杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司浙江省杭州市310000
摘要：随着我国经济的发展，城市化进程逐渐加快，与此同时，城市地区的交通压力逐渐增加，为此各个大区大力发展城市轨道交通，以此来方便人们的出现，促进城市持续健康发展。在城市轨道交通系统以及杂散电流防护系统的设计中，主体结构钢筋与地网连接方式是关键因素，通过科学合理的设计能够保证轨道交通的安全稳定，避免杂散电流对人员安全产生不利影响，同时不会增加轨道交通对结构钢筋以及排流网产生的泄露电流，最大程度上保证轨道交通的稳定运行。
关键词：城市轨道交通；主体结构钢筋；地网连接方式
随着城市轨道交通网络的发展进步，人们对轨道交通提出了更高的要求，为此国家加强了相关管理工作。相关部门制定的地铁设计规范中明确指出，变电所需要利用变电所结构基础钢筋或车站结构钢筋等自然接地设备作为主要的接地装置，建立起水平接地极为主要模式的人工接地网，二者之间连接的过程中需要使用两根以上导线，并能够分别策略电阻数值。依据国家相关标准的规定，城市轨道交通中减少杂散电流的措施需要与电气安装防护措施相互匹配，保证地铁内部的安全稳定。
1城市轨道交通主体结构钢筋作为接地装置的分析研究
1.1主体结构钢筋与接触网短路产生的危害
为避免结构钢筋与接触网产生短路引发危险，大部分城市轨道交通在设计过程中采用直流牵引供电系统，在实际施工过程中，将大地与系统进行绝缘处理，避免杂散电流出现泄漏引发线路腐蚀。城市轨道交通系统中使用主体结构钢筋全线贯通，如未进行有效的接地处理，结构钢筋与接触网正极出现短路，由于钢筋自身材料特性，无法将短路电流扩散至大地，导致地面与主体结构钢筋之间形成比较大的电位差，引发轨道交通安全事故风险增加，同时，钢筋接地不合理也会导致接触网对主体结构钢筋、钢轨对接触网出现短路的问题，导致地铁内部人员出现严重的安全隐患[1]。
1.2钢轨与接触网短路
接触网对钢轨产生短路主要电路图如下
图1接触网对钢轨产生短路主要电路图
其中，距离牵引所距离为L，Uj为人体接触电压，RW为牵引所长度接触网络等效电阻，U0为牵引电压，Rr为牵引所长度钢轨等效纵向电阻，接触网单位综合电阻计算公式为Rw/L，具体数值为0.01Ω/km。在实际连接过程中，主要采用回流钢轨（4根）进行并联，计算公式为Rr/L，具体数值为0.01Ω/km，Rz为主体结构钢筋等效纵向电阻，计算公式为Rz/L，具体数值为0.01Ω/km，Rg1/L为长度（L/2）钢轨对主体钢结构等效过度电阻数值，计算公式为Rg1/L，具体数值为15Ω/km，Rg2为长度（L/2）钢轨对大地等效过度电阻数值，计算公式为Rg2/L，具体数值为3Ω/km。依据电路图和具体计算公式分析可知，Rz两端电压数值的一半为人体接触电压，当距离牵引所距离为1km时，人体接触电压数值仅为0.1249V，因此钢轨与主体钢结构之间出现短路，大地与主体钢结构之间产生的电位完全安全[2]。
1.3接触网对大地和主体结构钢筋产生短路
接触网对主体结构钢筋出现短路计算公式为，Uj=1/2URz=（2RzRg2/（Rz+2Rg2））/2（2RzRg2/（Rz+2Rg2）+Rg1+Rw），当距离牵引所距离为1km时，U0=1500V，如轨道交通出现严重的极端情况，Rg1数值为0，此时人体接触电压的最大值能够达到374.84V，该数值已经超过人体的耐受范围，会对人体产生一定安全威胁[3]。
大地电阻数值比较低，可认为是0，短路电流流经大地产生的短路电压也为0，轨道交通主体钢结构中流经的电压基本为0，人体接触电压数值为0，因此不会产生安全问题。
1.4综合分析
大地产生的纵向电阻数值接近为0，当短路电流流经大地后，产生的电压降基本为0，如轨道交通主体结构钢筋未与地网进行妥善的连接，一旦发生主体结构钢筋与接触网之间的短路，将会是瞬间电压数值达到378.84V，远超过人体的耐受范围，极易引发各类安全事故，造成严重后果。因此在设计施工建设过程中，需要将大地电位与主体结构钢筋妥善连接，最打程度上保障地铁内部人员安全[4]。
1.5雷电设备与轨道交通安全
城市轨道交通属于专业性比较强的综合建筑实体，地铁车站主体结构位于地下，在地面位置主要设置风亭和出入口罩棚，地铁中的高架车站主要位置在地面。在地铁系统中包含了站台屏蔽门、通信、综合监控等弱电系统，一旦所在地区出现雷电现象，将会引发地铁出现无法正常运输等情况，甚至造成人员伤亡等严重后果。作为地铁的重要组成部分，变电所如果遭受雷击，将会导致停电等安全事故，严重威胁人员安全，为此国家规定，在人员比较密集的公共区域，需要依据二类防雷建筑标准进行施工，设置感应雷电和防雷设备。现阶段，城市轨道交通主要采用外引防雷接地的模式进行建设，这种方法主要存在一定问题，如果大地与主体结构钢筋电位不相等，会使建筑在遭受雷击的情况下出现接地电位明显提高，避雷针等防雷设备也会大破之雷电流入大地中，infant电阻压降增加，电位升高，如主体结构钢筋与地网之间安全距离不足，将会引发反击作用，导致主体结构钢筋带电工作，导致严重的安全隐患。
1.6防护杂散电流
现阶段，直流用电牵引系统是城市轨道交通主要采取的设计模式，该系统利用钢轨作为负回流通路，如大地与钢轨之间无法完全绝缘，则会导致列出运行过程中，牵引电流无法完全通过钢轨回流至变电所，部分电流会利用绝缘的薄弱点泄漏致大地的位置，并对变电所负极产生影响，导致杂散电流的产生[5]。
依据国家相关部门的规定，道床中应当设计排流钢筋网，并且与接地装置、金属管线、其他种类钢结构基本目标性能连接，结构钢筋不作为排流设备。为满足国家相关要求，解决杂散电流问题，需要在设计过程中将轨道床的钢筋网作为主要的排流网进行设计，利用轨道内部的钢筋网收集杂散电流，不使用主体结构钢筋进行排流。
结束语
城市轨道交通对国家经济发展具有重要意义，设计的安全性关系到每个人的切身利益。主体结构钢筋与地网的连接是轨道交通设计建造的关键因素，为此需要采取合理的措施，结合建造区域的实际情况，通过合理的连接模式降低安全风险，保证连接的效果，避免雷电以及杂散电流产生的威胁，使轨道交通在城市发展中发挥出应有的作用。
参考文献
[1]孟祥印.城市轨道交通高土壤电阻率车站接地网设计新方案[J].现代城市轨道交通,2017(04):9-12.
[2]肖永武.地铁主结构筋与地网连接对安全防护影响分析[J].电气化铁道,2016(05):47-50.
[3]杨庆.城市轨道交通换乘车站杂散电流防护与接地方案研究[J].工程建设与设计,2018(16):81-83.
[4]朱先发,叶铁民,王育江.构造钢筋裂缝控制技术在城市轨道交通地下工程中的应用[J].施工技术,2017,46(S1):795-798.
[5]梁日升.水利轨道交通牵引供电系统杂散迷流的危害及防治对策[J].中国高新技术企业,2014(14):103-104.