特殊地質(zhì)區(qū)輸電線路鐵塔傾斜原因分析及處理措施

康淑豐

(河北省電力公司超高壓輸變電分公司，石家莊 050070)

鐵塔基礎(chǔ)的牢固、穩(wěn)定是輸電線路安全運(yùn)行的基本保障。河北邯鄲武安地區(qū)由于其特殊的礦產(chǎn)資源和地質(zhì)環(huán)境，使得該區(qū)域多條輸電線路地處地下壓礦區(qū)，嚴(yán)重地段出現(xiàn)地面開裂、線路基礎(chǔ)位移、鐵塔傾斜等情況。為有效防范該類設(shè)備隱患，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在對發(fā)生上述情況的輸電線路進(jìn)行專題調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行詳細(xì)分析，為處在相似地質(zhì)條件下的運(yùn)行線路提供參考。

1 輸電鐵塔傾斜情況

2009年2月，某500 kV輸電線路出現(xiàn)1基鐵塔傾斜500 mm(規(guī)程規(guī)定應(yīng)小于416 mm)，基礎(chǔ)左側(cè)橫向位移110 mm(規(guī)程規(guī)定應(yīng)小于50 mm)，塔基周圍地面出現(xiàn)不同寬度的裂縫，局部地質(zhì)出現(xiàn)塌陷情況(見圖1、2)。

圖1 基礎(chǔ)周邊地質(zhì)裂縫情況

圖2 局部地質(zhì)塌陷情況

經(jīng)對該區(qū)域線路檢查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域相鄰的另1條500 kV線路的3基鐵塔同樣出現(xiàn)地線線夾偏斜超差現(xiàn)象。通過測量排查，該區(qū)域還有6基鐵塔出現(xiàn)傾斜，但均在運(yùn)行規(guī)程允許范圍，詳細(xì)情況見表1。

上述2條線路均處于河北邯鄲武安地區(qū)，屬丘陵地形,此區(qū)段鐵塔均為自立式鐵塔，基礎(chǔ)型式為柔性基礎(chǔ)加基底防護(hù)大板。以上區(qū)段在設(shè)計(jì)時已判定為鐵礦區(qū)和煤礦采空區(qū)，并按采煤沉降區(qū)考慮，采取了基礎(chǔ)防沉降設(shè)計(jì)。該次基面塌陷造成鐵塔傾斜的區(qū)段經(jīng)測量均位于煤礦采空區(qū)上方。線路自2006年投運(yùn)至2008年底，在巡視中未發(fā)現(xiàn)地表有下陷跡象，鐵塔傾斜抽測中未發(fā)現(xiàn)傾斜情況。

表1 線路鐵塔傾斜情況統(tǒng)計(jì)

注：1.鐵塔傾斜度最大允許值為0.5%(適用于50 m及以上高度鐵塔)、1.0%(適用于50 m以下高度)；2.絕緣子串順線路偏斜角(除設(shè)計(jì)要求)不大于7.5°，最大偏移值不大于300 mm。

2 原因分析

2.1 地層情況

通過走訪當(dāng)?shù)氐V物部門及GPS定位對線路下方采煤區(qū)分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)傾斜的鐵塔均位于煤礦上方。根據(jù)調(diào)查，塔位處地層情況大致為：0～12 m主要由粉土、粉質(zhì)粘土組成，12～90 m卵礫石層，90～320 m粉細(xì)砂巖、粗砂巖 、泥巖砂巖，下伏可采煤層。

區(qū)域可采煤層為二疊系山西組2號煤層，煤層平均厚度約4.5 m。頂板埋深一般260～320 m，煤層走向北東，傾向南東，傾角10°～15°。

塔位處煤層上覆第四系、第三系松散堆積層厚度大，頂板巖層抗壓、抗剪強(qiáng)度較低，較易形成塌陷。

2.2 煤層開采及地面變形情況

塔位處所屬煤礦為云駕嶺礦業(yè)股份有限公司，1992年12月正式投入生產(chǎn)至缺陷發(fā)生時，煤礦已形成年產(chǎn)140萬t的生產(chǎn)能力。

煤礦目前主要開采二疊系山西組2號煤。采用正規(guī)全斷面垮落法生產(chǎn)，采厚平均在4.5 m左右，埋深一般260～320 m。采深采厚比58～71，在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。采煤工作面一般寬180 m，長1 500 m。

線路在施工圖定位時，線路Ⅰ線N234-N235塔位之間已經(jīng)成為采空區(qū)，采空區(qū)形成大約有14個月時間，并形成長、寬各200 m的塌陷區(qū)，塌陷區(qū)邊界有裂隙，一般長度200 m，張開寬度2～5 cm，傾角一般在70°～75°。而線路Ⅰ線N236塔位下煤層在施工圖定位時尚未開采，根據(jù)當(dāng)時的煤礦開采進(jìn)度和計(jì)劃，預(yù)計(jì)2～3年內(nèi)會進(jìn)行開采。

該次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，線路Ⅰ線N236塔位附近地形較為平緩，屬丘陵地貌，地面坡度一般較緩，坡角10°左右。塔位附近發(fā)現(xiàn)有多處地面開裂，裂縫張開寬度8～10 cm左右，附近地面未發(fā)現(xiàn)塌陷坑、陡坎等劇烈變形。

2.3 地質(zhì)情況

采空區(qū)形成后，位于采煤工作面正上方以及周圍一定區(qū)域內(nèi)的地面會同時發(fā)生3種變形，即垂直向下的沉降、朝著采空區(qū)方向的水平位移、傾向采空區(qū)方向的傾斜變形。垂直沉降和水平位移對于塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響相對較小，而傾斜變形則影響相對較大。

根據(jù)煤行管字〔2000〕第81號《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，由煤礦采空引起的地面最大傾斜值按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：M為采厚；H為采深；H/M取值58；α為煤層傾角，取13°；q為下沉系數(shù)，根據(jù)類似地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，取值0.76； 為主要影響角正切，根據(jù)類似地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，取值2.60。

根據(jù)式(1)計(jì)算，最大傾斜值約為0.033，即33‰。預(yù)測塔位處可達(dá)到最大的傾斜為33‰。塔位處目前B、D腿基礎(chǔ)高差約80 mm，基礎(chǔ)根開8 m左右，目前傾斜值約為10‰。

塔位附近煤礦為正規(guī)開采，采用全斷面垮落法生產(chǎn)，引起的地面變形是緩慢、均勻的，不會發(fā)生突然、劇烈的變形。

從調(diào)查結(jié)果分析，塔基下地層土質(zhì)較均勻，且塔基采用大板基礎(chǔ)加長地腳螺栓防沉設(shè)計(jì)，地基土的本身產(chǎn)生不均勻沉降的可能性小。可以斷定，線路Ⅰ線N236基礎(chǔ)的位移是由采空塌陷引發(fā)地基土發(fā)生整體傾斜變形進(jìn)而造成基礎(chǔ)發(fā)生整體位移，導(dǎo)致鐵塔出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。

3 處理措施

3.1 加設(shè)圈梁

在線路Ⅰ線N236號、線路Ⅱ線N214號塔的基礎(chǔ)主柱加設(shè)圈梁,防止鐵塔基礎(chǔ)在大板傾斜狀態(tài)下發(fā)生相對位移,以保障鐵塔根開不發(fā)生變化,確保上部結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行。

3.2 塔腳板下加墊鐵

松開線路Ⅰ線N236號(運(yùn)行號)塔腳螺栓，左側(cè)塔腳板墊增加40 mm厚的墊鐵，右側(cè)塔腳板靠左邊相應(yīng)墊增加3 mm～4 mm厚的墊鐵，塔腳板下無墊鐵部分使用M25水泥沙漿填實(shí)，將鐵塔調(diào)正至正常狀態(tài)。

3.3 調(diào)整導(dǎo)地線串偏移的金具

待基礎(chǔ)調(diào)整后，若導(dǎo)地線絕緣子串偏移仍超出正常范圍，可將相應(yīng)的導(dǎo)地線線夾打開，重新調(diào)整為垂直地面狀態(tài)。鐵塔不作偏移調(diào)整的塔號，導(dǎo)地線絕緣子串偏移超出正常范圍，可直接將相應(yīng)的導(dǎo)地線線夾打開，重新調(diào)整為垂直地面狀態(tài)。

3.4 加強(qiáng)觀測

據(jù)地質(zhì)分析預(yù)測塔位處可達(dá)到最大的傾斜為33‰，地面變形將緩慢、均勻的發(fā)生。因此，在采取上述處理措施后，仍需加強(qiáng)觀測，可考慮在該區(qū)段輸電線路上裝設(shè)桿塔傾斜在線監(jiān)測裝置，實(shí)時監(jiān)測鐵塔傾斜情況；同時結(jié)合人工定期測試，對該區(qū)段鐵塔傾斜情況進(jìn)行周期監(jiān)測。適時調(diào)整并采取相應(yīng)的措施，以確保線路長期運(yùn)行的安全。

4 結(jié)束語

該缺陷暴露出采空區(qū)輸電線路可能出現(xiàn)的鐵塔傾斜、基礎(chǔ)位移等情況，線路運(yùn)維單位應(yīng)從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，加強(qiáng)特殊地質(zhì)區(qū)域輸電線路的運(yùn)行監(jiān)測和維護(hù)，采用先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測等技術(shù)手段掌握線路運(yùn)行狀態(tài)，做好地質(zhì)調(diào)查及分析，落實(shí)相應(yīng)預(yù)防控制措施，確保輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本文責(zé)任編輯：王麗斌