線路可調基礎在陽煤海礦線的應用研究

摘要：海礦線9#塔出現角鋼斷裂、變形，海礦線8#塔聯板與角鋼連接處存在錯位，海礦線7#、8#塔周邊出現多處地質裂縫的情況，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行。

關鍵詞：輸電線路;現狀分析;可調基礎;應用;安全供電

0? ? 引言

海礦線作為集團公司礦區(qū)重要的110 kV電源進線，承擔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。主進線海礦雙回線路為同塔架設，其安全運行對保障礦區(qū)礦井的安全生產具有重要意義。針對海礦線路部分區(qū)域出現的重大安全隱患，應用了輸電線路鐵塔可調式基礎。該改造具有適用不同地基地質變化形式;無需線路停電，不影響線路安全運行;無需進行線路桿塔遷改;可以進行整體連續(xù)調整;不影響煤礦正常開采，避免了為保證線路安全預留煤柱造成的煤炭資源浪費等眾多優(yōu)點。通過對海礦線路鐵塔進行可調式基礎改造，原有鐵塔基礎得到了加固，減輕了鐵塔及導線受力，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? ? 線路運行現狀分析

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行線路巡檢作業(yè)過程中，發(fā)現海礦線9#塔出現角鋼斷裂、變形，海礦線8#塔聯板與角鋼連接處錯位，海礦線7#、8#塔周邊出現多處地質裂縫的重大安全隱患。經過現場勘測，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行構成了極其嚴重的威脅。

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、上部巖層強度、完整性、開采方式、工藝等密切相關。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、綜合機械化采煤法（簡稱“綜采”）兩種。綜采由于作業(yè)面大，向前推進速度快，采煤區(qū)地表的塌陷隨著作業(yè)面的推進逐步發(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，如果嚴格按國家規(guī)范的規(guī)定，留夠煤柱的大小和數量，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。隨著技術的進步和生產力的快速發(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

根據采煤區(qū)110 kV海礦7#/8#/9#鐵塔所經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，開采方法為綜合機械化采煤法。由于該煤礦綜合機械化采煤技術水平先進合理，作業(yè)面較大，向前推進速度快，采煤區(qū)地表的塌陷隨著作業(yè)面的推進將逐步發(fā)生，地表塌陷速度較采掘面推進稍慢、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，采煤區(qū)內各處地表局部將出現大規(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，鐵塔改造加固后應能克服或者適應這些地基的變形和破壞形式。鐵塔除具有制造運輸簡便、省材適用、組裝簡單等優(yōu)勢外，結構上應將其作為一種拉壓、零軸力桿件組合的受力結構體系，因此，在進行鐵塔基礎與塔體改造加固時，我們應解決以下問題：（1）采取合適的結構措施，消除塔材之間的相對變形和由此而產生的桿件內部彎矩，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）結構;（2）為了消除不可預測內力變化或次生彎矩，提高鐵塔的安全性，應適當提高塔體的強度和穩(wěn)定性;（3）在鐵塔成為一個拉壓結構并提高各局部剛度的同時，每個鐵塔體系在外力作用下應在整體上保持穩(wěn)定。

為此，我們采用本公司“輸變電構架連續(xù)整體可調基礎”的發(fā)明專利和“一種可調基礎調整裝置”實用新型專利技術進行該鐵塔的改造加固。具體改造加固設計如下：（1）建立和選擇較為符合實際的地質力學計算模型，分析或預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）根據本工程現場地質條件、鐵塔的地基情況，判別是否需要設置誘導設施。（3）通過分析，選擇符合規(guī)范要求和實際情況的荷載組合，進行鐵塔和基礎調整梁/承臺梁等的分析、強度分析和變形分析，確定調整梁/承臺梁跨度、截面尺寸、配筋、構造等;確定以典型的轉角、耐張鐵塔作為轉角塔基礎尺寸設計的代表性塔，以相鄰檔距最大的直線塔作為直線塔基礎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、鐵塔的適當高度處打拉線對鐵塔進行橫向保護，拉線一般設置為：（1）與導線走向垂直;（2）與水平地面夾角為45°;（3）拉線基礎和連接方式參照線路耐張塔拉線方式;（4）拉線采用？準18～22普通鋼絞線;（5）拉線上部盡量設置于鐵塔上方的主材上。

3.2? ? 采煤區(qū)110 kV海礦7#/8#/9#鐵塔實施方案

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

（1）進行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、調整不均勻沉降基墩的高度和傾斜，使4個基墩滿足設計要求;

（2）開挖基礎，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，每個基墩在井字梁的交叉點上，梁外端下部預制一個整體正方形調整臺，井字梁端頭各安裝一套本公司專利升降設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? ? 可調基礎的應用成效

根據以往處理辦法及經驗，對于因采煤區(qū)沉陷嚴重存在巨大安全隱患的線路桿塔，需要對相關線路桿塔進行整體遷移，遷移至煤田外圍，確保線路的長久安全穩(wěn)定運行。但是受到地形因素及采煤區(qū)域范圍較大等實際條件限制，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生巨額的投資費用。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，確保線路安全運行，但這將造成相當儲量的煤炭資源浪費，產生上億元的經濟損失，經濟性極差。

而可調基礎的應用使線路鐵塔基礎得到了加固，減輕了鐵塔及導線受力變形，線路運行正常良好，滿足輸電線路運行規(guī)范和要求;避免了因采煤沉陷造成的導線斷線、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)電網的安全可靠運行;保證了集團本部區(qū)域煤礦開采、居民生活的正常進行，對保障集團公司各項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。