必須重視城市軌道交通雜散電流腐蝕的防護(hù)
摘 要 分析城市軌道交通采用直流牽引供電產(chǎn)生雜散電流的原因和雜散電流對金屬腐蝕的危害, 強(qiáng)調(diào)城市軌道交通工程中雜散電流腐蝕防護(hù)工作的重要意義。
關(guān)鍵詞 城市軌道交通 雜散電流 腐蝕 防護(hù)
我國的地下鐵道和輕軌交通, 基本上都限制與防護(hù)措施, 進(jìn)行了對雜散電流的大量采用走行軌回流的直流牽引供電方式。這樣試驗(yàn)測量, 設(shè)置了有效的防護(hù)監(jiān)測, 取得了較做可以減少建設(shè)投資, 但同時(shí)也帶來了伴隨好的效果。城市軌道交通在我國許多城市還走行軌回流方式而產(chǎn)生的雜散電流(又稱迷是一個(gè)新生的事物, 為了更好地發(fā)揮它的經(jīng)流) 腐蝕問題。地鐵的主體結(jié)構(gòu)都是永久性建濟(jì)與社會效益, 同時(shí)盡量減少可能造成的負(fù)筑, 是百年大計(jì)。
軌道交通的電動車組牽引用面影響, 在地鐵或地面軌道交通設(shè)計(jì)、建設(shè)和電量大, 線路長, 其周圍常有各種金屬管線設(shè)運(yùn)營的全過程中, 對雜散電流的腐蝕防護(hù)問施。由于雜散電流的作用, 引起金屬產(chǎn)生電解題必須給予充分的重視。形式的腐蝕, 不僅速度快, 而且在金屬表面常1 產(chǎn)生雜散電流的原因及危害呈現(xiàn)深度的穿孔狀腐蝕。如果防護(hù)不當(dāng), 嚴(yán)重城市軌道交通的雜散電流或迷流是怎樣時(shí)還可能發(fā)生管道漏泄, 造成災(zāi)難性損失。產(chǎn)生的呢? 采用走行軌回流的直流牽引供電鑒于地鐵與輕軌雜散電流腐蝕防護(hù)對城系統(tǒng)中, 接觸網(wǎng)與牽引變電站的正母線連接, 市發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)的重要意義, 許多發(fā)達(dá)國回流走行軌與負(fù)母線連接。牽引變電所輸出家都投入了大量人力物力, 對此問題進(jìn)行長的直流電經(jīng)導(dǎo)電軌(第三軌) 或架空線送入電期深入的研究。北京地鐵建設(shè)運(yùn)營初期, 也是動車組, 流經(jīng)電機(jī)電器后經(jīng)走行軌回流, 再經(jīng)在實(shí)踐中逐漸加深了對雜散電流腐蝕危害的連接在走行軌上的導(dǎo)線回流到變電所負(fù)母認(rèn)識, 及時(shí)采取了一系列對地鐵雜散電流的線。走行軌具有縱向電阻, 因此從運(yùn)行車輛至壓降, 車輛附近的走行軌電位相對高一些, 形必須重視城市軌道交通雜散電流腐蝕的防護(hù)行業(yè)科技應(yīng)用。地鐵隧道混凝土結(jié)構(gòu)中有電阻較低的鋼筋, 電流就沿著鋼筋向低電位的區(qū)域流動。接近回流點(diǎn)附近的地區(qū)軌道電位比較低, 甚至低于其附近的大地電位, 為軌道陰極區(qū), 洞體結(jié)構(gòu)鋼筋中的雜散電流又可能再流回走行軌。因?yàn)榈叵侣裨O(shè)的鋼筋、管道周圍總有比較潮濕的電解質(zhì)類物質(zhì), 雜散電流在金屬與電解質(zhì)之間流動就加速了金屬失去電子游離成金屬離子, 形成類似于電解過程的腐蝕現(xiàn)象, 這就是金屬的電腐蝕。
對于鋪設(shè)在絕緣性能較好的道碴和軌枕上的市郊直流電氣化鐵道, 干燥條件下產(chǎn)生雜散電流的情況要比地鐵好一些, 其防護(hù)對象主要是橋梁結(jié)構(gòu)和從軌道下跨過的或沿線的水、電、氣管線和橋梁、建筑。這些金屬管線和橋梁桁架、混凝土配筋都是漏泄電流迷走的途徑和腐蝕的對象。
為限制雜散電流的電腐蝕作用, 電氣化鐵道的線路上部建筑與大地之間都進(jìn)行了絕緣防護(hù)處理, 但是走行軌與大地之間仍不可避免地會產(chǎn)生漏泄電流。這種漏泄的雜散電流對城市建筑和地鐵本身具有遠(yuǎn)大于自然腐蝕的破壞作用。為了證明地鐵里確實(shí)有迷流, 1979 年北京地鐵科研所進(jìn)行了大規(guī)模的測量調(diào)查。對北京站至古城全線22. 6km 分段測量了地鐵主體結(jié)構(gòu)的多筋與走行軌之間的電壓和電流, 從而確定軌道與大地間的過渡電阻。某些區(qū)段最大漏泄電流達(dá)到17. 6A。按照概率統(tǒng)計(jì)的方法, 根據(jù)法拉第電解定律Q= k It 計(jì)算, 全年金屬腐蝕的損失量達(dá)到2367kg 。而且, 從測量現(xiàn)場檢查金屬腐蝕的情況來看, 雜散電流腐蝕的表現(xiàn)形式往往呈穿孔狀并向深度發(fā)展, 其腐蝕速度和強(qiáng)度相當(dāng)普通金屬腐蝕的10～ 100 倍。這就增加了其危險(xiǎn)性。
2 北京地鐵為限制雜散電流所做的工作
測量結(jié)果引起了各方面的廣泛注意, 北京地鐵公司當(dāng)時(shí)以科研所為主, 立即研究分析了國外地鐵防治雜散電流的理論和經(jīng)驗(yàn), 結(jié)合北京地鐵的實(shí)際, 制定了整治措施。對于地鐵主體結(jié)構(gòu)中鋼筋的處理方式, 在工程設(shè)計(jì)和施工中, 地鐵隧洞通過變形縫和沉降縫分為若干個(gè)結(jié)構(gòu)段, 根據(jù)工程實(shí)際情況, 在每一個(gè)結(jié)構(gòu)段內(nèi)部, 將主鋼筋可靠地焊接, 并在每一個(gè)結(jié)構(gòu)段或變形縫的兩端焊接引出雜散電流測防端子, 而在相鄰結(jié)構(gòu)段間的變形縫處實(shí)現(xiàn)絕緣。這樣, 由于隧洞主體結(jié)構(gòu)的鋼筋以焊接方式連接為一個(gè)整體, 就減少了雜散電流在結(jié)構(gòu)鋼筋與周圍水泥或土壤電解質(zhì)之間的流入流出所形成的多重電腐蝕現(xiàn)象。這種處理方法還為實(shí)現(xiàn)地下鐵道的電化學(xué)排流防護(hù)提供了方便條件, 從而預(yù)留了一條后備保護(hù)的方便途徑。
上述雜散電流測防端子, 可用于進(jìn)行現(xiàn)場測量。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)排流防護(hù)時(shí), 還可以在結(jié)構(gòu)變形縫兩側(cè)通過導(dǎo)線將其連通。北京地鐵一期、二期工程都采用了這種方案。“ 復(fù)八線”工程則是兩站間的結(jié)構(gòu)鋼筋全部焊接連通在一起。施工后從現(xiàn)場實(shí)測的結(jié)果, 每一結(jié)構(gòu)段長度為20～ 30m , 共抽測48 個(gè)結(jié)構(gòu)段, 其縱向電阻的平均值為2. 052m Μ , 最大值為5. 55 m Μ , 都是毫歐數(shù)量級。結(jié)構(gòu)段內(nèi)鋼筋之間焊接與不焊接時(shí), 其電阻值的差異十分巨大, 說明焊接的作用是非常明顯的。將地鐵隧洞主體結(jié)構(gòu)鋼筋經(jīng)焊接連接為一體后, 減少了多重電腐蝕現(xiàn)象, 也就減少了金屬的雜散電流腐蝕損失。在新線建設(shè)工程施工和監(jiān)理過程中也很容易通過測量結(jié)構(gòu)鋼筋的縱向電阻值檢查其焊接質(zhì)量。對地鐵雜散電流的限制及電腐蝕防護(hù)牽涉到地鐵的供電、建筑結(jié)構(gòu)、工務(wù)、信號等專業(yè), 關(guān)系到地鐵的設(shè)計(jì)、建設(shè)施工和運(yùn)行管理各個(gè)方面。為了協(xié)調(diào)各有關(guān)專業(yè)和有關(guān)方面的工作, 制定一個(gè)這方面的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來協(xié)調(diào)各有關(guān)方面的工作和關(guān)系, 使相應(yīng)的工作有章可循并提高其標(biāo)準(zhǔn)化水平, 是十分必要的。根據(jù)原城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部的要求, 以北京市地下鐵道科研所為主制定了《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》, 批準(zhǔn)為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 編號CJJ 49-92 。
3 雜散電流腐蝕防護(hù)的要點(diǎn)
3. 1 治理地鐵和城軌交通雜散電流腐蝕的原則
首先是將雜散電流減小至最低限度, 消除產(chǎn)生雜散電流腐蝕現(xiàn)象的根源; 其次, 應(yīng)加強(qiáng)絕緣措施, 限制雜散電流向地鐵外部或城軌交通沿線擴(kuò)散; 第三, 軌道附近的地下金屬管線結(jié)構(gòu), 應(yīng)單獨(dú)采取有效的防蝕措施。
3. 2 城市軌道交通的設(shè)計(jì)建設(shè)中, 必須包括以下雜散電流腐蝕防護(hù)的內(nèi)容:
(1) 牽引供電與回流系統(tǒng)中須有限制雜散電流的措施。如選用分布式的牽引供電方案, 變電站回流線應(yīng)使用不少于兩根電纜, 不得從一個(gè)牽引變電站向不同的線路實(shí)行牽引供電等。
(2) 采取設(shè)計(jì)合理、性能可靠的絕緣防水措施。線路結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證道床、線路上部建筑及軌道不受積水和水流的浸蝕, 保持清潔干燥不受污染。地鐵的隧洞結(jié)構(gòu)不得漏水或積水, 且應(yīng)具有良好的排水系統(tǒng)。 軌枕必須絕緣良好, 軌枕的端面和螺紋道釘孔, 必須經(jīng)絕緣處理, 設(shè)置專門的絕緣層。位于鋼軌下面的道床素混凝土層的厚度, 不宜小于0. 4m。
(3) 主體結(jié)構(gòu)鋼筋及金屬管線結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施。地鐵主體結(jié)構(gòu)每個(gè)結(jié)構(gòu)段內(nèi)部的主鋼筋應(yīng)實(shí)現(xiàn)可靠焊接, 相鄰結(jié)構(gòu)段之間應(yīng)絕緣。市郊電氣鐵路的排流結(jié)構(gòu)的鋼筋也應(yīng)焊接在一起。當(dāng)隧洞是由鋼筋混凝土弧型砌塊制成時(shí), 這些區(qū)段應(yīng)有母線回流。 地鐵及城市軌道交通的結(jié)構(gòu)鋼筋, 自來水、煤氣天然氣管及電纜金屬外鎧裝等金屬管線結(jié)構(gòu), 與回流走行軌和電源負(fù)極間不應(yīng)有電氣連接。
(4) 電氣化軌道沿線敷設(shè)的各種電纜、水氣管等管線結(jié)構(gòu), 須選擇符合雜散電流腐蝕防護(hù)要求的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方法。敷設(shè)在軌道沿線的電力、通訊控制測量電纜, 應(yīng)采用防水絕緣護(hù)套的雙塑電纜。敷設(shè)在隧洞或城鐵軌道附近的電纜、水管管線, 不得與地下水流、積水、潮濕墻壁、土壤以及含鹽沉積物等發(fā)生接觸。電纜在支架上敷設(shè)時(shí)應(yīng)具有可靠的絕緣墊層。水管在鐵軌下方穿越時(shí), 宜采用非金屬絕緣材質(zhì), 否則應(yīng)有絕緣層并在穿越部位兩側(cè)裝設(shè)絕緣法蘭。
(5) 地鐵沿線及車站應(yīng)設(shè)置防蝕檢測點(diǎn)。用以檢查地鐵牽引供電回流系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)電位等有關(guān)參數(shù), 進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn), 測量判斷地下金屬結(jié)構(gòu)受雜散電流腐蝕的程度。還可用以檢查驗(yàn)收防蝕工程質(zhì)量。
4 必須重視雜散電流腐蝕防護(hù)的基礎(chǔ)工作
由于地下鐵道或輕軌交通的主體結(jié)構(gòu)屬于地下隱蔽工程, 工程中有關(guān)雜散電流腐蝕防護(hù)與檢測的若干工序的工藝過程, 如結(jié)構(gòu)鋼筋的處理方式, 監(jiān)測點(diǎn)與接地測量電極的設(shè)置, 結(jié)構(gòu)防水層, 線路上部建筑中的有關(guān)防蝕措施等, 必須在工程施工中組織實(shí)施, 并在進(jìn)入下一步工序前按質(zhì)量要求完成, 否則可能造成無法補(bǔ)救的后果。因此在工程中須逐段進(jìn)行試驗(yàn)和驗(yàn)收。這對保證工程質(zhì)量是非常重要的。
1992 年發(fā)布的《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》作為我國地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)專業(yè)的第一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 在一個(gè)時(shí)期內(nèi)對我國地鐵工程建設(shè)與運(yùn)行發(fā)揮了十分重要的作用。但是, 當(dāng)時(shí)我國地鐵剛起步不久, 沒有象國外類似標(biāo)準(zhǔn)那樣作嚴(yán)格規(guī)定, 有些項(xiàng)目采取了緩解一下的方式, 可根據(jù)具體情況靈活掌握。10 多年來, 國內(nèi)外地鐵和城市軌道交通已有很大發(fā)展和變化, 而且地面電氣鐵道與地鐵又有某些不同之處。在我國很多城市正在建設(shè)和發(fā)展城市軌道交通的時(shí)候, 對原《防護(hù)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行修訂是十分必要的。在地鐵和城市軌道交通的工程建設(shè)和運(yùn)營過程中, 應(yīng)設(shè)立雜散電流腐蝕防護(hù)專業(yè)工程師崗位, 配備相應(yīng)人員, 使這一監(jiān)測防護(hù)工作得到有條不紊的實(shí)施和落實(shí)。
原作者：馬沂文 馬宏儒
