摘要：地鐵高架項(xiàng)目由于其使用性質(zhì)，是雷電防護(hù)重要考慮場所。通過對車站主體和高架區(qū)間的綜合防雷設(shè)計(jì)，著重于電子信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而形成一個(gè)較為全面的防雷方案。

　　主體詞：地鐵高架項(xiàng)目,電子信息,防雷

　　0 前言

　　隨著各大城市軌道交通項(xiàng)目不斷上馬，地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車以及懸浮列車等多種類型，這些號稱“城市交通的主動脈”，在城市交通中發(fā)揮著越來越巨大的作用。

　　地鐵建筑是投資巨大、人員密集的公共場所，通信、信號、FAS、BAS、AFC、SCADA等電子信息類設(shè)備系統(tǒng)眾多且構(gòu)成復(fù)雜，這些系統(tǒng)是維系地鐵正常運(yùn)營的中樞神經(jīng)，一旦遭受雷擊或雷電波侵入，將危及地鐵正常的運(yùn)輸秩序，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。另外，雷擊如果引起地鐵火災(zāi)，后果不堪設(shè)想。其實(shí)地鐵建筑并不是完全位于地下，如本文中提出的地鐵高架站，由于其建設(shè)在地面上，存在嚴(yán)重雷害的威脅，因此很有必要對地鐵項(xiàng)目雷害評估模型進(jìn)行探討并研究適合地鐵項(xiàng)目的雷電防護(hù)方法。

　　1. 地鐵高架站概述

　　該站位于某市地鐵線路高架區(qū)間，車站主體結(jié)構(gòu)采用一層鋼框架構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋由樁及地梁支承的鋼柱以及框架橫梁懸臂端支承的鋼柱支承。弱電系統(tǒng)設(shè)備包括、民用通信機(jī)房、系統(tǒng)設(shè)備房OAPIDS、通信設(shè)備室、綜合控制室、AFC控制室、安全門設(shè)備及控制室、信號設(shè)備室、警務(wù)室、車控室、綜合維修室、AFC設(shè)備及維修室及弱電電纜、地鐵內(nèi)外部的通信、信號電纜等。各站沿線電源線、通訊線及信號線均沿高架敷設(shè)，

　　該站區(qū)不單單是有關(guān)車站主體和區(qū)間高架橋梁的防雷設(shè)計(jì)，主體還有大量信息系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等大量弱電系統(tǒng),所以內(nèi)外部防雷在該項(xiàng)目的防雷設(shè)計(jì)中都要考慮到。

　　2. 車站主體防雷設(shè)計(jì)

　　2.1外部防雷設(shè)計(jì)

　　接地裝置優(yōu)先采用閉合環(huán)形網(wǎng)格狀地網(wǎng)，以均衡地電位，防止發(fā)生反擊。(圖1.1)當(dāng)網(wǎng)格狀地網(wǎng)無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，可沿建筑物外圍四周敷設(shè)環(huán)形人工接地體。地鐵交通內(nèi)部涉及多個(gè)強(qiáng)弱電系統(tǒng)，因此采用綜合接地系統(tǒng)，交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地、防雷接地應(yīng)共用接地裝置。各系統(tǒng)(尤其是弱電系統(tǒng))接地引入線應(yīng)設(shè)置于接地網(wǎng)的中央位置，不宜靠近引下線和外圈梁設(shè)置，

　　圖1.1 網(wǎng)格狀接地網(wǎng)

　　由于車站主體，采用一層鋼框架天面和混凝土立面構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)。因此引下線應(yīng)該設(shè)計(jì)與普通建筑類似，每根引下線處應(yīng)充分利用樁基礎(chǔ)、承臺結(jié)構(gòu)主筋構(gòu)成自然接地裝置，在樁基礎(chǔ)每樁利用外圍結(jié)構(gòu)主筋中對角4根主筋作為垂直接地體，同時(shí)沿樁身每隔2m利用箍筋將樁基外圍主筋焊接連通構(gòu)成鋼筋籠。該站具有鋼結(jié)構(gòu)屋面，宜利用金屬屋面作為接閃器。

　　2.2內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)

　　建筑物內(nèi)部大量電子信息系統(tǒng)，一旦遭受雷擊或雷電波侵入，將會造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文設(shè)計(jì)的某地地鐵站主要含有以下10個(gè)電子信息系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)(含門禁)、火災(zāi)自動報(bào)警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)、地鐵環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS/EMCS)、有線廣播及擴(kuò)聲系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)、通信系統(tǒng)信號系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)、乘客信息顯示系統(tǒng)(PIDS)，本文著重考慮這10個(gè)電子信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)分為：

　　2.2.1 等電位連接

　　各電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)設(shè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)。電氣和電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、金屬管、槽、電纜屏蔽層、信息設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接地、SPD接地端等均應(yīng)以最短距離與等電位連接網(wǎng)絡(luò)的接地端子連接。等電位連接網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可采用S型或M型或兩種結(jié)構(gòu)形式的組合型(圖2.2)。

　　圖2.2信息系統(tǒng)等電位連接網(wǎng)絡(luò)類型

　　當(dāng)采用S型結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)時(shí)，只允許單點(diǎn)接地，即信息系統(tǒng)的所有金屬組件，除等電位連接點(diǎn)ERP外，均應(yīng)與共有接地系統(tǒng)得各部件之間有足夠的絕緣(大于10Kv,3.2/50μs)，接地線可就近接至本機(jī)房或設(shè)備內(nèi)的接地端子板(或SE接地干線)，不必設(shè)專用接地線引至總接地端子板。當(dāng)采用M型結(jié)構(gòu)等電位連接網(wǎng)時(shí)，信息系統(tǒng)的所有金屬組件嚴(yán)禁與接地系統(tǒng)各組件絕緣，應(yīng)通過多點(diǎn)組合到接地系統(tǒng)中去并形成Mm型網(wǎng)絡(luò)。通常，S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)可用于相對較小、限定于局部的系統(tǒng)，M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)宜用于延伸較大的開環(huán)系統(tǒng)。因此本站電子信息系統(tǒng)等電位連接網(wǎng)絡(luò)參照表2-1

　　表5-12電子信息系統(tǒng)等電位連接

　　2.2.2屏蔽措施

　　為防御直擊雷和降低雷電電磁干擾，應(yīng)采用法拉第籠進(jìn)行電磁屏蔽。法拉第籠可由該站的金屬屋面、引下線、機(jī)房屏蔽以及接地系統(tǒng)構(gòu)成(圖2.3)，并且將電子信息系統(tǒng)主機(jī)房應(yīng)選擇在建筑物低層中心部位，機(jī)房內(nèi)磁場干擾強(qiáng)度不大于800A/m(相當(dāng)于10高斯)，設(shè)計(jì)將電子信息設(shè)備應(yīng)離開外墻結(jié)構(gòu)柱子的距離不小于1m。

　　圖2.3利用結(jié)構(gòu)鋼筋和金屬框架構(gòu)成大空間屏蔽

　　2.2.3電涌保護(hù)器(SPD)的設(shè)計(jì)

　　電子信息系統(tǒng)宜安裝多級SPD防雷電過電壓。第一級安裝在配電系統(tǒng)總出線處(配電盤);第二級安裝在各系統(tǒng)供配電柜(箱)內(nèi);第三級安裝在微電子設(shè)備前端(計(jì)算機(jī)終端電源穩(wěn)壓器或UPS電源前)。

　　車站沿高架橋軌道兩側(cè)架空敷設(shè)的33kV屏蔽高壓電力電纜引入高壓，降壓后引入低壓室，然后由低壓變配電室引入各設(shè)備房或配電開關(guān)處，低壓配電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，(除入戶部分外)電力電纜采用非屏蔽電纜。傳輸線路主要采用光纜敷設(shè)，經(jīng)埋地管道進(jìn)入通訊設(shè)備房，可認(rèn)為基本不分流雷電流，但仍有部分通信線纜為非光纖傳輸介質(zhì)。此外，進(jìn)入建筑物的服務(wù)設(shè)施還包括水管等金屬管道。

　　假定雷電流在接地裝置、電力系統(tǒng)和其它金屬管道間分配情況，為總雷電流I0的50%流入建筑物的LPS的接地裝置中，而其余的50%的I0即Is進(jìn)入各種設(shè)施(外來電力線、通訊線、金屬管道等)間分配。

　　則SPD1的通流量I1為：

　　即為SPD1的沖擊電流Iimp(10/350μs)，當(dāng)使用(8/20μs)波形時(shí)，可通過單位能量推算知：

　　雷電流經(jīng)過SPD1后，會有30%～50%的殘余施加于SPD2上，這里考慮較壞的情況，假定有50%的殘余雷電流施加于SPD2上，則SPD2的標(biāo)稱通流量為：

　　同理，其余各級SPD以此類推。將雷電流幅值帶入公式計(jì)算各級SPD的通流量如下表所示。

　　根據(jù)當(dāng)?shù)乩纂姳O(jiān)測系統(tǒng)得出本車站主體所在區(qū)域：

　　雷電流io=132k A，計(jì)算本站電源系統(tǒng)SPD通流量。根據(jù)圖2.4，該建筑物需安裝三級SPD，通流量適中，大大節(jié)省了不必要的開支。

　　圖2.4各級SPD通流量

　　3 區(qū)間高架防雷設(shè)計(jì)

　　3.1 接閃器

　　區(qū)間高架線路采用橋梁設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)軌道梁通過支座支承于帽梁上，結(jié)構(gòu)采用“橋建分離”方案。接閃器采用50×5mm熱鍍鋅扁鋼沿兩翼護(hù)欄頂敷設(shè)，每隔1～1.5m用絕緣膨脹螺栓將其固定牢固。由于線路中會架設(shè)相應(yīng)的疏散平臺，可利用其角鋼橫梁作為疏散平臺的接閃器，同時(shí)將角鋼橫梁、鋼立柱、底座板均須可靠焊接。

　　3.2 引下線

　　根據(jù)區(qū)間高架橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，宜利用橋墩結(jié)構(gòu)鋼筋作為引下線，均選取橋墩或立柱結(jié)構(gòu)鋼筋中至少2根豎向主筋作為引下線;在伸縮縫處用50×5mm熱鍍鋅扁鋼沿兩側(cè)分別引下，與橋墩處預(yù)留的接地防雷端子焊接。

　　3.3接地裝置

　　充分利用樁基礎(chǔ)、承臺結(jié)構(gòu)主筋構(gòu)成自然接地裝置，在樁基礎(chǔ)每樁利用外圍結(jié)構(gòu)主筋中對角4根主筋作為垂直接地體，同時(shí)沿樁身每隔2m利用箍筋將樁基外圍主筋焊接連通構(gòu)成鋼筋籠。沖擊接地電阻值不大于10Ω。

　　3.4 等電位連接

　　每隔約30m在伸縮縫處用50×5mm熱鍍鋅扁鋼將區(qū)間高架橋梁兩翼護(hù)欄頂?shù)谋芾讕нM(jìn)行等電位連接。

　　沿軌道方向在疏散平臺底座板處敷設(shè)一條50×5mm熱鍍鋅扁鋼，作為連接疏散平臺鋼支架的等電位連接干線，用螺栓將連接干線緊固在平臺鋼支架底座板上。

　　4 結(jié)語

　　由于雷電具有多變性、瞬時(shí)性、復(fù)雜性，所以對于地鐵高架段這種重要建筑進(jìn)行防護(hù)時(shí)，要對其內(nèi)部體系進(jìn)行全方面綜合考慮。信息系統(tǒng)和一些弱點(diǎn)設(shè)備的雷電感應(yīng)防護(hù)是本文考慮的重點(diǎn)。同時(shí)油庫的防雷體系不僅要在設(shè)計(jì)上全面，還要在施工和驗(yàn)收過程中嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范操作。只有這樣，才能產(chǎn)生一個(gè)完整的防雷體系，才能確保這個(gè)防雷體系的正常運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 劉永謙，地鐵項(xiàng)目綜合防雷設(shè)計(jì)探討

　　[2] 問楠臻，王亞靜. 也談雷電監(jiān)測資料在雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估中的應(yīng)用. 建筑電氣