采动影响区输电线路设计的探讨

2018-08-23闫芳芳

电气传动自动化 2018年5期

关键词：采动铁塔杆塔

闫芳芳

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司.山西太原030001）

1 引言

本文针对输电线路跨度大、塔位分散等特点，结合采动影响区的变形特点以及发展规律，针对不同的工程情况采取合理的处理措施，确保线路的可靠运行，提高工程建设的经济效益和社会效益。

2 采动影响区的坍塌特点

煤矿采动影响区的沉陷是指煤矿开采后留下大面积采空面及巷道，矿体上覆盖岩层失去支撑，周围岩体失去原来的平衡状态，随之产生弯曲或断裂、坍塌，导致地面沉降、塌陷。采动影响区地表变形可分为两种移动和三种变形。

煤矿开采后6～8个月一般为沉降活跃阶段，沉降量在第一年可达到沉降总量的75%，第二年的沉降量为沉降总量的15%，第三年的沉降量为沉降总量的5%。开采后3年时间一般可完成95%的沉降量，对不同的矿区，其上述系数是不同的，即使同一矿区的不同的开采深度，系数也不同。还有其它许多因素都对系数有影响。尽管如此，它仍然给工程实施提供了参考。

3 采动影响区对输电线路的影响

采动影响区对输电线路的影响主要有三个方面：一是地表下沉引起的垂直沉降的影响，二是地表水平位移带来的影响，三是山体滑坡造成地形倾斜带来的影响。垂直沉降带来的主要后果是导致线路对交叉跨越的净空距离不足。水平位移会导致原有线路转角发生变化和对边坡或其他设施的距离不足。倾斜对输电线路的影响严重的会导致绝缘子串倾斜、导地线断股甚至倒塔。

线路通过采动影响区的处理措施及原则

在通过煤矿采动影响区时，根据输电线路的设计和运行经验，处理煤矿区采取以下措施：

3.1 线路路径的选择

①线路路径尽量选择在地势较为平坦的地段，特别应当避开陡峭的山坡地段。山区走线时，宜选择在山梁中间及山梁顶处。

②线路路径尽量避让采深采厚比小于30的区域，避免塔位落在地表发生剧烈变形或出现陷坑的区域。

③路径尽量选择在开采后3年以上的矿区，使塔位位于趋于稳定的采空区。

④有条件时，线路路径尽量沿主巷道，或留有煤柱的建筑物（构筑物）附近通过。

⑤塔位尽可能避开采空区的不均匀变形的边缘地带，尽量将塔位放置在沉降盆地中间地带的均匀下沉区。

3.2 杆塔选型

选用自立式铁塔，杜绝采用带拉线铁塔。拉线铁塔占地面积大，地基发生沉降时主柱和拉线容易产生垂直变位，拉线塔主要靠拉线支撑，一旦铁塔柱身基础发生下沉，拉线随即退出工作，极易造成倒塔。自立式铁塔根开小，两腿之间垂直变位相对小，抵御下沉能力较强。

3.3 基础选型

使用配有钢筋的柔性铁塔基础。由于它配有钢筋，柔性较大，抗变形能力强，不易断裂，总体抗地基变形能力强。并且基础自重轻，从而减小对地基的下压力，同时运维单位便于对基础进行调整扶正，减小调整扶正的重量，确保基础自身的强度和完好性。

3.4 基础处理

①当煤矿采区采厚比大于100，采用正规采矿方法，顶板岩层无地质构造破坏，地表移动和变形呈现连续和有规律的状态，一般无明显裂缝，区内地表下沉均匀，在此区域走线立塔可采用加长底脚螺栓的方法处理。基础一旦出现不均匀沉降，可通过加长底脚螺栓垫板进行调整扶正，铁塔基础主柱上的底脚螺栓的外露丝扣长度一般应加长100～200㎜。

②当煤矿采区采厚比小于100，为避免及减少基础间的水平和垂直位移，在基础底面设置一钢筋混凝土大板，混凝土大板上下配筋，以抵抗由于不均匀沉降在大板上产生的弯矩。为方便基础顶推复位，减小摩阻力，在大板与基础之间铺设砂卵石垫层。同时加长底脚螺栓，为出现垂直位移时进行调整。

对于基础根开较大的杆塔，可采用中空式防护大板，以节约钢筋混凝土用量，同时可减少土石方开挖量，降低对环境的破坏。

③对于采空区埋藏深度特别浅（约10～20m），可采用桩基础穿过塌陷层直到矿洞下部完整稳定的基岩上的处理方案。

3.5 地基处理

对采取基础处理措施后仍不能满足稳定性要求的塔位应进行地基处理。地基处理方案主要有以下两种：

①干砌支撑法：适用于顶板尚未塌陷、需回填空间较大、埋深浅、通风良好、具有人工作业条件，且材料运输方便的采动影响区。

②注浆法：对于顶板埋深小或深厚比小于30且沉降已基本稳定的区域，可采用压力注浆进行地基加固，提高地基土的整体性，确保塔位地基不再发生过大变形。

3.6 缓冲沟

缓冲沟能有效吸收地表水平压缩变形，大大减少地表土体对基础埋入部分的压力，也可以减少水平变形对基础底面的影响。

缓冲沟设置的位置应考虑地表压缩变形的方向与输电杆塔主轴的关系。缓冲沟深度一般可取（1.3～1.6）倍基础埋深，沟底宽一般取 0.6～1.2m，缓冲沟的边缘距输电杆塔基础外侧1.5～2.0m。

图1 地表变形缓冲沟

设置缓冲沟时，沟内应填充炉渣等松散材料，沟顶铺设一层厚度不小于300mm的粘土防水层以防沟内积水（见图1）。充填材料应定期检查，发生压实应及时更换。

4 采动影响区内线路的运维

采动影响区发生沉降或塌陷可能导致输电线路倒塔、断线、电气安全距离不足等情况，对线路安全运行影响较大，并且杆塔纠偏工作量大，线路运维单位应未雨绸缪，提前做好采动影响区运检方案和事故应急处理预案。

①运维单位应建立采动影响区输电线路技术档案，并做好采动影响区事故应急处理预案。

②运维单位应与矿产单位建立长效协作机制，实时跟踪采动影响区范围内的矿区开采情况，并根据开采情况实时调整运维方案。

③加强采动影响区铁塔变形监测和运行管理是保证线路安全稳定运行的重要措施。采动影响区内的输电线路宜采取人工定期监测和地面测量+在线监测的运维方案。

5 杆塔纠偏措施

铁塔结构基本为对称弹性钢结构，采用螺栓铰结连接，具有先天抗不均匀沉降的能力，容易修复，而且采动影响区变形都有稳定的过程。根据以往运行经验表明铁塔基础在一定范围内发生沉降时，铁塔可以依靠自身构件内力的重新分配，承担一定的倾斜或变形，而不会对线路造成大的安全隐患。

当杆塔发生倾斜时，运维单位应结合杆塔倾斜量及变化速度等情况，适时设置临时拉线和调整导地线线夹等措施，以缓解杆塔倾斜对输电线路的影响。在基础沉降大致稳定后，对事故杆塔进行整体稳定性评价，确定杆塔纠偏方案，避免在线路发生小的沉降初期就去纠偏而作无用功。

杆塔倾斜不满足安全运行要求时，可采取下列措施对杆塔进行纠偏。

当由于地基下沉引起基础不均匀沉降差在地脚螺栓调节范围内时，可采用加长地脚螺栓调整铁塔倾斜，即在塔脚板下垫钢板，实现杆塔调平。

图2 钢垫板安装示意图

图3 塔脚改造示意图

当基础沉降差超出底脚螺栓调节范围时，为了进一步提高调整范围，可采取更换塔脚板的方法对杆塔进行纠偏。调整更换后的塔脚应在高度上有所提升（如图3所示），提高高度H为不均匀沉降的沉降值。

采用防护大板基础可以增强铁塔4个基础间的刚度，使得基础沉降趋于同步，但并不能完全避免或消除地面沉降对铁塔的影响。地面沉降的不一致，就会造成铁塔基础间的相对位移（水平位移和垂直位移）。对于水平位移一般采用对基础周边挖开后，采用千斤顶回顶使基础复位；对于垂直位移，可采用加长底脚螺栓或者更换塔脚板的措施扶正杆塔。

对于塔位周围由于沉降引起的地面裂缝，虽不会对塔基安全造成直接影响，但雨水顺裂缝下灌可能会造成塔基附近边坡失稳，对于湿陷性黄土塔基可能还会造成基础沉降，故应适时对塔位周围一定范围内的裂缝进行回填夯实。