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降低高土壤電阻率地鐵車站接地電阻的技術措施

文檔作者：滕小芳文檔來源：中鐵第一勘察設計院集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年02月10日
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2014.3 測試工具與解決方案
75
降低高土壤電阻率地鐵車站接地電阻的技術措施
滕小芳
（中鐵第一勘察設計院集團有限公司, 陜西西安,710043）
摘要：以某地鐵車站為例，分析降低高土壤電阻率地鐵車站接地電阻的方法，提出采用換土法及施放物理降阻劑的措施降低
地鐵車站人工接地網周邊土壤電阻率，從而降低接地網的接地電阻。
關鍵詞：接地網；接地電阻；土壤電阻率；換土；降阻劑
Technical Measures for Reducingthe Earth Resistance of Subway
Stations with High Soil Resistivity
Teng Xiaofang
(China Railway First Survey&amp;amp; DesignInititute Group CO.,LTD.,710043)
Abstract ：Taking asubwaystationas an example,methods to reduce the earth resistance of subway stations
withhigh soil resistivityare analyzed.By replacing soil and using physical resistance-reducing agent,the
soil resistivityaround the artificial ground network of subway stations will be reduced.In this way,the
earth resistance of ground network can be reduced.
Keywords ： ground network;earth resistance;soil resistivity;soil replacement;resistance-reducing agent
0 引言
地鐵車站的綜合接地系統包括接地網、接地線、端子排等部
分，是為滿足強、弱電專業(yè)及其他非電氣金屬管道的接地要求設
置的。其設置原則應保證人身安全、設備安全及正常運營，兼顧雜
散電流腐蝕防護的要求。為滿足變電所設備、弱電設備及其他需
接地的車站設備對接地的要求，每個車站單獨設置1 個接地網，
接地網的接地電阻不大于0.5Ω。
目前，地鐵車站綜合接地網均采用人工接地網的形式，即在
車站底板下敷設相連接的垂直、水平接地線，形成綜合接地網絡。
地鐵車站接地網一般分段敷設，在階段性施工結束后，對完工部
分接地網進行接地電阻測量，以此推算出整體接地網的接地電阻
值，如推算結果不能滿足設計要求，則在其余部分中采取補救措
施。這種做法對于接地網所處土層土壤電阻率較低的車站來說，
是可行的。對于土壤電阻率較高的地下車站，則需在設計時確定
降低接地電阻的具體措施，以降低施工風險，杜絕施工完畢后實
測接地電阻值過高的問題。
本文以某城市地鐵車站為例，探討降低高土壤電阻率地鐵車
站的技術措施。
1 工程概況
該車站為地下暗挖車站，車站埋深23m, 車站長度200m, 寬
度19.2m, 為典型地鐵車站。車站接地網處土層土壤電阻率ρ 為
275Ω?m。
2 車站接地電阻公式確定及分析
根據《工業(yè)與民用配電設計手冊》，以水平接地網為主、邊緣
閉合的復合接地網的接地電阻計算公式為：
（1）
其中：
式中：
——任意形狀、邊緣閉合接地網的接地電阻，Ω ；
——等值（即等面積、等水平接地極總長度）方形接地網
的接地電阻，Ω ；
S ——接地網的總面積， ；
d ——水平接地體的直徑或等效直徑，m ；
h ——水平接地體的埋設深度，m ；
——接地網的外邊緣線總長度，m ；
L ——水平接地體的總長度，m ；
測試工具與解決方案 2014.3
76
ρ——接地網所處土層土壤電阻率，Ω?m。
簡化公式為 （2）
擬定該車站水平接地極采用Φ18 鍍銅圓鋼，其等效直徑
d=0.025434 m2 ；垂直接地極采用長度為2.5m 的Φ17.2 鍍銅接
地棒，埋深h=0.8 m。該車站的人工接地網面積約為3350m2，人工
接地體總長度為1035 m，外圈接地體長度446m，垂直接地體相隔
10m 左右設置，共50 根。
代入上述計算公式，公式（1）的計算結果為2.375Ω，公式
（2）的計算結果為2.405Ω，其誤差小于5%。
另通過對眾多車站數據代入計算，公式（1）和公式（2）結果誤
差均小于5%，可認為用公式（2）作為地鐵車站人工接地網接地電
阻的計算公式是可行的。
由于接地電阻計算值為2.375Ω，遠大于系統要求接地電阻
值（0.5Ω），故該車站需采取降阻措施，以滿足接地系統阻值要
求。
3 降低地鐵車站接地電阻方法分析
由公式（2）可知，人工接地網接地電阻僅與接地網包圍面積
S 及土壤電阻率ρ 有關，增大接地網包圍面積或者降低土壤電
阻率，均可降低土壤電阻率。因此，我們將降低車站電阻的著眼點
置于這兩者之上。
3.1 增大人工接地網面積
該地鐵車站埋深23m, 車站輪廓線確定了土建施工開挖范
圍，接地網包圍面積S（m2）基本按車站外輪廓面計算，已為可實
施范圍的最大值，且車站圍護樁結構較深（較接地網深5m 左右），
增大人工接地網面積的可能性不大。
3.2 降低土壤電阻率
常用的通過降低土壤電阻率來降低接地電阻的方法有外引
接地極、深打接地極、換土、使用降阻劑、使用離子接地極等。
由于地鐵車站埋深較深，且車站外輪廓有深圍護樁包圍，單
獨為敷設接地極而開挖地下結構，工程量巨大，且施工困難。故外
引接地極、深打接地極的方法不適用于地鐵車站。
換土法是在水平接地體周圍1~2m 范圍內，將原來土壤電阻
率較高的土層置換成土壤電阻率較低的土層，施工難度較小。該
城市周邊有土壤電阻率較低的黏土，電阻率為30Ω?m，可以考慮
用換土法降低接地網所在地層土壤電阻率，從而降低接地電阻。
降阻劑是一種良好的導電體，將它使用于接地體和土壤之
間，一方面能夠與金屬接地體緊密接觸，形成足夠大的電流流通
面，另一方面它能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率，在接地
體周圍形成一個變化平緩的低電阻區(qū)域。降阻劑的填充范圍不
大，土方開挖量小，施工方便，造價經濟。
離子接地極由緩釋接地極（內含可逆性緩釋填充劑）、引發(fā)劑
和增效電解離子填充劑組成。接地導體外部的填充劑以具有強吸
水力、強吸附力和陽離子交換性能高的材料為主體，主要用于解
決接地導體周圍的濕度、離子生成含量、防腐保護等問題，使導體
與大地緊密結合，從而降低電極與土壤的接觸電阻，改善周邊土
壤的電阻率。離子接地極效果顯著，但目前市場上的離子接地極
產品壽命為30 年左右（受制于離子接地極內含可逆性緩釋填充
劑的釋放時間），不滿足地鐵車站使用壽命。雖然廠家采用了緩釋
填充劑補充措施，使用年限有所延長。但鑒于地鐵項目后期補充
緩釋填充劑難度很大，需要重新開挖垂直接地極敷設的土層，對
埋深23m 的車站來說十分困難。
3.3 換土法
局部置換地鐵車站接地網所在地層的土壤，施工是可行的。
假設該車站換土法開挖地溝的梯形斷面如圖所示（一般情況
下，L1 約1.6m，L2 約0.8m,H1 一般為1.1~1.3m）：
圖1 換土法示意
可推算得：
（3）
式中：
R1——人工接地溝的接地電阻，Ω ；
d——水平接地體的直徑或等效直徑，m ；
D——人工接地溝梯形斷面的內切圓直徑，m ；
L ——水平接地體總長度，m ；
——原地層土壤電阻率，Ω?m ；
l——置換土壤電阻率，Ω?m。
根據分析，公式（3）在工程假設范圍內，滿足計算要求。
該車站原地層土壤電阻率為275Ω?m，擬置換土壤為周圍地
區(qū)土壤電阻率為30Ω?m 的黏土，水平接地體的總長度1035 m，
假設D=0.8m, 即開挖深度為1.2m，L2=0.8m，將以上數據代入公
2014.3 測試工具與解決方案
77
式（3）。
可以求得R1=0.38Ω，滿足接地電阻要求。
當D 為等腰梯形內切圓直徑時，梯形面積最小，可算得梯形
的最小面積為0.452 m2，據此推算出此法需換土方量為468m3。
3.4 使用降阻劑
根據市場實際調查和工程經驗，使用降阻劑，可使接地網的
接地電阻降低30%~50%。根據接地電阻公式（2）計算結果可知，單
純使用降阻劑只能使部分接地電阻不太高的車站滿足降阻要求。
本文所舉例車站，由于土壤電阻率較高，單純使用降阻劑并不能
使該車站接地網的接地電阻滿足不大于0.5Ω 的要求，需配合其
他降阻方法使用。
降阻劑的施放示意圖如下：
（1）垂直接地體：開挖溝槽并用鉆孔機鉆出孔徑約為Φ150
毫米的洞孔（深度等同垂直接地體長度，為2.5m），用深井泵或底
部帶有活門的管筒抽干孔洞內積水（防止?jié){料稀釋），放入垂直接
地體并與水平接地體焊接，最后將漿料充滿整個降阻劑填充區(qū)。
（2）水平接地體：僅對接地網周邊水平接地體施放降阻劑。
首先開挖溝槽（0.12m*0.12m），抽干內部積水。其次敷設水平接地
體并按要求與相鄰接地體連接。最后向降阻劑填充區(qū)灌注降阻
劑。
根據開挖水平溝槽及垂直鉆孔尺寸（垂直鉆孔數量同垂直接
地體數量，該站為50 處），可以算得使用降阻劑的劑量為17.11
m3。根據降阻劑密度（約1.3 噸/ m3），折算為22 噸降阻劑。
降阻劑的使用，除滿足電阻率低、不易流失、性能穩(wěn)定、易于
吸收和保持水分、施工簡便、經濟合理等基本條件外，還應考慮其
環(huán)保性能，禁止采用化學降阻劑，可采用由石墨、膨潤土、導電水
泥等成分組成的物理降阻劑。降阻劑的生產流程、工藝等應滿足
國家檢測標準，生產過程無污染，產品不含鉛、砷等有毒元素，對
使用環(huán)境無污染。
3.5 換土法和降阻劑合用
由于該車站單純使用降阻劑不能滿足降阻要求，故可考慮采
用換土法和降阻劑合用的方法來降低接地電阻。經計算，使用降
阻劑22 噸后，再采取換土法，需換土263 m3。
以該站為例，單獨采用換土法時，土建接地系統所增加工程
費用額與換土法和施放物理降阻劑合用所增加的工程費用額相
差不大。
4 結語
采用換土法或者施放降阻劑的方法都可降低地下車站接地
網的接地電阻。對于單獨使用降阻劑即可滿足接地電阻值的地鐵
車站，可采用施放物理降阻劑的方法降低接地電阻。經理論計算，
使用降阻劑不能滿足降阻要求的車站，應附加換土措施。由于換
土需大量的低電阻率土壤，實際工程時，應核算開挖、運輸土壤的
工程造價，因地制宜地選擇降阻措施。
參考文獻
[1] 戴瑜興，黃鐵兵，梁志超. 民用建筑電氣設計手冊（第二
版）. 中國建筑工業(yè)出版社 ,2007
[2] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院等. 工業(yè)與民用配電設計手
冊. 中國電力出版社,2005
[3] 民用建筑電氣設計規(guī)范，JGJ 16-2008. 中國建筑工業(yè)出版
社, 2008
[4] 地鐵設計規(guī)范，GB50157-2003. 中國計劃出版社, 2003
[5] 陳家斌. 接地技術與接地裝置. 中國電力出版社,2002
作者簡介
滕小芳（1981-），女，甘肅蘭州人，本科，工程師，研究方向：
電氣工程設計。
圖2 降阻劑使用示意

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