采動影響區輸電線路設計的探討

閆芳芳

（中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司.山西太原030001）

1 引言

本文針對輸電線路跨度大、塔位分散等特點，結合采動影響區的變形特點以及發展規律，針對不同的工程情況采取合理的處理措施，確保線路的可靠運行，提高工程建設的經濟效益和社會效益。

2 采動影響區的坍塌特點

煤礦采動影響區的沉陷是指煤礦開采后留下大面積采空面及巷道，礦體上覆蓋巖層失去支撐，周圍巖體失去原來的平衡狀態，隨之產生彎曲或斷裂、坍塌，導致地面沉降、塌陷。采動影響區地表變形可分為兩種移動和三種變形。

煤礦開采后6～8個月一般為沉降活躍階段，沉降量在第一年可達到沉降總量的75%，第二年的沉降量為沉降總量的15%，第三年的沉降量為沉降總量的5%。開采后3年時間一般可完成95%的沉降量，對不同的礦區，其上述系數是不同的，即使同一礦區的不同的開采深度，系數也不同。還有其它許多因素都對系數有影響。盡管如此，它仍然給工程實施提供了參考。

3 采動影響區對輸電線路的影響

采動影響區對輸電線路的影響主要有三個方面：一是地表下沉引起的垂直沉降的影響，二是地表水平位移帶來的影響，三是山體滑坡造成地形傾斜帶來的影響。垂直沉降帶來的主要后果是導致線路對交叉跨越的凈空距離不足。水平位移會導致原有線路轉角發生變化和對邊坡或其他設施的距離不足。傾斜對輸電線路的影響嚴重的會導致絕緣子串傾斜、導地線斷股甚至倒塔。

線路通過采動影響區的處理措施及原則

在通過煤礦采動影響區時，根據輸電線路的設計和運行經驗，處理煤礦區采取以下措施：

3.1 線路路徑的選擇

①線路路徑盡量選擇在地勢較為平坦的地段，特別應當避開陡峭的山坡地段。山區走線時，宜選擇在山梁中間及山梁頂處。

②線路路徑盡量避讓采深采厚比小于30的區域，避免塔位落在地表發生劇烈變形或出現陷坑的區域。

③路徑盡量選擇在開采后3年以上的礦區，使塔位位于趨于穩定的采空區。

④有條件時，線路路徑盡量沿主巷道，或留有煤柱的建筑物（構筑物）附近通過。

⑤塔位盡可能避開采空區的不均勻變形的邊緣地帶，盡量將塔位放置在沉降盆地中間地帶的均勻下沉區。

3.2 桿塔選型

選用自立式鐵塔，杜絕采用帶拉線鐵塔。拉線鐵塔占地面積大，地基發生沉降時主柱和拉線容易產生垂直變位，拉線塔主要靠拉線支撐，一旦鐵塔柱身基礎發生下沉，拉線隨即退出工作，極易造成倒塔。自立式鐵塔根開小，兩腿之間垂直變位相對小，抵御下沉能力較強。

3.3 基礎選型

使用配有鋼筋的柔性鐵塔基礎。由于它配有鋼筋，柔性較大，抗變形能力強，不易斷裂，總體抗地基變形能力強。并且基礎自重輕，從而減小對地基的下壓力，同時運維單位便于對基礎進行調整扶正，減小調整扶正的重量，確保基礎自身的強度和完好性。

3.4 基礎處理

①當煤礦采區采厚比大于100，采用正規采礦方法，頂板巖層無地質構造破壞，地表移動和變形呈現連續和有規律的狀態，一般無明顯裂縫，區內地表下沉均勻，在此區域走線立塔可采用加長底腳螺栓的方法處理。基礎一旦出現不均勻沉降，可通過加長底腳螺栓墊板進行調整扶正，鐵塔基礎主柱上的底腳螺栓的外露絲扣長度一般應加長100～200㎜。

②當煤礦采區采厚比小于100，為避免及減少基礎間的水平和垂直位移，在基礎底面設置一鋼筋混凝土大板，混凝土大板上下配筋，以抵抗由于不均勻沉降在大板上產生的彎矩。為方便基礎頂推復位，減小摩阻力，在大板與基礎之間鋪設砂卵石墊層。同時加長底腳螺栓，為出現垂直位移時進行調整。

對于基礎根開較大的桿塔，可采用中空式防護大板，以節約鋼筋混凝土用量，同時可減少土石方開挖量，降低對環境的破壞。

③對于采空區埋藏深度特別淺（約10～20m），可采用樁基礎穿過塌陷層直到礦洞下部完整穩定的基巖上的處理方案。

3.5 地基處理

對采取基礎處理措施后仍不能滿足穩定性要求的塔位應進行地基處理。地基處理方案主要有以下兩種：

①干砌支撐法：適用于頂板尚未塌陷、需回填空間較大、埋深淺、通風良好、具有人工作業條件，且材料運輸方便的采動影響區。

②注漿法：對于頂板埋深小或深厚比小于30且沉降已基本穩定的區域，可采用壓力注漿進行地基加固，提高地基土的整體性，確保塔位地基不再發生過大變形。

3.6 緩沖溝

緩沖溝能有效吸收地表水平壓縮變形，大大減少地表土體對基礎埋入部分的壓力，也可以減少水平變形對基礎底面的影響。

緩沖溝設置的位置應考慮地表壓縮變形的方向與輸電桿塔主軸的關系。緩沖溝深度一般可取（1.3～1.6）倍基礎埋深，溝底寬一般取 0.6～1.2m，緩沖溝的邊緣距輸電桿塔基礎外側1.5～2.0m。

圖1 地表變形緩沖溝

設置緩沖溝時，溝內應填充爐渣等松散材料，溝頂鋪設一層厚度不小于300mm的粘土防水層以防溝內積水（見圖1）。充填材料應定期檢查，發生壓實應及時更換。

4 采動影響區內線路的運維

采動影響區發生沉降或塌陷可能導致輸電線路倒塔、斷線、電氣安全距離不足等情況，對線路安全運行影響較大，并且桿塔糾偏工作量大，線路運維單位應未雨綢繆，提前做好采動影響區運檢方案和事故應急處理預案。

①運維單位應建立采動影響區輸電線路技術檔案，并做好采動影響區事故應急處理預案。

②運維單位應與礦產單位建立長效協作機制，實時跟蹤采動影響區范圍內的礦區開采情況，并根據開采情況實時調整運維方案。

③加強采動影響區鐵塔變形監測和運行管理是保證線路安全穩定運行的重要措施。采動影響區內的輸電線路宜采取人工定期監測和地面測量+在線監測的運維方案。

5 桿塔糾偏措施

鐵塔結構基本為對稱彈性鋼結構，采用螺栓鉸結連接，具有先天抗不均勻沉降的能力，容易修復，而且采動影響區變形都有穩定的過程。根據以往運行經驗表明鐵塔基礎在一定范圍內發生沉降時，鐵塔可以依靠自身構件內力的重新分配，承擔一定的傾斜或變形，而不會對線路造成大的安全隱患。

當桿塔發生傾斜時，運維單位應結合桿塔傾斜量及變化速度等情況，適時設置臨時拉線和調整導地線線夾等措施，以緩解桿塔傾斜對輸電線路的影響。在基礎沉降大致穩定后，對事故桿塔進行整體穩定性評價，確定桿塔糾偏方案，避免在線路發生小的沉降初期就去糾偏而作無用功。

桿塔傾斜不滿足安全運行要求時，可采取下列措施對桿塔進行糾偏。

當由于地基下沉引起基礎不均勻沉降差在地腳螺栓調節范圍內時，可采用加長地腳螺栓調整鐵塔傾斜，即在塔腳板下墊鋼板，實現桿塔調平。

圖2 鋼墊板安裝示意圖

圖3 塔腳改造示意圖

當基礎沉降差超出底腳螺栓調節范圍時，為了進一步提高調整范圍，可采取更換塔腳板的方法對桿塔進行糾偏。調整更換后的塔腳應在高度上有所提升（如圖3所示），提高高度H為不均勻沉降的沉降值。

采用防護大板基礎可以增強鐵塔4個基礎間的剛度，使得基礎沉降趨于同步，但并不能完全避免或消除地面沉降對鐵塔的影響。地面沉降的不一致，就會造成鐵塔基礎間的相對位移（水平位移和垂直位移）。對于水平位移一般采用對基礎周邊挖開后，采用千斤頂回頂使基礎復位；對于垂直位移，可采用加長底腳螺栓或者更換塔腳板的措施扶正桿塔。

對于塔位周圍由于沉降引起的地面裂縫，雖不會對塔基安全造成直接影響，但雨水順裂縫下灌可能會造成塔基附近邊坡失穩，對于濕陷性黃土塔基可能還會造成基礎沉降，故應適時對塔位周圍一定范圍內的裂縫進行回填夯實。

6 結束語

輸電線路經過采動影響區，詳細的地質調查和收資、掌握煤礦區地質構造、采空現狀、塌陷規律是關鍵。根據已運行線路的設計和運行經驗，上述原則和措施針對性強，實踐證明切實有效，經濟效益明顯。