输电线路涉矿区域杆塔与基础技术方案的选择研究

输电线路涉矿区域杆塔与基础技术方案的选择研究

阮勇

中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司 安徽 合肥 23000

摘要：本文结合线路的实际情况对采动影响区的特点进行分析，提出了针对涉矿区域的杆塔和基础设计方案，地基处理方案，监测与纠偏等应对策略。

关键词：输电线路、涉矿区域、策略

1 前言

输电线路涉矿区域诱发的地质灾害涉及因素较多且复杂，应结合采空区的形成方式、回落冒顶措施、掘进方向、巷道布局、煤层厚度、采厚比值大小、顶板的岩石构造及厚度，以及它们的蚀化发育速率等情况进行综合分析。

2 杆塔设计方案

2.1  塔型选择

（1）自立式铁塔与拉线塔比较

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，而自立式铁塔占地面积小，两腿之间垂直变位相对小，抵御地基不均匀沉降能力较强；且自立式铁塔整体刚度大，一旦发生地基变形不会马上倒塔，且便于杆塔纠偏。

因此，涉矿区推荐采用自立式铁塔，不宜采用拉线塔。

（2）窄基塔。

窄基塔根开减小，能有效减小防护大板宽度，减小基面开方量。

当采厚比在30-100范围内，采用防护大板基础时，如由于山区地形坡度导致开方量较大，推荐采用窄基塔。

（3）单极塔。

单极塔实质上是将直流线路的同塔双极架设，拆分为两个单极独立运行，以减小单基塔的基础根开和基础作用力，尤其是荷载较大的耐张塔，推荐采用单极塔。

（4）分体塔

采空区荷载较大的耐张塔也可采用分体塔，塔位的场地要求为横线路的长方型地形，比较适合场地开阔的平地；对于山区线路，塔位位置往往容易受限制。

2.2  杆塔设计

杆塔设计除应按照一般工程杆塔设计原则外，还应满足以下条件：

（1）杆塔宜采用螺栓连接的钢结构。

（2）杆塔设计时应考虑杆塔运行后倾斜所用临时拉线荷载作用，预留安装临时拉线的连接设施。

（3）当需要配合防护大板使用时，铁塔应采用平腿设计。

（4）当不采用防护大板基础时，杆塔设计应验算倾斜变形的影响。

（5）铁塔宜使用根开小的自立式杆塔，降低对不均匀沉降的敏感性。

（6）采用对地基不均匀沉降不敏感的塔身布材形式。

（7）针对性地加强杆塔对地基不均匀沉降敏感的易损杆件。 

 3  基础设计方案

3.1 基础选型原则

根据采空区特点及以往线路设计经验，基础的选型应满足下列规定：

①宜采用独立的直柱式钢筋混凝土板式基础；

②不应采用斜插式基础；

③不宜采用原状土基础；

3.2  中空防护大板与联合基础的比较

当采空区板式基础需要采用防护大板时，一般有以下两种方案选择：

（1）中空防护大板基础（简称中空大板基础）

中空防护大板基础尤其适用于涉矿区域根开大的特高压输电铁塔。这种基础型式目前已经成功运用于特高压输电线路中，具有一定的设计、施工和运行经验，

（2）联合基础

为保证基础根开不发生变化，可采用联合基础。

3.3  地基处理方案

中国电力工程顾问集团公司企标《采动影响区输电线路勘测设计技术导则》（Q/DG 1-A018—2013）规定，依据工程重要性及稳定性评价结论，对采取基础处理措施后仍不满足稳定要求的塔位进行地基处理。一般有以下五种方案选择：

（1） 注浆充填法

输电线路采空区一般采用注浆法进行治理。结合工程实际情况，主要采取以下措施进行地基处理：

（1）浅层高压喷射注浆

（2）采空区压力灌浆及覆岩离层注浆

（2）  非注浆充填法

对于采空区的地基处理方法，除了注浆充填法，还可采用非注浆充填法。

①干砌石方法。

②浆砌石方法，适用条件与干砌石相同。

③井下回填方法：适用于煤矿井下采动影响区内尚未塌陷且经简单清理后施工人员能进入的巷道进行治理，可用回填石料或矸石。

④开挖回填法，适用于采空区埋深小于6米，上覆顶板完整性差，岩土强度低，易开挖的采空区，。

⑤钻孔干、湿料充填法，为节约注浆材料，对于有明显掉钻的注浆孔或帷幕孔通过孔口将石屑、矿渣、砂等骨料投入钻孔内。

3.4  设置缓冲沟

上述方法均可配合设置缓冲沟。在采动影响区基础周边设置缓冲沟也可以有效防止地面变形影响。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。

4  监测与纠偏

4.1  杆塔在线监测

采空区的各种变形和破坏是一个逐渐发展的过程，因此工程建设及运行过程中的监测非常重要，加大监测力度可及时发现工程中出现的问题，并及时采取有效措施加以解决。

勘测设计文件中，应对预测因采空地面变形、稳定性可能受到较严重影响的铁塔要重点说明。运行单位须加强巡查，与开采单位建立联动沟通机制，及时了解开采和变形情况。

必要时，对可能遭受严重影响的塔位设置观测站或安装在线监测系统，主要监测铁塔倾斜。

结合采空区特点及多年设计、运行经验，杆塔倾斜监测装置安装原则及范围如下：

（1）尚未稳定的采空区，建议根据采厚比及运行经验安装杆塔倾斜在线监测装置；

（2）规划开采区应密切跟踪开采动态，依据开采情况，适时安装杆塔倾斜在线监测装置；

（3）位于采空区重要交叉跨越杆塔建议安装在线监测装置；

（4）位于采空区，运行人员不易到达、地形破碎的杆塔建议安装在线监测装置；

（5）杆塔倾斜在线监测装置应安装在不易触碰、不易受外力破坏的位置；通常情况下在一个监测点杆塔上安装2台杆塔倾斜监测装置，分别位于杆塔高度2/3处和杆塔顶端。

（6）杆塔倾斜在线监测装置应采用固定安装方式，并采取防卸和防松措施；

（7）必要时采空区塔位宜设置沉降观测点，便于运行期间的杆塔沉降观测。

（8）采空区变形趋于稳定后，可依据运行方意见，在线监测装置可拆除并重复利用于其他杆塔。

4.2  杆塔纠偏

（1）杆塔倾斜后应设置四个方向的临时拉线，以限制杆塔出现过大的倾斜。

（2）悬垂型杆塔出现倾斜时，应首先释放地线线夹，避免地线拉断及横担破坏。

（3）检查杆塔主、斜材的变形情况，以判断杆塔的整体稳定。

（4）位于采动影响区的铁塔若发生沉降、倾斜、不均匀沉降等现象时，杆塔倾斜不满足安全运行要求时，应对杆塔进行纠偏。

（5）根据以往工程的经验，本工程位于采动影响区的铁塔均采用地脚螺栓连接方式。为方便铁塔纠偏，塔脚板的地脚螺栓孔应按照地脚螺栓直径的1.5倍设计。

（6）为了抵抗由于地基沉降和基础位移给铁塔带来的附加内力，地脚螺栓的强度要留有一定储备，建议地脚螺栓提高一个规格使用。

位于采动影响区的铁塔若发生倾斜、不均匀沉降等现象时，可以调整铁塔与基础之间的连接部位，使铁塔在一定范围内扶正和复位。具体措施如下：

①  增加地脚螺栓外露长度＋钢垫板。

②  套接型可调式地脚螺栓

③  加高塔脚板

④  可调式过渡结构

5 结语

综上所述，本文结合线路的实际情况对采动影响区的特点进行分析，提出了针对涉矿区域的杆塔和基础设计方案，地基处理方案，监测与纠偏等应对策略。