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降低高土壤电阻率地铁车站接地电阻的技术措施

文档作者：滕小芳文档来源：中铁第一勘察设计院集团有限公司		点击数：	更新时间： 2022年02月10日
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2014.3 测试工具与解决方案
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降低高土壤电阻率地铁车站接地电阻的技术措施
滕小芳
（中铁第一勘察设计院集团有限公司, 陕西西安,710043）
摘要：以某地铁车站为例，分析降低高土壤电阻率地铁车站接地电阻的方法，提出采用换土法及施放物理降阻剂的措施降低
地铁车站人工接地网周边土壤电阻率，从而降低接地网的接地电阻。
关键词：接地网；接地电阻；土壤电阻率；换土；降阻剂
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
地铁车站的综合接地系统包括接地网、接地线、端子排等部
分，是为满足强、弱电专业及其他非电气金属管道的接地要求设
置的。其设置原则应保证人身安全、设备安全及正常运营，兼顾杂
散电流腐蚀防护的要求。为满足变电所设备、弱电设备及其他需
接地的车站设备对接地的要求，每个车站单独设置1 个接地网，
接地网的接地电阻不大于0.5Ω。
目前，地铁车站综合接地网均采用人工接地网的形式，即在
车站底板下敷设相连接的垂直、水平接地线，形成综合接地网络。
地铁车站接地网一般分段敷设，在阶段性施工结束后，对完工部
分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，如推算结果不能满足设计要求，则在其余部分中采取补救措
施。这种做法对于接地网所处土层土壤电阻率较低的车站来说，
是可行的。对于土壤电阻率较高的地下车站，则需在设计时确定
降低接地电阻的具体措施，以降低施工风险，杜绝施工完毕后实
测接地电阻值过高的问题。
本文以某城市地铁车站为例，探讨降低高土壤电阻率地铁车
站的技术措施。
1 工程概况
该车站为地下暗挖车站，车站埋深23m, 车站长度200m, 宽
度19.2m, 为典型地铁车站。车站接地网处土层土壤电阻率ρ 为
275Ω•m。
2 车站接地电阻公式确定及分析
根据《工业与民用配电设计手册》，以水平接地网为主、边缘
闭合的复合接地网的接地电阻计算公式为：
（1）
其中：
式中：
——任意形状、边缘闭合接地网的接地电阻，Ω ；
——等值（即等面积、等水平接地极总长度）方形接地网
的接地电阻，Ω ；
S ——接地网的总面积， ；
d ——水平接地体的直径或等效直径，m ；
h ——水平接地体的埋设深度，m ；
——接地网的外边缘线总长度，m ；
L ——水平接地体的总长度，m ；
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ρ——接地网所处土层土壤电阻率，Ω•m。
简化公式为 （2）
拟定该车站水平接地极采用Φ18 镀铜圆钢，其等效直径
d=0.025434 m2 ；垂直接地极采用长度为2.5m 的Φ17.2 镀铜接
地棒，埋深h=0.8 m。该车站的人工接地网面积约为3350m2，人工
接地体总长度为1035 m，外圈接地体长度446m，垂直接地体相隔
10m 左右设置，共50 根。
代入上述计算公式，公式（1）的计算结果为2.375Ω，公式
（2）的计算结果为2.405Ω，其误差小于5%。
另通过对众多车站数据代入计算，公式（1）和公式（2）结果误
差均小于5%，可认为用公式（2）作为地铁车站人工接地网接地电
阻的计算公式是可行的。
由于接地电阻计算值为2.375Ω，远大于系统要求接地电阻
值（0.5Ω），故该车站需采取降阻措施，以满足接地系统阻值要
求。
3 降低地铁车站接地电阻方法分析
由公式（2）可知，人工接地网接地电阻仅与接地网包围面积
S 及土壤电阻率ρ 有关，增大接地网包围面积或者降低土壤电
阻率，均可降低土壤电阻率。因此，我们将降低车站电阻的着眼点
置于这两者之上。
3.1 增大人工接地网面积
该地铁车站埋深23m, 车站轮廓线确定了土建施工开挖范
围，接地网包围面积S（m2）基本按车站外轮廓面计算，已为可实
施范围的最大值，且车站围护桩结构较深（较接地网深5m 左右），
增大人工接地网面积的可能性不大。
3.2 降低土壤电阻率
常用的通过降低土壤电阻率来降低接地电阻的方法有外引
接地极、深打接地极、换土、使用降阻剂、使用离子接地极等。
由于地铁车站埋深较深，且车站外轮廓有深围护桩包围，单
独为敷设接地极而开挖地下结构，工程量巨大，且施工困难。故外
引接地极、深打接地极的方法不适用于地铁车站。
换土法是在水平接地体周围1~2m 范围内，将原来土壤电阻
率较高的土层置换成土壤电阻率较低的土层，施工难度较小。该
城市周边有土壤电阻率较低的黏土，电阻率为30Ω•m，可以考虑
用换土法降低接地网所在地层土壤电阻率，从而降低接地电阻。
降阻剂是一种良好的导电体，将它使用于接地体和土壤之
间，一方面能够与金属接地体紧密接触，形成足够大的电流流通
面，另一方面它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地
体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。降阻剂的填充范围不
大，土方开挖量小，施工方便，造价经济。
离子接地极由缓释接地极（内含可逆性缓释填充剂）、引发剂
和增效电解离子填充剂组成。接地导体外部的填充剂以具有强吸
水力、强吸附力和阳离子交换性能高的材料为主体，主要用于解
决接地导体周围的湿度、离子生成含量、防腐保护等问题，使导体
与大地紧密结合，从而降低电极与土壤的接触电阻，改善周边土
壤的电阻率。离子接地极效果显著，但目前市场上的离子接地极
产品寿命为30 年左右（受制于离子接地极内含可逆性缓释填充
剂的释放时间），不满足地铁车站使用寿命。虽然厂家采用了缓释
填充剂补充措施，使用年限有所延长。但鉴于地铁项目后期补充
缓释填充剂难度很大，需要重新开挖垂直接地极敷设的土层，对
埋深23m 的车站来说十分困难。
3.3 换土法
局部置换地铁车站接地网所在地层的土壤，施工是可行的。
假设该车站换土法开挖地沟的梯形断面如图所示（一般情况
下，L1 约1.6m，L2 约0.8m,H1 一般为1.1~1.3m）：
图1 换土法示意
可推算得：
（3）
式中：
R1——人工接地沟的接地电阻，Ω ；
d——水平接地体的直径或等效直径，m ；
D——人工接地沟梯形断面的内切圆直径，m ；
L ——水平接地体总长度，m ；
——原地层土壤电阻率，Ω•m ；
l——置换土壤电阻率，Ω•m。
根据分析，公式（3）在工程假设范围内，满足计算要求。
该车站原地层土壤电阻率为275Ω•m，拟置换土壤为周围地
区土壤电阻率为30Ω•m 的黏土，水平接地体的总长度1035 m，
假设D=0.8m, 即开挖深度为1.2m，L2=0.8m，将以上数据代入公
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式（3）。
可以求得R1=0.38Ω，满足接地电阻要求。
当D 为等腰梯形内切圆直径时，梯形面积最小，可算得梯形
的最小面积为0.452 m2，据此推算出此法需换土方量为468m3。
3.4 使用降阻剂
根据市场实际调查和工程经验，使用降阻剂，可使接地网的
接地电阻降低30%~50%。根据接地电阻公式（2）计算结果可知，单
纯使用降阻剂只能使部分接地电阻不太高的车站满足降阻要求。
本文所举例车站，由于土壤电阻率较高，单纯使用降阻剂并不能
使该车站接地网的接地电阻满足不大于0.5Ω 的要求，需配合其
他降阻方法使用。
降阻剂的施放示意图如下：
（1）垂直接地体：开挖沟槽并用钻孔机钻出孔径约为Φ150
毫米的洞孔（深度等同垂直接地体长度，为2.5m），用深井泵或底
部带有活门的管筒抽干孔洞内积水（防止浆料稀释），放入垂直接
地体并与水平接地体焊接，最后将浆料充满整个降阻剂填充区。
（2）水平接地体：仅对接地网周边水平接地体施放降阻剂。
首先开挖沟槽（0.12m*0.12m），抽干内部积水。其次敷设水平接地
体并按要求与相邻接地体连接。最后向降阻剂填充区灌注降阻
剂。
根据开挖水平沟槽及垂直钻孔尺寸（垂直钻孔数量同垂直接
地体数量，该站为50 处），可以算得使用降阻剂的剂量为17.11
m3。根据降阻剂密度（约1.3 吨/ m3），折算为22 吨降阻剂。
降阻剂的使用，除满足电阻率低、不易流失、性能稳定、易于
吸收和保持水分、施工简便、经济合理等基本条件外，还应考虑其
环保性能，禁止采用化学降阻剂，可采用由石墨、膨润土、导电水
泥等成分组成的物理降阻剂。降阻剂的生产流程、工艺等应满足
国家检测标准，生产过程无污染，产品不含铅、砷等有毒元素，对
使用环境无污染。
3.5 换土法和降阻剂合用
由于该车站单纯使用降阻剂不能满足降阻要求，故可考虑采
用换土法和降阻剂合用的方法来降低接地电阻。经计算，使用降
阻剂22 吨后，再采取换土法，需换土263 m3。
以该站为例，单独采用换土法时，土建接地系统所增加工程
费用额与换土法和施放物理降阻剂合用所增加的工程费用额相
差不大。
4 结语
采用换土法或者施放降阻剂的方法都可降低地下车站接地
网的接地电阻。对于单独使用降阻剂即可满足接地电阻值的地铁
车站，可采用施放物理降阻剂的方法降低接地电阻。经理论计算，
使用降阻剂不能满足降阻要求的车站，应附加换土措施。由于换
土需大量的低电阻率土壤，实际工程时，应核算开挖、运输土壤的
工程造价，因地制宜地选择降阻措施。
参考文献
[1] 戴瑜兴，黄铁兵，梁志超. 民用建筑电气设计手册（第二
版）. 中国建筑工业出版社 ,2007
[2] 中国航空工业规划设计研究院等. 工业与民用配电设计手
册. 中国电力出版社,2005
[3] 民用建筑电气设计规范，JGJ 16-2008. 中国建筑工业出版
社, 2008
[4] 地铁设计规范，GB50157-2003. 中国计划出版社, 2003
[5] 陈家斌. 接地技术与接地装置. 中国电力出版社,2002
作者简介
滕小芳（1981-），女，甘肃兰州人，本科，工程师，研究方向：
电气工程设计。
图2 降阻剂使用示意

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