輸電線路采空區(qū)鐵塔疊加基礎(chǔ)構(gòu)想

任海平，要糧安

（國網(wǎng)山西省電力公司晉中供電公司，山西 晉中 030600）

0 引言

山西省是全國煤炭能源大省，近年來煤礦開采進(jìn)度加快，引起大面積地質(zhì)不均勻沉降的現(xiàn)象很多，使位于煤礦采動影響區(qū)的輸電線路桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性遭到嚴(yán)重破壞，造成輸電運(yùn)行線路倒塔、斷線事故屢見不鮮。如何迅速搶修采動影響區(qū)的故障桿塔，保證安全供電，提高供電可靠性，縮短停電檢修時間，成為當(dāng)今電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)亟需解決的問題。

1 采空區(qū)的形成和發(fā)展

采空區(qū)是由人為挖掘或者天然地質(zhì)運(yùn)動在地表下面產(chǎn)生的“空洞”，采空區(qū)的存在使得礦山的安全生產(chǎn)面臨很大的安全問題，人員與機(jī)械設(shè)備都可能掉入采空區(qū)內(nèi)部受到傷害。出現(xiàn)采掘區(qū)域后，地下巖體結(jié)構(gòu)被破壞，其上覆蓋的巖層將失去支撐，原來的平衡條件被破壞，使得上覆巖層產(chǎn)生移動變形，直到破壞塌落，最后易導(dǎo)致地表各類建筑變形破壞,地表大面積下沉、凹陷；同時，在有用礦物被開采出來后也形成了大范圍的地下空洞區(qū)域，這些區(qū)域就稱為采空區(qū)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式及區(qū)域覆巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對采空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。國內(nèi)外采礦經(jīng)驗(yàn)，采深與采厚比大于40，在地層中沒有較大的斷裂破壞的情況下，煤采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表變形和沉陷在空間和時間上都有明顯的連續(xù)和有一定的展布規(guī)律，常表現(xiàn)為地表移動盆地。在采深與采厚比小于40的情況下，煤層采出一定面積后，會引起巖層移動并波及地表，其地表變形和沉陷在時間和空間上都有明顯的不連續(xù)特征，采空塌陷區(qū)上方的地表帶形成較大的裂縫和塌陷坑[1]。根據(jù)對晉中地區(qū)2條采空區(qū)運(yùn)行線路5個沉降點(diǎn)跟蹤觀察，5 a以后線路采空區(qū)沉降基本穩(wěn)定，期間沉降值在500～1 400 mm左右。

2 采空區(qū)輸電線路易出現(xiàn)的問題

采空區(qū)發(fā)生塌陷，其對地表的影響首先是不均勻沉降，有的地方下沉值大，有的地方下沉值小，位于不均勻沉降區(qū)的桿塔基礎(chǔ)或拉線基礎(chǔ)會隨之出現(xiàn)不均勻沉降，就會發(fā)生桿塔傾斜、斷線、倒桿塔等采空區(qū)塌陷事故。無論是地表移動盆地、裂縫及臺階還是塌陷坑，造成輸電線路最直接的現(xiàn)象就是直線桿塔的絕緣子串和地線懸垂線夾偏移，嚴(yán)重威脅桿塔基礎(chǔ)。采空區(qū)運(yùn)行桿塔可能出現(xiàn)的情況如下。

a）桿塔傾斜和桿塔位移最直接的現(xiàn)象就是直線桿塔的絕緣子串和地線懸垂線夾偏移。

b）采空區(qū)塌陷輸電線路的導(dǎo)地線間距變化尤其是架空地線反映更為明顯。

c）當(dāng)采深采厚比偏小時且煤層厚度較大時，一旦采空區(qū)出現(xiàn)塌陷，對地表塌陷和傾斜的影響非常大，這時桿塔可能出現(xiàn)嚴(yán)重傾斜，如一旦出現(xiàn)導(dǎo)地線斷裂或橫擔(dān)斷裂，桿塔就可能被拉倒。

d）煤層傾角過大極易引發(fā)塌陷坑、臺階裂縫及山體滑坡，如桿塔位置正好處于這些地段，就會發(fā)生倒桿塔事故。

e）山區(qū)下方的采空區(qū)塌陷，無論煤層傾角多大，受地形的影響，都有可能出現(xiàn)山體滑坡，位于滑坡區(qū)的桿塔就可能發(fā)生倒桿塔。

f）堅硬頂板一旦出現(xiàn)塌落，就會形成臺階式裂縫，如果桿塔正好位于臺階附近，就可能發(fā)生倒桿塔事故[2]。

3 采空區(qū)鐵塔疊加基礎(chǔ)

3.1 采空區(qū)運(yùn)行線路異常情況處置經(jīng)驗(yàn)

根據(jù)以往的處理經(jīng)驗(yàn)，對發(fā)生穩(wěn)定性破壞的塔身傾斜桿塔，主要解決的方法及主要程序?yàn)椋尫艑?dǎo)地線應(yīng)力，調(diào)整桿塔拉線或者給桿塔打拉線，挖開基礎(chǔ)進(jìn)行根開調(diào)整，基礎(chǔ)塔腳加墊板。經(jīng)過此流程無法解決桿塔傾斜問題，就必須重新進(jìn)行設(shè)計，重新規(guī)劃路徑，徹底更換鐵塔。這樣就會存在幾個主要問題，其一，停電周期長，一般至少也要數(shù)月，對于主網(wǎng)線路來說可靠性要求無法滿足；其二，路徑不好選，一般情況下，遭到破壞的采動影響區(qū)的桿塔附近地質(zhì)還有繼續(xù)變化的可能，因此原路徑基本不能使用；其三，投資大，一般情況為了避開采動影響區(qū)，線路只好遠(yuǎn)距離繞行，這樣大大增加了線路改造投資的成本；其四，鐵塔占地青苗補(bǔ)償協(xié)商問題等等。

3.2 鐵塔疊加基礎(chǔ)構(gòu)想

以最常見的煤炭采空區(qū)為例，根據(jù)采空區(qū)對地表的影響總結(jié)輸電線路采空區(qū)塌陷事故的4種主要類型：一是桿塔傾斜，二是桿塔位移，三是導(dǎo)地線間距變化，四是倒桿塔。前3種類型的發(fā)生都與桿塔基礎(chǔ)變化有關(guān)，第4種類型原因比較復(fù)雜，本文重點(diǎn)探討前3種類型故障發(fā)生后的處置，針對近桿塔基礎(chǔ)的下沉、根開變化等問題，專門設(shè)計出疊加基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)對于采空區(qū)易發(fā)生的倒桿塔事故類型也可以起到積極的預(yù)防作用。

在此提出的對于采動影響區(qū)鐵塔疊加基礎(chǔ)構(gòu)想，通過重新使鐵塔歸位和重新找平基礎(chǔ)的原理，基本上可以解決采空區(qū)上述3類型可能發(fā)生的問題，使停電搶修周期大大縮短（一般2～7 d可以解決），避免了更換鐵塔，從而使大修改造費(fèi)用大幅度降低，也避開了征地青苗補(bǔ)償帶來的與村民之間的矛盾。

3.3 疊加基礎(chǔ)的原理

所謂的疊加基礎(chǔ)是在采空區(qū)已經(jīng)發(fā)生沉降的基礎(chǔ)上，通過連接并延長基礎(chǔ)螺栓，加固基礎(chǔ)立柱，專門設(shè)計的用于連接并延伸基礎(chǔ)的副基礎(chǔ)。通過加裝副基礎(chǔ)，達(dá)到調(diào)整桿塔4個塔腿平整，根除鐵塔傾斜風(fēng)險的目的。

3.4 疊加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式及應(yīng)用

3.4.1 疊加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式

單體疊加基礎(chǔ)：按沉降產(chǎn)生的基礎(chǔ)高差進(jìn)行加工定做。根據(jù)采空區(qū)桿塔沉降分別測量4個塔腿需抬升高度，定制專用墊板及疊加基礎(chǔ)（即副基礎(chǔ)）骨架，達(dá)到加長地腳螺栓的目的，然后制模填充混凝土料，養(yǎng)護(hù)即可。

組合疊加基礎(chǔ)：可以將單體的疊加基礎(chǔ)加工成型，用定型的幾個單元根據(jù)現(xiàn)場高差要求進(jìn)行組合，主要便于裝卸運(yùn)輸。

復(fù)合疊加基礎(chǔ)：對于基礎(chǔ)和根開變化較大的基礎(chǔ)，可以采用復(fù)合疊加基礎(chǔ)，即先將基礎(chǔ)進(jìn)行開挖，用千斤頂?shù)裙ぞ呤蛊淦揭茪w位，采用疊加基礎(chǔ)及加裝基礎(chǔ)橫梁進(jìn)行加固。

3.4.2 疊加基礎(chǔ)的技術(shù)要求

a）疊加基礎(chǔ)的加工應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測來確定具體尺寸。如厚度應(yīng)根據(jù)沉降值來計算，大小與原基礎(chǔ)一致。

b）疊加基礎(chǔ)添加的砼骨料采用高于原基礎(chǔ)標(biāo)號一個等級，疊加基礎(chǔ)骨架也高出原基礎(chǔ)鋼材一個等級，因此疊加基礎(chǔ)的強(qiáng)度完全滿足，輸電線路運(yùn)行桿塔要求。

c）疊加基礎(chǔ)的基礎(chǔ)墊板與塔腳板的厚度相同。

3.4.3 疊加基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)

可以作為應(yīng)急搶修的標(biāo)準(zhǔn)方案之一，可以有效降低搶修費(fèi)用（成本低）；停電搶修時間大大縮短（特殊情況還可帶電處理）；強(qiáng)度大、可靠性高；降低苗青賠償占地費(fèi)用；結(jié)構(gòu)簡單（易加工）；一般情況下不需對整基基礎(chǔ)進(jìn)行處理（工作量?。?，只需要對塌陷下沉基礎(chǔ)進(jìn)行處置；運(yùn)輸方便；適用范圍廣（不受地形地貌限制），可以用于35～220 kV線路采空區(qū)鐵塔基礎(chǔ)的調(diào)整。

3.4.4 疊加基礎(chǔ)的缺點(diǎn)

鐵塔基礎(chǔ)根開變化較大的巖石基礎(chǔ)不適用。

4 疊加基礎(chǔ)施工注意事項(xiàng)

4.1 采空區(qū)鐵塔檢測

對巡視人員上報的傾斜鐵塔進(jìn)行全面測量，使用經(jīng)緯儀檢測鐵塔傾斜值，并對發(fā)生傾斜的鐵塔進(jìn)行基礎(chǔ)高差測量、根開測量；由于鐵塔受到不平衡張力，塔身要發(fā)生不同程度的撓曲變形，因此還要對塔身的撓曲情況進(jìn)行測量。

4.2 疊加基礎(chǔ)加工

依據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果選配疊加基礎(chǔ)墊板及骨架。選用的鋼料要與原基礎(chǔ)鋼筋料一致，基礎(chǔ)立柱鋼筋間距要提前測量好。

4.3 原桿塔補(bǔ)強(qiáng)

作業(yè)前，施工人員先要對鐵塔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)和扶正，即對彎曲、變形、拉斷的塔材，進(jìn)行更換或補(bǔ)強(qiáng)，根據(jù)地形在鐵塔基礎(chǔ)對角線方向，依據(jù)作業(yè)類型（帶電或停電確定補(bǔ)強(qiáng)拉線掛點(diǎn)高度）、傾斜情況，打好臨時補(bǔ)強(qiáng)拉線；必要時落下導(dǎo)地線。

4.4 基礎(chǔ)根開調(diào)整

破拆基礎(chǔ)保護(hù)帽，拆除下沉基礎(chǔ)測地腳螺帽，其他螺帽擰松再利用拉線調(diào)正鐵塔，并略向塔身原歪斜的反向傾斜。

基礎(chǔ)根開變化太大時（大于基礎(chǔ)根開的2‰）時，應(yīng)先對下沉的基礎(chǔ)進(jìn)行開挖，使基礎(chǔ)底部露出，利用千斤頂?shù)裙ぞ呤够A(chǔ)回位，到達(dá)設(shè)計值。

4.5 對桿塔做好加固措施后

釋放導(dǎo)地線應(yīng)力，調(diào)正導(dǎo)地線線夾。

4.6 疊加基礎(chǔ)安裝

根據(jù)基礎(chǔ)高差選擇基礎(chǔ)墊板或疊加基礎(chǔ)骨架，安放到原基礎(chǔ)上，在骨架外支護(hù)模板，添加砼骨料(添加早強(qiáng)劑，C25）。

待砼強(qiáng)度達(dá)到70%時，擰緊鐵塔地腳，即可拆除臨時補(bǔ)強(qiáng)拉線。

重新調(diào)整導(dǎo)地線弧垂，檢查交叉跨越。

5 結(jié)束語

采空區(qū)鐵塔疊加基礎(chǔ)的思路只是作為解決桿塔傾斜的方法之一，具體情況要結(jié)合當(dāng)?shù)孛旱V開采情況及線路運(yùn)行狀況等因素進(jìn)行綜合考慮。鐵塔疊加基礎(chǔ)不論是單體疊加基礎(chǔ)、組合疊加基礎(chǔ)還是復(fù)合疊加基礎(chǔ)，都要針對現(xiàn)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對應(yīng)的加工及改造，但不應(yīng)破壞原有基礎(chǔ)的型式，從而采取最適宜的疊加基礎(chǔ)形式。

[1]張戰(zhàn)剛，宋淑光，孫允峰.采空區(qū)塌陷規(guī)律及治理方案[C].//2009年全國礦山測量新技術(shù)學(xué)術(shù)論文集.山東：山東淄博礦業(yè)集團(tuán)岱莊煤礦，2009：132-133.

[2]山西省電力公司.線路運(yùn)行與維護(hù)[M].北京：中國電力出版社，2009：138-141.