某输电线路危险塔位稳定性分析

陈 震 陈劲蕾 柴 燕

(江汉大学，湖北 武汉 430056)

1 概述

矿产资源开发及其他人类工程活动会产生泥石流、地面塌陷、地裂缝、滑坡和崩塌等地质灾害。针对某地区220 kV及以上输电线路部分危险杆塔地段进行地质灾害危险性情况调查，通过计算对危险杆塔段进行稳定性分析及评价是输电线路选线和杆塔定位的必备环节。本文根据计算结果、结合实际情况，依据相关规范提出了合理的处理措施和方案。

2 危险性的杆塔段概况

2.1 气象水文条件

该地区内年平均降水量为1 382.9 mm，最高气温30 ℃，最低气温-5 ℃，冰冻期为每年12月、元月，年平均蒸发量为1 083.6 mm。调查区有一河流，其最大流量68.1 m3/s，最小流量1.119 m3/s，河水主要受大气降水控制。

2.2 工程地质条件

区内线路属于越岭电力线路，杆段塔基所处地貌以低中山、高中山剥蚀地貌为主，呈山间沟谷地形。植被以杂树林、灌木丛为主，在缓坡和地势低洼地带有部分耕地。该区岩性主要为二叠系上统龙潭煤组(P3l)、三叠系飞仙关组(T1f)泥质粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩，属中硬覆岩类型。

该杆塔位于接近坡顶的山坡上，坡向180°、坡度25°，附近为单斜构造，产状190∠66°，西侧250 m左右发育逆断层，走向S37～40°W，倾向SE，倾角54°～46°，水平断距20 m～90 m，垂直断距20 m～60 m。

2.3 人类活动对地质环境的影响

区内存在大量煤层，人类工程活动主要为煤矿开采和与之配套的道路修建。由于开采历史较久，地面线路塔基受老硐、小煤窑的分布不均衡的影响。

矿区煤层露头及煤层浅部地带小煤窑开采历史悠久，开采深度一般为30 m～60 m，已造成片段的采空区。煤层倾角43°～50°，平均倾角为47°，属陡倾斜煤层。松散层厚度为0 m～20 m，平均厚度为10 m，为弱含水层。

采空区影响范围及高程情况见图1。

3 危险性杆塔段稳定性分析

3.1 杆塔稳定性分析依据

3.1.1煤矿安全开采深度

根据文献[1]，煤矿安全开采深度按式(1)计算[1,2]：

Hδ=Mn·K

(1)

式中：Hδ——安全开采深度，m；

Mn——煤层采高或综合作用厚度,m；

K——安全系数。

220 kV输电线路地面设施保护级别为Ⅱ级，地面设施的安全系数取K=150。

3.1.2地表移动及变形预计

依据文献[2]，概率积分法与经验公式法在预测杆塔所处位置地表水平移动量及下沉和倾斜变形量中有较好的适用性，相应的计算公式见式(2)～式(5)。

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：W(x)——任意一点的下沉量,m；

U(x)——任意一点的水平位移,m；

ε(x)——任意一点的水平变形，mm/m；

T(x)——任意一点的倾斜，mm/m；

r——主要影响半径,m；

h——土层平均厚度,m；

H——平均开采深度,m；

b——水平移动系数，b=0.3×(1+0.008 6α)；

α——煤层倾角，(°)；

η——下层系数，取0.7。

3.1.3建筑物损坏等级

根据文献[2]，采空区建筑物损坏等级分为轻微损坏、轻度损坏、中度损坏、严重损坏四级[2]，其对应的水平变形和倾斜值见表1。

表1 建筑物损坏等级表

3.2 危险性杆塔段稳定性计算

该杆塔坐落于三叠系飞仙关组地层之上，该地层为含煤地层直接顶板。调查期间未发现崩塌、滑坡、地面沉陷等地质灾害现象。该区域小煤窑开采历史悠久，存在小范围采空区，附近有地表开裂现象，长约1 m～2 m，宽5 cm～15 cm不等，但已被农业耕作覆盖。塔基基座见裂缝两条，宽度约4 cm～5 cm。

在确定地表影响范围时，由于基础脆弱同时考虑到输电线路的重要性，以最大范围进行圈定。通过图解法结合开采影响半径，取其下山边界角β0=44°[2]。

综合作用厚度计算见表2。由式(1)可知，煤矿现状平均开采深度为212 m，未来平均开采深度为234 m，远小于安全开采深度2 505 m，其开采深厚比为86，远小于地面设施保护级别属Ⅱ级时的安全系数K=150。

表2 煤矿煤层开采综合作用厚度计算表

该杆塔位于现有采空区内，用概率积分法[2]计算现状采空条件下杆塔所处位置可能产生的变形结果见表3。

表3 变形计算结果

4 危险杆塔段防治措施建议

该杆塔位于现状采空区影响范围之内，煤矿开采引发和加剧地表开裂、地面沉陷地质灾害的可能性大，现状条件下，塔位稳定性差，随着煤矿的进一步开采，采空区影响范围将进一步加大，加剧地质灾害的可能性大，塔位、杆塔遭受地质灾害的可能性大、危险大、危害性大。鉴于以上杆塔段均处于煤矿未来开采地面下陷影响范围之内，塔基的稳定性没有保障，存在严重的安全隐患，建议将该杆塔改线到距离未来采空影响范围200 m以外的区域。

5 结语

依据调查区地质灾害的调查结果，结合线路路径经过区域的实际情况，该输电线路所遭受的主要地质灾害类型为地表开裂及地面塌陷，及其所引发的崩塌及滑坡等地质灾害，从而可能会导致线路工程局部出现塔基倒塌，线路断电等以至于影响周边地区的电力供应问题。因而，需要对输电线路塔位的稳定性进行分析和评价的基础上提出相应的防治措施。