地铁车站综合接地网施工工艺优化

地铁车站综合接地网施工工艺优化

【摘要】：依据天津地铁3号线金狮桥站接地网施工工艺的调整及工程实践，介绍在地下车站综合接地网施工的新方法。既以地连墙钢筋网替代打入基底的铜棒作为垂直接地体，形成新的接地体形式。本文着重对该方法的优点进行论述，同时对该施工工艺的重点环节进行说明，以便在今后类似工况中应用。

【关键词】：地下车站；综合接地网施工新方法；接地体优化；降低施工风险

【 abstract 】 : on the basis of tianjin metro line 3 golden lion bridge station ground net.through introducing the construction technology of adjustment and engineering practice, this paper introduces the underground station in comprehensive ground net.through introducing new methods of construction. Both join into the basement wall steel mesh replace copper as vertical grounding body, forming a new form of grounding body. This paper discusses the advantage of the method, and the construction technology of the key link specification, so that in the future application of similar conditions.

【 key words 】 : underground station; Comprehensive ground net.through introducing new construction method; The grounding body optimization; To reduce construction risk

引言

随着城市地铁建设的规模逐渐扩大，地铁车站将设置在城市更多的地方及更深的地下，这样使工程施工加大了难度，因此为了确保施工质量及安全，就需要对一些原有的施工工艺进行调整和优化，以降低地铁工程施工风险并保证施工质量。针对地铁地下车站综合接地网以往施工方法中存在的问题，结合天津地铁3号线金狮桥站综合接地网接地体优化施工方案及施工实践，阐述地下车站接地体施工的新方法及其应用技术。

1、工程概况

金狮桥站主体结构尺寸为：长178.4m，宽19.3m（结构标准段宽为20.5m），基坑深为16.91～18.71m。车站主体采用地下二层现浇钢筋很混凝土箱型结构，为12m宽地下双层岛式站台车站，结构型式为双柱双层三跨（局部地下一层为三柱四跨）的现浇混凝土框架结构。

1.1工程地质条件

经详勘调查，车站地处天津市古河道范围内，地质条件极其复杂，车站

主体结构基底位于⑤1和⑥1粉质粘土上，车站主体结构的地下连续墙底部位于⑦4粉砂和⑧1粉质粘土上，微承压水以第Ⅱ陆相层⑤1粉质粘土、⑥1粉质粘土为隔水顶板。⑥2粉土、⑦2粉土、⑦4粉砂为主要含水地层，含水层厚度较大，分布相对稳定。其中⑦4层与⑨4层微承压水之间存在补给关系，部分地段⑦4层与⑨4层从地质勘探孔显示层间相隔仅70cm。

1.2周边建筑物及管线

金狮桥站位于天津市河北区狮子林大街与规划金钟路交口的北侧，现状为绿地及广场。本工程主要受影响的建筑物为车站西侧金狮家园小区的1#、4#、5#、6#住宅楼，1#、4#、5#、6#住宅楼距车站西侧主体围护的距离分别为10.0m、11.9m、12.1m、14.1m。车站南侧为金狮立交桥，北侧为南华力生体育用品厂房。主要管线包括：雨污合流管Φ1200、雨水管线Φ1000、电信管线D720×360、给水管线JΦ300、Φ100自来水管、电力、通讯、河北有线架空线。

1.3工程背景

施工过程中金狮桥站周边建筑物出现不均匀沉降，为保护车站周边建筑物的安全和地铁工程的顺利实施，经参建各方及专家论证后，设计将车站整体上抬3.5m，车站主体结构由原来的标准双层三跨结构改为局部双层的单层三跨框架结构。车站两端的盾构井部分为两层结构，各通过一个单层段向两层展同中间段过渡，盾构井两层段的顶板比单层段的顶板高2.7m，中间站厅两层段顶板比单层段的顶板高3.4m。

由于车站基坑底整体提升3.5m，原已开挖基坑需要进行相应处理，对两侧已开挖基坑部分进行了素混凝土回填，中间未开挖小岛部分需做坑底旋喷注浆加固，因此可敷设的水平和垂直接地体范围及埋深都受到了影响。即无法按照原设计要求施做垂直接地体，部分水平接地体也无法埋入基底。

1.4新方案的提出

由于地铁运营设备需要，所设置的接地系统是否可靠,直接关系到供电系统以及其它各设备系统的稳定、安全运行。如何保证接地系统施工质量及满足设计规范要求，是该工程的一个难点。由于无法按原设计要求的打入铜棒作为接地体，所以施工中我们考虑到基坑围护地连墙都深入地下30多米，其内部结构钢筋网与大地可能会有联系。通过对现场已开挖基坑暴露出的地连墙钢筋进行了电阻测试，单幅地连墙钢筋的测试电阻为0.14Ω左右，可以满足设计接地阻值要求，如果把整个基坑的地连墙钢筋网都连接起来，完全可以达到垂直接地体的效果。因此最终确定以地连墙钢筋网作为垂直接地体，替代原打入铜棒的垂直接地体形式。如果此种接地体设置方式可行，那么可以避免以往垂直接地体打入铜棒施工时可能将地下水引上地面，造成基底无法成槽或基坑管涌的风险。同时由于用已施做的地连墙钢筋作为接地体，可省去原作为垂直接地体的铜棒，既节省了材料，又减少了工作量。

2、综合接地体调整方案

2.1原设计接地网形式及施工做法

大多数地铁车站综合接地设计中综合接地网中接地引出线及水平接地体为50mm×5mm紫铜排，并敷设在车站基坑底部，开挖的深度为0.6m、宽度为0.8m左右的沟槽内；垂直接地体为φ50×7.5紫铜管（长2.5m，共计20根）。垂直接地体地极埋设在沟槽底部直径为0.2m左右、深度为2.5m的孔洞内，所有接地体可靠焊接后回填土方并夯实。

在每节段土方开挖至设计标高后，测量放线出垂直接地体及水平接地网位置。水平接地网采用人工挖槽埋设，垂直接地体采用人工锤入基底土体。

具体施工流程：

（1）在基坑每节段土方开挖至设计标高后，测量放线出垂直接地体及水平接地网位置。水平接地网采用人工挖槽埋设，挖槽深为0.6m，宽为0.8m的沟。

（2）安装的垂直接地体时，利用重锤锤击钢管成孔后，在将垂直接地体垂直埋下去，末端留30-40公分长，跟基础平面一平。垂直接地体需打入地下的长度为2.5m，通常基坑降水标高要求为基底以下1m，当地下水丰富的情况下，打入铜棒时很容易将基底隔水层破坏，造成地下水被引上来，因此施工时需做好防范措施。

2.2通用形式接地体在施工中存在的问题

通常地下车站或明开区间的综合接地体都采用在基坑底打入铜管作为垂直接地体，再用扁铜排作为水平接地体，与铜棒热熔焊接后形成接地网。在本工程基坑开挖至基底后，按照设计要求将基坑内水位降到坑内底板深度以下1m，但是由于底板接近承压水层，打入作为垂直接地体的铜管长度为2.5m，将会打通地下水，容易造成基底管涌，带来基坑安全风险。

2.3新接地体实施方案及现场测试

为解决由于基底处理后无法按照原设计要求施做垂直接地体，且部分水平接地体也无法埋入基底，同时避免通用接地体设计中垂直接地体的施工会带来基坑管涌的风险，新方案采用了利用两侧围护墙内钢筋作为垂直接地体并和作为水平接地体的扁铜排共同组成的人工接地体来构成综合接地网的方式。在施工过程中，通过对各幅地连墙内钢筋的接地电阻测试，平均接地电阻为0.16Ω，可以作为垂直接地体使用。

由于各幅地连墙墙内钢筋横向相互间没有连接，现沿墙布置一条50X5紫铜带，用50X5镀锌扁钢分别与墙内钢筋焊接并引出与沿墙紫铜带焊接。焊接处及镀锌扁钢需做二次防腐处理。水平接地体敷设范围为：1~9轴、19~23轴沿墙敷设紫铜排，纵向9~19轴每隔5m设置一水平接地体，引出线自水平接地体引出后经过止水板，连接到接地母排上，自两端向中间，母排的的设置次序为强电接地母排、非电气金属管道及金属构件接地母排、弱电接地母排。接地引出线每三根为一组，其中一根为备用。

综合接地网敷设可分段进行，在阶段性施工结束后，对完工部分的综合接地网进行接地电阻测量，以此推算出整体接地网的接地电阻值，如推算结果不满足设计要求，在余下部分接地网敷设中采取相应的补救措施。

图1新综合接地网平面布置图

新接地体接地效果测试

2.4新接地体与通用接地体在工程应用情况的对比分析

新旧接地体对比 打入铜棒垂直接地体 利用地连墙钢筋网作为垂直接地体

基坑开挖安全方面 基坑开挖到底后，继续开挖垂直接地体2.5m深，加大了基坑开挖深度，对于基底承压水丰富的地层，风险很大，另外施工需要一定时间，加长了基底暴露时间，增大了基底隆起及管涌的风险。 基坑开挖到基底附近时，只需用风镐将地连墙根部保护层混凝土凿除一小部分，暴露出横向主筋与水平接地铜排连接即可，无其他安全风险

施工方便程度 垂直接地体施工时由于基底土质较硬时，打入施工有一定难度。如采用基底旋喷加固，则很难打入。 可不打入垂直接地体，只在开挖后用扁铜带将地连墙钢筋连接并做好防腐处理即可，减少垂直接地体施工

应用效果 满足设计规范要求 通过应用实践及理论分析，可满足设计规范要求

材料成本 增加20根φ50×7.5紫铜管 可省略垂直接地体铜棒材料，降低施工成本

3、新接地体施工

3.1施工工艺

基坑开挖到底后，用风镐破除地连墙混凝土保护层，找出地连墙钢筋横向主筋，为保证连接效果，每幅找出两个点位，清理干净后，将紫铜排与地连墙钢筋焊接，防腐处理，采用涂刷两遍防锈漆，之后用防水沥青膏涂刷在暴露的地连墙钢筋和焊接点处，完成后浇筑混凝土垫层，将连接部位封闭在混凝土内。

3.2接地体连接质量保证措施

接地体焊接时，由于地连墙钢筋与紫铜排焊接材质不同，所以焊接难度较大，施工时可采用气焊焊接，水平接地体的连接应采用放热焊接。

放热焊施工焊接方法如下：

1）将模具进行烘干处理。第一个焊点必须要进行模具烘干处理。模具是耐高温特制专用坩埚，脆而易碎，安装和拆卸时一定要轻拿轻放。

2）将模具和夹具进行组装，模具安装好后，准备焊接。先打开模具盖，把钢片放在模具的底部，注意不要把钢片放反了，用模具除渣铲轻敲几下，使它与模具底部的引流孔吻合，然后将焊粉倒进模腔内，再把引火粉轻撒在表面，模具的端口部分也倒一些，以起引燃作用。把模具盖子盖好。当这一切准备好后，人离模具大概50公分的地方，用点火枪点燃模具端口的引药，完成一个焊接点的焊接。切记人在点火时，请千万不要站在模具口点火的正前方，防止铜液外喷，灼伤烫伤。

3）放热反应大概就三四秒钟，反应完成后就可拆除模具了。正常情况下，焊接点饱满，光滑、平整。由于模具温度极高，极易烫伤人手。拆装时请不要用手碰，抓紧模具夹。

4）接地体连接完毕后，应及时请质检部门进行隐检核验，接地体材质、位置、焊接质量等均应符合施工规范要求，然后方可进行回填，分层夯实。同时保护好强电、弱电引出线正确向上，且垂直不弯曲；每一工作段接地网施工完备后应进行接地电阻测量。

连接点采用放热焊

连接点防水处理，采用防锈漆加防水沥青膏

3.3功能数据测试

在每一阶段施工后，我们都及时进行接地电阻测试，检查是否满足要求，确保接地效果。测试采用地阻仪测试，测试电阻均在0.16Ω左右，满足设计规范要求。

接地电阻测试

3.4最终验收

在结构施工完成后，进行综合接地网测试验收，测试结果显示，接地体最小接地阻值为0.077Ω小于设计及规范要求的0.5Ω，满足设备接地要求。

接地引出线接地阻值测试

4、结束语

天津地铁3号线车站综合接地新型接地体的成功应用，打破以往接地体的设计思路，通过现场分析测试，确定用地连墙钢筋网作为垂直接地体替代以往紫铜管接地体，为接地体设计及施工提供了新的方法。在今后的地下车站所遇到的越来越复杂工况下，可以增加一种既简便又有效的新的选择形式。

参考文献：

中华人民共和国能源部。GB 50169-92 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范。 北京：中国计划出版社

中国建筑科学研究院。JGJ/T 16-2008 民用建筑电气设计规范。 北京：中国计划出版社

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。