線路可調(diào)基礎(chǔ)在陽煤海礦線的應(yīng)用研究

摘要：海礦線9#塔出現(xiàn)角鋼斷裂、變形，海礦線8#塔聯(lián)板與角鋼連接處存在錯位，海礦線7#、8#塔周邊出現(xiàn)多處地質(zhì)裂縫的情況，給陽煤供電線路帶來了重大安全隱患。通過對煤礦采空區(qū)地表特性及可能變形的分析，制訂了有效的加固方案，以便徹底消除該重大安全隱患，確保供電線路安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：輸電線路;現(xiàn)狀分析;可調(diào)基礎(chǔ);應(yīng)用;安全供電

0? ? 引言

海礦線作為集團(tuán)公司礦區(qū)重要的110 kV電源進(jìn)線，承擔(dān)著保障陽煤本部各礦區(qū)安全供電的重任，是本部唯一一個110 kV變電站的主電源。主進(jìn)線海礦雙回線路為同塔架設(shè)，其安全運(yùn)行對保障礦區(qū)礦井的安全生產(chǎn)具有重要意義。針對海礦線路部分區(qū)域出現(xiàn)的重大安全隱患，應(yīng)用了輸電線路鐵塔可調(diào)式基礎(chǔ)。該改造具有適用不同地基地質(zhì)變化形式;無需線路停電，不影響線路安全運(yùn)行;無需進(jìn)行線路桿塔遷改;可以進(jìn)行整體連續(xù)調(diào)整;不影響煤礦正常開采，避免了為保證線路安全預(yù)留煤柱造成的煤炭資源浪費(fèi)等眾多優(yōu)點(diǎn)。通過對海礦線路鐵塔進(jìn)行可調(diào)式基礎(chǔ)改造，原有鐵塔基礎(chǔ)得到了加固，減輕了鐵塔及導(dǎo)線受力，避免了因采煤沉陷造成的線路倒塔、斷線、大面積停電等重大安全事故，確保了礦井的安全供電。

1? ? 線路運(yùn)行現(xiàn)狀分析

2018年11月，發(fā)供電分公司供電工區(qū)線路巡檢人員在對海礦線鐵塔進(jìn)行線路巡檢作業(yè)過程中，發(fā)現(xiàn)海礦線9#塔出現(xiàn)角鋼斷裂、變形，海礦線8#塔聯(lián)板與角鋼連接處錯位，海礦線7#、8#塔周邊出現(xiàn)多處地質(zhì)裂縫的重大安全隱患。經(jīng)過現(xiàn)場勘測，海礦線鐵塔存在不同程度的傾斜和沉降情況，對海礦線路的安全運(yùn)行構(gòu)成了極其嚴(yán)重的威脅。

2? ? 煤礦采空區(qū)地表的一般變形特征及本地段的可能變形分析

2.1? ? 采空區(qū)地表的一般變形特征

煤礦采煤區(qū)地表的變形形狀、大小、速度與所采煤層埋深、采煤厚度、上部巖層強(qiáng)度、完整性、開采方式、工藝等密切相關(guān)。所有煤層開采，都要引起采煤區(qū)地表不同程度的塌陷、開裂、錯臺、傾斜、凹凸變形;800～1 000 m深的煤層開采一般引起地表的變形較為緩慢，幅度相對較小;煤層埋深越淺，開采層越厚，則引起地表變形、塌陷幅度相對越大，速率越快;通常情況下，煤層上部巖層強(qiáng)度及完整性對采煤區(qū)地表的變形形狀和幅度也有較大影響，覆蓋的巖層強(qiáng)度越低，則地表變形塌陷越小;反之則越大。在影響采煤區(qū)地表變形的諸多因素中，煤層的開采方式、工藝方法影響最大。采煤工藝大體上分為房柱法、綜合機(jī)械化采煤法（簡稱“綜采”）兩種。綜采由于作業(yè)面大，向前推進(jìn)速度快，采煤區(qū)地表的塌陷隨著作業(yè)面的推進(jìn)逐步發(fā)生，前期塌陷量較大較快，后期變形相對較小而緩慢，當(dāng)完成一大片煤層的開采后，地表即形成一個倒梯形的盆地;房柱法開采煤層時，如果嚴(yán)格按國家規(guī)范的規(guī)定，留夠煤柱的大小和數(shù)量，則不會引起擬采煤區(qū)地表的變形和塌陷，但一般的煤礦開采過程中，為了多出煤，很少按規(guī)范操作，因而總是在煤礦開采中和開采后，引起采煤區(qū)上地表緩慢而不規(guī)則的變形和塌陷。隨著技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的快速發(fā)展，目前，房柱法已基本為綜采所取代。

2.2? ? 本采煤區(qū)地表可能變形分析

根據(jù)采煤區(qū)110 kV海礦7#/8#/9#鐵塔所經(jīng)過煤礦的煤層開采資料分析可知：指定高壓線地段開采的煤層厚度為：第一層3.5～4.0 m、第二層6.0～6.5 m、第三層3.5～4.0 m。煤層分布較為平緩，開采方法為綜合機(jī)械化采煤法。由于該煤礦綜合機(jī)械化采煤技術(shù)水平先進(jìn)合理，作業(yè)面較大，向前推進(jìn)速度快，采煤區(qū)地表的塌陷隨著作業(yè)面的推進(jìn)將逐步發(fā)生，地表塌陷速度較采掘面推進(jìn)稍慢、規(guī)模大，后期地表仍有緩慢塌陷變形，發(fā)展將延續(xù)1.5～2年;采煤區(qū)上部為中等浮土體覆蓋，隨著采煤作業(yè)面的逐步推進(jìn)，采煤區(qū)內(nèi)各處地表局部將出現(xiàn)大規(guī)模的裂縫、傾斜、錯臺、塌陷，采煤區(qū)邊緣則會形成一道比較有規(guī)則的塌陷錯層和地表傾斜帶。

3? ? 鐵塔基礎(chǔ)和塔體改造加固方案

3.1? ? 采煤區(qū)110 kV海礦7#/8#/9#鐵塔加固改造方案

由于采煤區(qū)110 kV海礦7#/8#/9#三基鐵塔地基在采煤中和采煤后均將產(chǎn)生不同形式、大規(guī)模的下沉、開裂、錯臺、凹凸和傾斜等，鐵塔改造加固后應(yīng)能克服或者適應(yīng)這些地基的變形和破壞形式。鐵塔除具有制造運(yùn)輸簡便、省材適用、組裝簡單等優(yōu)勢外，結(jié)構(gòu)上應(yīng)將其作為一種拉壓、零軸力桿件組合的受力結(jié)構(gòu)體系，因此，在進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)與塔體改造加固時，我們應(yīng)解決以下問題：（1）采取合適的結(jié)構(gòu)措施，消除塔材之間的相對變形和由此而產(chǎn)生的桿件內(nèi)部彎矩，盡量使鐵塔成為并保持一種不至于發(fā)生失穩(wěn)破壞的拉壓（純受壓受拉）結(jié)構(gòu);（2）為了消除不可預(yù)測內(nèi)力變化或次生彎矩，提高鐵塔的安全性，應(yīng)適當(dāng)提高塔體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性;（3）在鐵塔成為一個拉壓結(jié)構(gòu)并提高各局部剛度的同時，每個鐵塔體系在外力作用下應(yīng)在整體上保持穩(wěn)定。

為此，我們采用本公司“輸變電構(gòu)架連續(xù)整體可調(diào)基礎(chǔ)”的發(fā)明專利和“一種可調(diào)基礎(chǔ)調(diào)整裝置”實(shí)用新型專利技術(shù)進(jìn)行該鐵塔的改造加固。具體改造加固設(shè)計如下：（1）建立和選擇較為符合實(shí)際的地質(zhì)力學(xué)計算模型，分析或預(yù)測塔基地表的可能變形、錯臺、傾斜和開裂發(fā)展趨勢，特別是大小量級。（2）根據(jù)本工程現(xiàn)場地質(zhì)條件、鐵塔的地基情況，判別是否需要設(shè)置誘導(dǎo)設(shè)施。（3）通過分析，選擇符合規(guī)范要求和實(shí)際情況的荷載組合，進(jìn)行鐵塔和基礎(chǔ)調(diào)整梁/承臺梁等的分析、強(qiáng)度分析和變形分析，確定調(diào)整梁/承臺梁跨度、截面尺寸、配筋、構(gòu)造等;確定以典型的轉(zhuǎn)角、耐張鐵塔作為轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)尺寸設(shè)計的代表性塔，以相鄰檔距最大的直線塔作為直線塔基礎(chǔ)改造尺寸選擇的典型塔。

為了確保施工期的安全，施工前必須在垂直線路走向、鐵塔的適當(dāng)高度處打拉線對鐵塔進(jìn)行橫向保護(hù)，拉線一般設(shè)置為：（1）與導(dǎo)線走向垂直;（2）與水平地面夾角為45°;（3）拉線基礎(chǔ)和連接方式參照線路耐張塔拉線方式;（4）拉線采用？準(zhǔn)18～22普通鋼絞線;（5）拉線上部盡量設(shè)置于鐵塔上方的主材上。

3.2? ? 采煤區(qū)110 kV海礦7#/8#/9#鐵塔實(shí)施方案

在東西、南北兩個方向各采用兩根基礎(chǔ)梁，將4個支墩連接為一個井字架基礎(chǔ);在井字架的4個外端用橫梁連接井字梁;聯(lián)系橫梁的下部設(shè)置封閉長方形承臺梁，具體加固設(shè)計如下：

（1）進(jìn)行4個基墩的測量，檢測各基墩的不均勻沉降和傾斜，分別單個地開挖、調(diào)整不均勻沉降基墩的高度和傾斜，使4個基墩滿足設(shè)計要求;

（2）開挖基礎(chǔ)，采用鋼筋加固（或濕包鋼的鋼板套）和型鋼或鋼筋砼或混合井字折梁系，將原鐵塔4個基墩連為整體基礎(chǔ)，每個基墩在井字梁的交叉點(diǎn)上，梁外端下部預(yù)制一個整體正方形調(diào)整臺，井字梁端頭各安裝一套本公司專利升降設(shè)備和一套鎖定裝置系統(tǒng);

（3）上部鋼塔的4個主角鋼，采用角鋼四邊連接和對角連接加固。

4? ? 可調(diào)基礎(chǔ)的應(yīng)用成效

根據(jù)以往處理辦法及經(jīng)驗(yàn)，對于因采煤區(qū)沉陷嚴(yán)重存在巨大安全隱患的線路桿塔，需要對相關(guān)線路桿塔進(jìn)行整體遷移，遷移至煤田外圍，確保線路的長久安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是受到地形因素及采煤區(qū)域范圍較大等實(shí)際條件限制，往往無法完全避開采煤區(qū)域，即使有適合的路徑選擇也將產(chǎn)生巨額的投資費(fèi)用。若無法避開采煤區(qū)域，需要將鐵塔布置在待采區(qū)，則需在鐵塔位置下方留出足夠的煤柱，確保線路安全運(yùn)行，但這將造成相當(dāng)儲量的煤炭資源浪費(fèi)，產(chǎn)生上億元的經(jīng)濟(jì)損失，經(jīng)濟(jì)性極差。

而可調(diào)基礎(chǔ)的應(yīng)用使線路鐵塔基礎(chǔ)得到了加固，減輕了鐵塔及導(dǎo)線受力變形，線路運(yùn)行正常良好，滿足輸電線路運(yùn)行規(guī)范和要求;避免了因采煤沉陷造成的導(dǎo)線斷線、鐵塔傾倒、大面積停電等重大安全事故發(fā)生，確保了礦區(qū)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行;保證了集團(tuán)本部區(qū)域煤礦開采、居民生活的正常進(jìn)行，對保障集團(tuán)公司各項(xiàng)工作的順利開展具有積極意義。

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：薛明榮（1983—），男，陜西漢中人，電氣工程師，研究方向：電氣。