荆岳大桥防雷设计教程.doc

荆岳长江公路大桥主体防雷设计 聂武夫、陈思文、陈太龙 （湖南省岳阳市气象局，414000） 摘 要：通过对荆岳长江公路大桥防雷系统的设计，较全面的介绍了大型跨海桥梁雷电防护工程的设计技术。直击雷防护主要从大桥主塔和桥面设施着手设计，并探讨了桥梁电源部分（监控楼、高杆路灯、主桥塔顶航空障碍灯、监控设备、收费站）和信号通信部分防雷电感应的设计方案。根据荆岳长江公路大桥的结构特点和环境特点，针对性提出合理的建议，最大限度地减少大桥建成后的雷电风险。 关键词：荆岳长江公路大桥；直击雷；雷电感应；防雷工程 1引言 随着我国经济的快速发展，基础设施建设进入一个高速发展的黄金时期，桥梁作为跨越江河、峡谷，以及解决城市交通的基础设施，规模和数量也都得到快速发展。然而，对于一些大型跨江、跨海桥梁来说，因其主塔高（数百米）、跨度大（主跨度数百至千余米）且大多位于沿江或海面等空旷地域，受地形等因素的影响，极易遭受雷击破坏，发生雷击的概率、雷击强度也大于周围其他地域。在大桥上空或附近地区出现较强的雷暴云并形成雷击，因热力、机械力作用对跨江、跨海大桥可能造成的破坏包括：危及人身安全，损坏塔顶、桥面各类电子设备，破坏主塔、斜拉索或悬索等主体结构，以及照明等设备（包括高、中、低杆路灯）；强大的雷电电磁脉冲还有可能对大桥机电、三大系统等造成极大破坏，这些对大桥主体防雷提出了更高的要求。因此，做好桥梁防雷是整个桥梁设计中不可或缺的重要一环。本文即以荆岳长江公路大桥为例，探讨桥梁防雷的设计方法。 荆岳长江公路大桥是我国“五纵七横”国道主干线中同江～三亚沿海大通道和沈阳～海口告诉公路跨越杭州湾的最便捷通道。它建成后可缩短宁波至上海间的陆路距离100多公里，使宁波、舟山、台州、温州等浙东南地区与上海的联系更加密切，与沪杭、沪甬高速公路一起构成沪、杭、甬两小时交通圈，可以加速环杭州湾地区的城市化进程和大大提升该地区的国际竞争力。大桥跨越杭州湾，极易遭受雷击，而且其社会地位和经济地位也比较特殊，所以对防雷工程的设计和施工要求较高：不仅要能防直击雷（包括防侧击雷）、还要能防雷电感应。本文即是针对雷电的危害，结合荆岳长江公路大桥的特点，对其进行综合全面的防雷设计。 2大桥现场勘查概况 荆岳长江公路大桥起自湖北省监利县白螺镇王李村，跨长江后止于湖南省岳阳市云溪区道仁矶镇大鼓山，建设总里程5419公里，其中长江大桥总长4302.5米，总投资23.42亿元。设白螺互通式立交和收费管理养护分中心一处。桥型为主跨600米双塔双索面钢箱梁斜拉桥，桥面宽 33.5米，双向6车道高速公路，设计时速为每小时100公里。大桥由连续T梁、连续箱梁和双塔钢箱梁斜拉桥组合而成主桥为主跨816米混合梁斜拉桥，跨度布置为（100+298）m+816m+（80+2×75）m，桥塔为 H型，南塔高224.5m，北塔高267m；北滩桥为100 m+5×154m+100m七孔预应力砼连续梁桥。主桥为混合梁斜拉桥，其主跨816米为全球斜拉桥第六大跨度，为世界上唯一一座单侧边跨采用混凝土主梁、不对称边中跨布置、高低塔、主跨和另一侧边跨采用钢主梁的千米级斜拉桥，综合建造技术极其复杂。 图2 荆岳长江公路大桥效果图 电源部分主要采用10kV电能传输方式作为大桥照明及其他附属设施供配电系统电源。在大桥两岸各建有一座10kV变电所。由于大桥长度较长，在大桥沿线设置变压器，方便为桥面设施供电。 大桥沿线设有高杆路灯，分全夜灯和半夜灯两种。三座主塔上均设有航空障碍灯，采用220V供电。收费站位于大桥主桥南端约360m处，其电源来自于10kV变电所。另外，在大桥主桥及引桥桥面上还装有监控设备和装饰灯、气象仪器、电子情报板等设备。 管理区监控中心位于大桥北岸，共五层，配电房位于一楼，监控机房位于三楼，其余为普通办公区。 3直击雷防护工程设计 3.1接闪器、引下线 3.1.1主塔 为了使主塔部分免遭直击雷的破坏，需要在主塔上安装接闪器，接闪器采用针带结合的方式（图3），由于主塔位于江上，风力较大且江面上腐蚀情况比较严重，因此考虑要加大接闪器的规格，在南塔、北塔顶部四周明敷接闪带，接闪带采用直径20mm的不锈钢，网格尺寸不得大于5m×5m或6m×4m并在易受雷击的四个角上各安装一支接闪短针，接闪短针采用高1m,直径为80mm的不锈钢材料制成，并与接闪带焊接，同时还要将接闪短针与斜拉桥桥塔内部专门用于接地的主筋做多点电气连接。 图3主塔接闪器示意图 塔顶上的各种金属物（如：航空障碍灯等）也应与接闪带作可靠焊接。为了防止雷电流通过航空障碍灯进入室内，航空障碍灯的外壳不与通往室内的PE线相连，另外为了防止航空障碍灯金属外壳带电，可以将外壳与接闪带相连。航空障碍灯的金属配管也应与接闪带相连，且金属配管进入室内后应断开，避免把雷电流引入