地铁预埋基础的迷流防护

地铁预埋基础的迷流防护

曾斌

深圳市地铁运营集团       广东   深圳  518172

摘　要  在本文中，作者首先阐述了迷流腐蚀的原理，接着对已出现的预埋基础发生的迷流腐蚀原因进行剖析，并针对性地制定了整改和防护措施，取得显著成效。

关键词  迷流   腐蚀   原理   防护

1  引言

全国城市轨道交通经历了数十年的蓬勃发展，目前国内一、二线城市乃至部分三线城市都拥有了地铁。在经济发达的城市，如北京、上海、广州、深圳、成都等地，过去几十年内地铁建设推进速度迅猛，已形成比较完善的地铁交通网络，为各自城市的发展有着不可替代的作用。

我国城市轨道交通基本上都是采用直流电作为客车的牵引动力，主要有DC750V和DC1500V两种电压等级。牵引电流的回流方式，传统设计在正线上基本上都是采用钢轨作为回流轨的方式，近几年也逐步有了采用第三轨回流的方式。随着地铁线路的逐年增多和运行年限的增加，传统采用钢轨回流的方式由于钢轨绝缘不足或绝缘能力下降，导致迷流现象越来越突出，越来越严重，甚至严重影响了地铁系统内金属设备或设施的使用寿命或者安全性能。

2  迷流的危害及原理

牵引直流电从牵引变电所通过接触网或者接触轨输送到客车上作为牵引动力，再通过钢轨回到牵引变电所。当直流电通过钢轨正常回流时，牵引变电所的输出电流总值与钢轨回流的电流总值相等，没有从钢轨上泄漏电流至大地，即没有产生迷流。由于钢轨绝缘老化或者材料绝缘不足等原因，回流的直流电泄漏到大地之中。通过其他阻值较小的路径再回到牵引变电所去，这种电阻较小的路径基本上是地铁系统内重要的金属设备或设施。

电流实际上是电子的定向移动，只要有电流出现，就会有金属分子得失电子的现象产生，而金属分子得失电子现象正是金属氧化的必备条件之一。金属的电化学反应主要有析氢反应和吸氧反应两种，其电化学反应如下。

（1）析氢反应

Fe     Fe2++2e-

2H++2e-    H2 ↑或者2H2O+2e-    2OH-+H2 ↑

（2）吸氧反应

Fe     Fe2++2e-

O2+2 H2O+2e-    4 OH-

国内的城市轨道交通线路均出现了迷流难题，而且这一难题困扰了运营、建设和设计单位许多年，并不能得到妥善解决。目前对于迷流危害，还是以“防、堵、导”为主要思路。作者在深圳地铁3号线（以下简称3号线）从事供电专业工作长达14之久，在本文中将详细介绍如何防护已被迷流腐蚀的预埋基础。

3  迷流回路及措施

3号线是采用DC1500V电压等级直流电作为客车牵引动力，正线和车辆段（含停车场）采用下接触式接触轨作为直流牵引电的输送路径传送到电车，正线回流方式则是采用传统的钢轨作为回流方式。每个区间段的钢轨上都设置了一定数量的均流电缆，用以降低钢轨电阻值，达到降低钢轨电压的目的。在牵引变电所的车站区段，钢轨上设置回流电缆，通过回流电缆将钢轨上的直流电输送回牵引变电所。

3号线有50%线路为高架段，有50%为地下段。高架段由于排水工况较好，基本上不会出现积水现象，所以迷流腐蚀现象很少见。而地下段由于土建结构渗漏水问题以及排水系统不如高架段，迷流腐蚀的电化学反应现象较高架段显著得多，该区段的地铁系统设备和设施很容易被迷流腐蚀，加速其设备性能下降或者使用寿命大大缩短。

3号线接触轨基础原设计全部采用预埋套管，其优点明显，即定位清晰、使用便捷、不破坏道床、整体美观（图1）。但随着线路运营年限增加，迷流现象日益显著，预埋套管的不利方面也暴露无遗，即在工况恶劣的地下区段，非常容易形成迷流通路，出现严重的迷流腐蚀，若不加以防护和整治，必将严重影响预埋基础的使用性能，甚至对接触轨系统设备产生灾难性的安全危害。

图1 接触轨底座预埋基础

3号线地下段末尾站，由于积水现象明显，隧道内有大量金属粉尘以和油性物质，有个别预埋基础的安装螺杆被迷流严重腐蚀。由于深圳地处沿海，空气中盐分相对较高，使得腐蚀情况加倍严重。出现迷流腐蚀的预埋基础，是由于其所处地势较低，预埋套管内有污水灌入，污水之中含有大量金属粉尘及油腻性物质，综合以上因素，具备了形成迷流通路和发生电化学反应的一切必备条件。而与该处相邻的预埋基础由于没有污水，其安装螺杆完好如初，没有一丝迷流腐蚀迹象。根据现场情况分析，迷流腐蚀虽然有害，但其现象不会大面积出现，而只会发生在形成迷流通路的路径上，且必须具备析氢反应和吸氧反应的条件。针对迷流腐蚀现象产生的必备条件，作者制定了相应的措施对已产生迷流腐蚀的预埋基础进行整治和防护，具体措施如下。

（1）重新制作基础。根据接触轨设计和安装要求，重新选择一处地势较高不易接触到污水的道床位置作为新的接触轨底座安装基础。在选好的位置打孔，并用植筋胶固定预埋螺杆，作为接触轨新的底座基础。打孔时需要非常细致处理孔洞内的残余粉尘，保障灌入植筋胶的有效质量，24小时后就能形成符合标准要求的安装基础。如果由于地理位置限制，不能选择到地势较高不易接触到污水的位置，只要在打孔预埋螺杆的制作过程中，保证该处位置干燥无污水也是可以的。

（2）预埋螺杆安装完成后，在预埋螺杆从露出地面部分往上大概5-7mm的高度涂抹植筋胶或者其他有隔水性能的强力胶，其作用是提高螺栓抗渗漏水的能力，隔绝渗漏水与金属螺杆直接接触。在基础上增设略大于涂抹隔水性能胶高度的绝缘垫，保障接触轨底座安装时，安装螺帽能接触底座并达到力矩要求。

4  结束语

此整改方案虽然非常简单，但其从根本上解决了迷流对此处预埋基础的电化学腐蚀，是对迷流腐蚀的析氢反应和吸氧反应原理彻底分析的产物。2020年8月份完成此处整改，经过2年多的跟踪观察，效果非常良好，未再出现迷流腐蚀迹象。后续又对3号线其他有迷流腐蚀现象的接触轨预埋基础按照此方案进行了整改，效果同样良好。

迷流问题是一个不可忽视的灾害性问题，由于其具有电流特性，一定会形成通路。一旦在其通路上具备析氢反应和吸氧反应的条件，就会对通路上的金属设备或设施产生电腐蚀，造成不可逆的危害。作者希望城市轨道交通的业内人士，能努力攻破此难关，给地铁运营一个更加良好的运行环境。

参考文献：

[1] 张健. 地铁杂散电流防护体系研究[M]. 北京：铁道建筑技术发行，2007

[2] 李威.地铁杂散电流腐蚀监测及防护技术[M].2004. 北京：中国矿业大学出版社，2004

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