采空区架空输电线路防护大板基础造价研究

2021-03-10霍晓波郭跃平

山西建筑 2021年6期

霍晓波任民郭跃平

(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 030000)

1 研究背景

从山西省采空影响区分布来看，其形成主要由煤矿开采造成。煤炭资源的大规模开采，导致采空区塌陷等地质灾害问题日趋严重。近年来，随着坑口电厂的大量建设，线路走廊日趋紧张，造成许多电力送出线路必须经过煤矿采空区。除运城地区未发现采空区对输电线路杆塔造成影响外，其他各地区均有采空区对杆塔造成影响的监测记录，涉及县乡(镇)41个，记录在案的煤矿矿区45个，影响线路条数70余条。采空区基础同普通地段设计差异大，费用水平也存在较大差异，特别是特高压工程基础工程量大，杆塔自重大，引起的费用增加因素增多，费用比重大。目前，对输电线路工程采空区的研究，大多更关注于技术方面，关于工程造价的分析研究较少。

采空区对工程造价的影响较大，必须加强设计阶段技术经济指标控制，合理降低工程造价。由于大板基础的造价往往是和线路本体费用混在一起难以区分，在方案比选阶段和设计文件评审阶段，各单位又对大板基础的造价比较重视。因此，有必要对已投产工程采空区防护大板基础造价开展总结研究。

2 采空区输电线路工程设计技术方案

对于穿越采空区的输电线路，山西地区的理念是不回避未来可能出现的杆塔倾斜，在建设阶段通过一定的技术措施使其具有一定的抵抗变形能力，且能确保杆塔倾斜后可纠偏、可复位，经过简单处理即可继续使用。

现阶段采空区设计的技术方案包括路径尽量避让采空区、基础采用防护大板基础、预留煤柱、对采空影响区进行地基处理等。

2.1 防护大板基础

采空区输电线路防护大板基础设计主要遵循下列原则：

1)采厚比介于30～100之间，不分电压等级、不分开采方式，均采用增加地脚螺栓外露长度+钢筋混凝土板式基础+防护大板措施；

2)对于常规线路(常规线路指除特高压输电线路、跨区输电线路、主干输电线路等以外的输电线路)，采厚比100以上一般不再采用防护大板基础措施；

3)对于重要线路，当开采方式为长壁式，采厚比150以内，均采用防护大板基础措施。

2.2 关于预留煤柱

煤矿开采区内预留保安煤柱需要根据煤层埋深、上覆岩层岩性按一定的扩散角留出，往往还需要留出一定的保护区宽度，需要压覆的煤炭资源量相当大。

以采深采厚比30为例：

煤层埋深180 m，煤层厚6 m，50 m的松散层，移动角45°，130 m的岩石层，移动角75°，一基塔压煤19万t，每吨按6.5元计算，预留煤柱的赔偿费124万元。如果煤层埋深400 m～800 m，煤柱的扩散角按75°计算，煤柱的底宽达到240 m～450 m，煤柱底部将连成一片，煤矿将无法开采。给煤矿开采带来的影响很大，因此一般不推荐留设保安煤柱。保安煤柱范围示意图见图1。

通过上文例子可以看出，预留煤柱的优点是能确保输电线路铁塔不受煤矿采动影响，其缺点是预留煤柱方量巨大，赔偿额通常是建设单位难以承受的，因此在山西地区一般不考虑专门为输电线路预留保安煤柱。

2.3 地基处理原则

对于开采后尚未稳定的采空区，若稳定性评价不能满足工程建设要求，且工程建设时间紧迫，不能等待地表变形稳定时，可考虑采用注浆法、干砌支撑法对已有采空区进行处理。

目前国内外对不稳定的采空区一般采用注浆法，但由于采空塌陷影响因素较多，其不确定性较大，往往不能按预想方案进行填充，其填充效果均不理想。山西省曾在阳淮500 kV线路针对小窑采空区井下进行填充，相对于铁塔基础投资，灌浆充填费用较高。目前山西地区输电线路途经的采空区多为未来采空区，即在线路通过时煤矿尚未开采，地面以下尚未出现采矿空洞，因此在建设阶段难以采用注浆法、干砌支撑法对地基进行处理，且经济费用较大。

3 不同电压等级主力塔型防护大板基础设计

基于以上设计技术方案分析，目前较为经济且切实可行的方案主要为采用防护大板基础。同时总结可知经过采空区的线路电压等级主要集中在±800 kV，500 kV和220 kV，其基础设计需综合考虑杆塔呼称高、塔型、塔重、基础型式，计算确定大板基础尺寸(板厚、板宽)及配筋形式。结合历史数据及现行设计标准，山西地区常见大板基础型式有以下几种。

3.1 ±800 kV防护大板(单回路)

多采用厚度400 mm大板基础。回形大板基础能节约部分土石方量、混凝土量；但需在根开尺寸较大，满足4个基础底板尺寸要求，中间部位达到一定尺寸和混凝土方量时，方有必要，如图2，图3所示为常见±800 kV直线、耐张防护大板示意图。

3.2 500 kV防护大板(单回路)

已有500 kV线路，多采用厚度400 mm大板基础，如图4，图5所示为常见500 kV直线、耐张防护大板示意图。

3.3 220 kV防护大板(单回路)

已有200 kV线路，多采用厚度400 mm大板基础，如图6，图7所示为常见220 kV直线、耐张防护大板示意图。

总结以上各电压等级典型大板基础，其技术指标如表1所示，各电压等级大板厚度多为0.4 m，但由于导线作用力、杆塔类型等因素造成大板尺寸、混凝土量、钢筋量等差异较大。

表1 各电压等级典型大板基础技术指标

4 常见电压等级防护大板基础单基费用测算

4.1 测算依据

为使该测算结果具有一定的代表性，本次不同电压等级防护大板基础费用测算对典型方案的项目划分、定额、取费标准、社保及公积金费率、材料价格、材料运距、地形比例、地质比例等进行了必要的、适当的设定。具体如下：

1)防护大板基础造价按照不同电压等级、直线/耐张塔型逐一单独测算，同时对每个方案都设定单一地形和地质，其中地形分为平地、丘陵、山地，地质分为普通土、松砂石、岩石，由于目前已搜集到的资料中煤矿采空区平地地形条件下岩石地质情况较少故未针对此情况进行测算。

2)严格执行《电网工程建设预算编制与计算标准》(2013年版)，且采用目前最新的《2013年版电力建设工程定额估价表：输电线路工程》进行测算，最终计入投资指标为本体工程费与编制基准期价差之和。

3)目前已搜集到的煤矿采空区防护大板基础设计案例均位于山西省，故取费标准按Ⅲ类地区考虑，现行文件中规定社会保障费为31.1%、住房公积金为10%，具体取费基数及费率见表2。

表2 Ⅲ类地区各电压等级安装工程费取费基数及费率

4)材料运输的平均距离按常规工程考虑，汽车运距统一设定为25 km，人力运距平地地形设定为0.25 km、丘陵地形设定为0.5 km、山地地形设定为0.8 km。

5)定额中未计价材料主要为基础材料，其参照山西省工程建设标准定额站发布的山西工程建设标准定额信息2018年和2019年，经过梳理对比分析得出基础材料价格波动较小，具体选价价格见表3。

表3 定额未计价材料选价一览表

6)人材机调整系数文件参照定额[2019]7号《电力工程造价与定额管理总站关于发布2013版电力建设工程概预算定额2018年度价格水平调整的通知》执行。

4.2 费用测算结果

将各电压等级典型大板基础在不同地形和地质条件下的指标按照以上标准进行造价计算，其测算结果见表4，图8。

表4 不同地质地形条件下常见电压等级大板基础单基费用测算

由表4可知，220 kV单回路直线塔每基投资约6万元～16万元，其中平丘地形条件下多在10万元以下，山地地形条件下均在10万元以上；220 kV单回路耐张塔每基投资约为10万元～20万元，其中平地和丘陵地形、普通土和松砂石地质条件下每基投资约为10万元～14万元，山地地形条件和丘陵地形岩石地质条件下，每基投资为18万元～20万元；500 kV单回路直线塔每基投资约11万元～30万元，其中平地地形条件下，每基投资均在15万以下，丘陵岩石、山地松砂石和山地岩石均超过22万元；500 kV单回路耐张塔每基投资约16万元～45万元，其中平地地形、丘陵普通土、丘陵松砂石、山地普通土每基投资约在26万元以下，丘陵岩石、山地松砂石和山地岩石每基投资在33万元以上；±800 kV单回路直线塔每基投资约32万元～95万元，其中普通土、松砂石地质条件下每基投资均在60万元以下，岩石地质条件下达到80万元～95万元；±800 kV 单回路耐张塔每基投资约40万元～130万元，其中普通土、松砂石地质条件下每基投资均在100万元以下，岩石地质条件下达到110万元～130万元。

由图8分析可知，随着地形变差、地质情况变差，大板造价越来越高。220 kV直线塔和耐张塔、500 kV直线塔大板基础造价随着地形地质的变化幅度较小，多集中在10万元/基～30万元/基。±800 kV塔型大板基础造价变化幅度较大，直线塔大板造价从30万元/基至100万元/基，耐张塔大板造价从40万元/基至130万元/基。

相同地质条件下，丘陵地形造价为平地地形造价的1.1倍～1.3倍，山地地形造价为平地地形造价的1.5倍～1.8倍；相同地形条件下，松砂石地质造价为普通土造价的1.1倍～1.5倍，岩石地质造价为普通土造价的1.7倍～2.2倍。