摘要：人們注意軌道交通系統(tǒng)直流牽引產(chǎn)生的雜散電流會到引起埋地金屬管線和金屬結(jié)構(gòu)的劇烈腐蝕已經(jīng)有近一百年，如何防止雜散電流的腐蝕在國外已做了大量的研究。但國內(nèi)對這方面的研究還很不夠，本文首先簡要介紹了雜散電流腐蝕的歷史背景，接著對雜散電流的腐蝕機理、防護(hù)技術(shù)和監(jiān)測等進(jìn)行了論述。

　　1.引言

　　在城市地鐵和輕軌等軌道交通運輸系統(tǒng)中，一般采用直流牽引，走行軌回流，因此，不可避免會有電流從走行軌泄入大地，對地下或地面的金屬構(gòu)件如結(jié)構(gòu)鋼筋、地下管線等產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。國內(nèi)外都有大量這方面的報道。腐蝕不僅造成大量的金屬損失，更為嚴(yán)重的是，由于腐蝕的隱蔽性和突發(fā)性，一旦發(fā)生事故，往往會造成災(zāi)難性的后果，如煤氣或石油管道的腐蝕穿孔；結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕，會破壞混凝土的整體性，降低其強度和耐久性，給安全運營帶來嚴(yán)重威脅。因此，對雜散電流腐蝕必須給予足夠的重視。國外對地鐵雜散電流的腐蝕都做了較為深入的研究，但國內(nèi)對這方面的研究還很欠缺。軌道交通系統(tǒng)中機車是一個運動變化的負(fù)荷，地鐵雜散電流腐蝕的介質(zhì)一般為土壤，情況千差萬別，影響腐蝕過程的因素太多，并隨時間變化，在理論分析的基礎(chǔ)上結(jié)合大量調(diào)查研究和試驗，才能提出有針對性的治理雜散電流的技術(shù)和方法。在分析清楚雜散電流分布的情況下，對新建的軌道交通系統(tǒng)，要在設(shè)計、施工各個階段，從實際出發(fā)，根據(jù)不同的線路施工方法、線路方案、地質(zhì)狀況、不同的供電方案，相關(guān)的專業(yè)都要采取相應(yīng)的技術(shù)措施，盡量減少雜散電流。對已建成的線路或因某些原因絕緣下降而產(chǎn)生雜散電流后，應(yīng)對雜散電流腐蝕的狀況進(jìn)行實時監(jiān)測，采取有針對性的措施減少雜散電流對金屬結(jié)構(gòu)和管線的腐蝕。

　　2.歷史背景

　　世界上第一條電氣化軌道交通系統(tǒng)1835年在美國建設(shè)（Brandon，Vermont），該系統(tǒng)運行在一個環(huán)形軌道上，由一個蓄電池提供動力，由于蓄電池需要不斷充電，不適合于商業(yè)運行。直到十九世紀(jì)末由于發(fā)電機的發(fā)展，它能夠提供持續(xù)的電力，電氣化的軌道交通系統(tǒng)在商業(yè)上才變得可行。

　　1888年在維吉尼亞州美國第一條商業(yè)運行的電氣化鐵道投入運行（Richmond，Virginia），在十年內(nèi)，在美國有數(shù)千公里的電氣化鐵路投入運行，幾乎同時，人們在發(fā)現(xiàn)在電氣化鐵道的附近的地下管線和電纜遭到嚴(yán)重腐蝕，此外鐵路當(dāng)局也注意到鐵軌和道釘遭到腐蝕的情況。起初，人們認(rèn)為腐蝕是由土壤的化學(xué)成分造成的，很快人們就得出結(jié)論，土壤的化學(xué)組成不可能造成如此嚴(yán)重的腐蝕，此后的一些調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從電氣化鐵路運行軌道泄漏的電流是造成腐蝕的主要原因。

　　許多早期的研究提出了一些切實可行的在當(dāng)時的技術(shù)條件下可能最好的消除雜散電流影響的工程解決方案。但大多數(shù)方案都會對附近的設(shè)施造成災(zāi)難性的影響，一個常見的做法是將軌道連接到附近的與之平行的水管或其它管線上，想法是給電流提供一個金屬通路，減少通過鐵軌和其它鐵路結(jié)構(gòu)的電流。這種方法雖然減輕了雜散電流對鐵路結(jié)構(gòu)本身的腐蝕，但由于將軌道連接到附近的設(shè)施上，必然有電流通過臨近的設(shè)施，在電流離開返回軌道時，將會對臨近的結(jié)構(gòu)造成腐蝕。直到1910年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局開始了長達(dá)11年的關(guān)于雜散電流腐蝕的研究。1921年推薦采用下列方法在軌道交通公司一方減少雜散電流的泄漏：

　　1.足夠的雙軌間的連接。

　　2.在考慮系統(tǒng)經(jīng)濟的情況下，盡量減小變電所之間的距離。

　　3.隔離負(fù)饋線（鋼軌）。

　　4.使用四軌牽引供電系統(tǒng)。

　　前三項措施被應(yīng)用在許多軌道交通系統(tǒng)中，使雜散電流下降。第四項措施沒有被廣泛采用，可能是因為建設(shè)第四軌需要增加投資。不久就意識到雜散電流腐蝕依然發(fā)生，仍然需要采取進(jìn)一步的措施控制雜散電流的泄漏，特別是地下的結(jié)構(gòu)。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的報告推薦了幾條對地下結(jié)構(gòu)適用的措施，它們是：

　　1.在軌道附近的新建結(jié)構(gòu)要仔細(xì)選擇位置。

　　2.避免電纜與管線和其它結(jié)構(gòu)接觸。

　　3.管線和電纜的金屬鎧裝要絕緣。

　　4.對結(jié)構(gòu)使用絕緣涂層。

　　5.使受腐蝕影響的結(jié)構(gòu)相互連接并與地鐵的回流電路相連

　　這些措施代表了當(dāng)時最好的減少雜散電流和腐蝕方法。其基本原理到目前為止仍然有效，并且形成了當(dāng)今雜散電流控制設(shè)計的基礎(chǔ)。然而對上述第5項措施需進(jìn)一步說明，地鐵結(jié)構(gòu)和回流電路之間的連接只能作為其它措施的補充或一個臨時措施。因為它降低了回流的電阻增加了雜散電流的數(shù)量，排流不應(yīng)作為高軌地電阻的替代�，F(xiàn)代的排流也不是簡單的直接排流，而往往是將排流和軌道電位的限制與接地結(jié)合等綜合考慮的智能排流。

　　1920年以后，電氣化軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)數(shù)量大幅下降，雜散電流腐蝕問題沒有能夠進(jìn)一步的深入研究。直到二十世紀(jì)50年代和60年代，大量新建的快速軌道交通系統(tǒng)，大大增加了雜散電流的腐蝕，使雜散電流腐蝕和控制又成為一個重要的課題。

　　3.雜散電流腐蝕機理

　　金屬材料與其環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)的和電化學(xué)的反應(yīng)而引起材料的退化和破壞稱為金屬的腐蝕。與機械磨損不同，多數(shù)情況下，金屬材料的腐蝕破壞是由于它逐漸喪失了金屬特性，由單質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃�學(xué)上更為穩(wěn)定的化合態(tài)。腐蝕過程中金屬原子丟失電子，發(fā)生了氧化反應(yīng)，金屬腐蝕的必要條件是存在氧化劑。金屬腐蝕有不同的分類方法，按照反應(yīng)的化學(xué)屬性可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。