至古城全线22. 6km 分段测量了地铁主体结构的多筋与走行轨之间的电压和电流, 从而确定轨道与大地间的过渡电阻。某些区段最大漏泄电流达到17. 6A。按照概率统计的方法, 根据法拉第电解定律Q= k It 计算, 全年金属腐蚀的损失量达到2367kg 。而且, 从测量现场检查金属腐蚀的情况来看, 杂散电流腐蚀的表现形式往往呈穿孔状并向深度发展, 其腐蚀速度和强度相当普通金属腐蚀的10～ 100 倍。这就增加了其危险性。
2 北京地铁为限制杂散电流所做的工作
测量结果引起了各方面的广泛注意, 北京地铁公司当时以科研所为主, 立即研究分析了国外地铁防治杂散电流的理论和经验, 结合北京地铁的实际, 制定了整治措施。对于地铁主体结构中钢筋的处理方式, 在工程设计和施工中, 地铁隧洞通过变形缝和沉降缝分为若干个结构段, 根据工程实际情况, 在每一个结构段内部, 将主钢筋可靠地焊接, 并在每一个结构段或变形缝的两端焊接引出杂散电流测防端子, 而在相邻结构段间的变形缝处实现绝缘。这样, 由于隧洞主体结构的钢筋以焊接方式连接为一个整体, 就减少了杂散电流在结构钢筋与周围水泥或土壤电解质之间的流入流出所形成的多重电腐蚀现象。这种处理方法还为实现地下铁道的电化学排流防护提供了方便条件, 从而预留了一条后备保护的方便途径。
上述杂散电流测防端子, 可用于进行现场测量。当需要实现排流防护时, 还可以在结构变形缝两侧通过导线将其连通。北京地铁一期、二期工程都采用了这种方案。“ 复八线”工程则是两站间的结构钢筋全部焊接连通在一起。施工后从现场实测的结果, 每一结构段长度为20～ 30m , 共抽测48 个结构段, 其纵向电阻的平均值为2. 052m Μ , 最大值为5. 55 m Μ , 都是毫欧数量级。结构段内钢筋之间焊接与不焊接时, 其电阻值的差异十分巨大, 说明焊接的作用是非常明显的。将地铁隧洞主体结构钢筋经焊接连接为一体后, 减少了多重电腐蚀现象, 也就减少了金属的杂散电流腐蚀损失。在新线建设工程施工和监理过程中也很容易通过测量结构钢筋的纵向电阻值检查其焊接质量。对地铁杂散电流的限制及电腐蚀防护牵涉到地铁的供电、建筑结构、工务、信号等专业, 关系到地铁的设计、建设施工和运行管理各个方面。为了协调各有关专业和有关方面的工作, 制定一个这方面的专业标准来协调各有关方面的工作和关系, 使相应的工作有章可循并提高其标准化水平, 是十分必要的。根据原城乡建设环境保护部的要求, 以北京市地下铁道科研所为主制定了《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》, 批准为行业标准, 编号CJJ 49-92 。
3 杂散电流腐蚀防护的要点
3. 1 治理地铁和城轨交通杂散电流腐蚀的原则
首先是将杂散电流减小至最低限度, 消除产生杂散电流腐蚀现象的根源; 其次, 应加强绝缘措施, 限制杂散电流向地铁外部或城轨交通沿线扩散; 第三, 轨道附近的地下金属管线结构, 应单独采取有效的防蚀措施。
3. 2 城市轨道交通的设计建设中, 必须包括以下杂散电流腐蚀防护的内容:
(1) 牵引供电与回流系统中须有限制杂散电流的措施。如选用分布式的牵引供电方案, 变电站回流线应使用不少于两根电缆, 不得从一个牵引变电站向不同的线路实行牵引供电等。
(2) 采取设计合理、性能可靠的绝缘防水措施。线路结构应能保证道床、线路上部建筑及轨道不受积水和水流的浸蚀, 保持清洁干燥不受污染。地铁的隧洞结构不得漏水或积水, 且应具有良好的排水系统。 轨枕必须绝缘良好, 轨枕的端面和螺纹道钉孔, 必须经绝缘处理, 设置专门的绝缘层。位于钢轨下面的道床素混凝土层的厚度, 不宜小于0. 4m。
(3) 主体结构钢筋及金属管线结构的防护措施。地铁主体结构每个结构段内部的主钢筋应实现可靠焊接, 相邻结构段之间应绝缘。市郊电气铁路的排流结构的钢筋也应焊接在一起。当隧洞是由钢筋混凝土弧型砌块制成时, 这些区段应有母线回流。 地铁及城市轨道交通的结构钢筋, 自来水、煤气天然气管及电缆金属外铠装等金属管线结构, 与回流走行轨和电源负极间不应有电气连接。
(4) 电气化轨道沿线敷设的各种电缆、水气管等管线结构, 须选择符合杂散电流腐蚀防护要求的材质、结构设计和施工方法。敷设在轨道沿线的电力、通讯控制测量电缆, 应采用防水绝缘护套的双塑电缆。敷设在隧洞或城铁轨道附近的电缆、水管管线, 不得与地下水流、积水、潮湿墙壁、土壤以及含盐沉积物等发生接触。电缆在支架上敷设时应具有可靠的绝缘垫层。水管在铁轨下方穿越时, 宜采用非金属绝缘材质, 否则应有绝缘层并在穿越部位两侧装设绝缘法兰。
(5) 地铁沿线及车站应设置防蚀检测点。用以检查地铁牵引供电回流系统和结构电位等有关参数, 进行现场试验, 测量判断地下金属结构受杂散电流腐蚀的程度。还可用以检查验收防蚀工程质量。
4 必须重视杂散电流腐蚀防护的基础工作
由于地下铁道或轻轨交通的主体结构属于地下隐蔽工程, 工程中有关杂散电流腐蚀防护与检测的若干工序的工艺过程, 如结构钢筋的处理方式, 监测点与接地测量电极的设置, 结构防水层, 线路上部建筑中的有关防蚀措施等, 必须在工程施工中组织实施, 并在进入下一步工序前按质量要求完成, 否则可能造成无法补救的后果。因此在工程中须逐段进行试验和验收。这对保证工程质量是非常重要的。
1992 年发布的《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》作为我国地铁杂散电流腐蚀防护专业的第一个行业标准, 在一个时期内对我国地铁工程建设与运行发挥了十分重要的作用。但是, 当时我国地铁刚起步不久, 没有象国外类似标准那样作严格规定, 有些项目采取了缓解一下的方式, 可根据具体情况灵活掌握。10 多年来, 国内外地铁和城市轨道交通已有很大发展和变化, 而且地面电气铁道与地铁又有某些不同之处。在我国很多城市正在建设和发展城市轨道交通的时候, 对原《防护技术规程》进行修订是十分必要的。在地铁和城市轨道交通的工程建设和运营过程中, 应设立杂散电流腐蚀防护专业工程师岗位, 配备相应人员, 使这一监测防护工作得到有条不紊的实施和落实。
原作者：马沂文 马宏儒
