地鐵車站綜合接地設計方案

□文 /劉蓮蓮

地鐵車站地下結構是由圍護結構及主體結構組成的，結合多年來地鐵車站綜合接地的設計思路，車站綜合接地僅設置人工接地網，位于圍護結構下方，通過接地引出線引至車站站臺板下強弱電及非電氣接地母排，車站內各房間再通過接地電纜聯通接地母排至末端。

根據 GB 50157—2013《地鐵設計規范》15.7.3：“無砟道床中應設置排流鋼筋網并應與其他結構鋼筋、金屬管線、接地裝置非電氣連接。不應利用結構鋼筋作為排流網。”15.7.12要求：“變電所應利用車站結構鋼筋或變電所結構基礎鋼筋等自然接地極作為接地裝置并宜敷設以水平接地極為主的人工接地網。自然接地裝置和人工接地網間應采用不少于兩根導體在不同地點相連接。……”GB 50157—2013的規定為地鐵地下車站綜合接地系統利用主體結構作為自然接地體創造了條件。

車站內結構鋼筋網通常作為地鐵車站雜散電流系統的備用排流網，遠期車站雜散電流超標時投入使用。根據GB 50157—2013，選用車站結構鋼筋作為自然接地體的方案，也需結合雜散電流專業實際情況一并考慮。

1 問題探討

地鐵車站綜合接地系統包含了通信信號等弱電系統接地、變電所強電接地及金屬管道等的非電氣金屬管道接地，接地電阻要求≯1 Ω且根據強弱電系統接地要求，車站必須設置人工接地網。

結合GB50157—2013的要求，新建線路綜合接地系統既包含人工接地網，還需將車站主體結構鋼筋作為自然接地體納入車站綜合接地系統。

本文結合天津地鐵4號線的建設要求，同時總結多年地鐵綜合接地的設計經驗，對天津地區地下站綜合接地的設計方案進行多方面的研究和討論。

1.1 人工接地網敷設深度

GB50057—2010《建筑物防雷設計規范》5.4.4：“人工接地體在土壤中的埋設深度≮0.5 m并宜敷設在當地凍土層以下”。以往地下車站綜合接地網的埋設深度多為車站主體結構底板墊層下0.6 m。

由于地鐵車站埋設深度較大，主體結構底板埋深已經在地下20 m甚至更深的土壤中了，因此，關于人工網埋深的問題需進一步研究確定。

通過實際勘察資料及現場施工情況的了解，天津地區的地下水位較高，車站開挖后，施工場地降水工作量大，接地施工時，如繼續在墊層下挖0.6 m敷設水平接地體，開挖、敷設施工難度較大，接地體長期處于潮濕環境，接地體焊接工作困難。

綜上，建議4號線人工接地網敷設深度適當降低，在保證接地效果的情況下，降低施工難度，綜合考慮，人工接地體敷設深度為底板墊層下0.2 m為宜。

1.2 人工接地網敷設面積

車站人工接地網的設置面積，直接影響接地電阻的大小，根據天津地區土壤電阻率實測值，將車站綜合接地網設置情況分為3種情況，分別對其接地電阻及接地網投資進行分析。

1.2.1 方案一

僅在車站變電所下方設置人工接地網，見表1。

表1 方案一主要材料

接地電阻計算值R=0.170 Ω,人工接地網投資（不含土建工程量）17.08萬元。

1.2.2 方案二

在車站設備集中端設備房間下方設置人工接地網，見表2。

表2 方案二主要材料

接地電阻計算值R=0.126 Ω，人工接地網投資（不含土建工程量）26.38萬元。

1.2.3 方案三

在整個車站范圍內設置人工接地網，即常規設計方案，見表3。

表3 方案三主要材料

接地電阻計算值R=0.073 Ω，人工接地網投資（不含土建工程量）52.13萬元。

R是在土壤電阻率為10 Ω·m情況下的計算值，結合目前天津地鐵其他線路詳勘資料，天津地區的土壤電阻率基本在10 Ω·m以下。

1.2.4 方案對比

對以上方案進行對比見表4。

地下車站人工接地網的施工工藝要求高,投資較大。由于在穿過結構板時要采取絕緣措施和防水措施,造成施工工藝復雜,在主體結構墊層下大面積的敷設焊接人工接地網施工難度很大。

表4 方案匯總

典型地鐵車站的人工接地網造價一般在40萬～60萬元，有的地區甚至達到100萬元。

通過以上比較，地下站人工接地網大面積的敷設對接地電阻的減小意義不大。因此，綜合考慮接地系統的安全性、經濟性及施工合理性，將人工網的敷設面積按照方案二設置，較方案三（常規設計方案）中大面積人工網的敷設方式，減少了大量的敷設工作，減少敷設難度，節約投資，同時又保證了接地安全，為接地系統設計留有一定的裕量。

1.3 人工接地網與自然接地裝置之間的連接

GB 50157—2013要求：“自然接地裝置和人工接地網間應采用不少于2根導體在不同地點相連接。自然接地極與人工接地網的接地電阻值應能分別測量。”

人工接地網仍需與結構鋼筋絕緣，保證兩部分能分別測量，各系統完工后，還需連通，保證車站為一個綜合接地網，因此需在站臺板下將人工網與自然接地網連通。

由于車站結構鋼筋網與人工接地網材質不同，人工接地網與結構鋼筋的連接考慮通過站臺板下接地母排進行間接連通，每個母排設兩處連接。

2 設計方案

結合以上結論，對天津地鐵4號線地下車站綜合接地設計進行調整。

典型地下車站的綜合接地由人工接地體和自然接地體兩部分組成。利用結構鋼筋作為自然接地體并在車站下方敷設人工接地網，自然接地網與人工接地網均接入站臺板下接地母排，保證自然接地體與人工接地體可靠連通，形成車站的綜合接地體。

在車站下方敷設人工接地網，人工接地網靠近車站設備集中端敷設，位于底板墊層下0.2 m處。

人工接地網設接地引出線供車站強電接地母排、弱電接地母排及非電氣金屬管道接地母排用。其中非電氣金屬管道接地為備用接地母排。車站的接地引出線與結構鋼筋絕緣，保證人工接地網與車站主體結構絕緣。

車站內強、弱電系統接地由站臺板下接地母排接引，車站非電氣金屬管道接地就近由車站結構網接引，就近設置等電位端子箱。

車站主體柱子、梁、中板、底板內結構主筋需進行可靠焊接，使車站鋼筋網形成有效的電氣通路。

3 結論

通過減小人工網的埋深，減小接地網敷設面積，優化了設計方案，既降低了施工風險，又節省了投資。利用車站主體結構鋼筋作為自然接地裝置，同時設置人工接地網的綜合接地方式，較只有人工接地網作為車站綜合接地系統增加了車站接地系統的可靠性。

同時由于無已完工的實際案例，將結構鋼筋納入綜合接地系統對于車站整體接地電阻的影響還需在工程實施中繼續跟進，通過天津地鐵4號線項目實測數據進行分析，完善接地系統設計方案。

另外結合GB 50157—2013的執行并對地下站綜合接地系統的研究，推薦在地鐵設計中結合各地地質情況，選擇更為經濟合理的接地做法。