输电线路采空区铁塔叠加基础构想

任海平，要粮安

（国网山西省电力公司晋中供电公司，山西 晋中 030600）

0 引言

山西省是全国煤炭能源大省，近年来煤矿开采进度加快，引起大面积地质不均匀沉降的现象很多，使位于煤矿采动影响区的输电线路杆塔基础稳定性遭到严重破坏，造成输电运行线路倒塔、断线事故屡见不鲜。如何迅速抢修采动影响区的故障杆塔，保证安全供电，提高供电可靠性，缩短停电检修时间，成为当今电网运行维护亟需解决的问题。

1 采空区的形成和发展

采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。出现采掘区域后，地下岩体结构被破坏，其上覆盖的岩层将失去支撑，原来的平衡条件被破坏，使得上覆岩层产生移动变形，直到破坏塌落，最后易导致地表各类建筑变形破坏,地表大面积下沉、凹陷；同时，在有用矿物被开采出来后也形成了大范围的地下空洞区域，这些区域就称为采空区。

根据经验公式及区域覆岩结构特点对采空区的稳定性进行评价。国内外采矿经验，采深与采厚比大于40，在地层中没有较大的断裂破坏的情况下，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表变形和沉陷在空间和时间上都有明显的连续和有一定的展布规律，常表现为地表移动盆地。在采深与采厚比小于40的情况下，煤层采出一定面积后，会引起岩层移动并波及地表，其地表变形和沉陷在时间和空间上都有明显的不连续特征，采空塌陷区上方的地表带形成较大的裂缝和塌陷坑[1]。根据对晋中地区2条采空区运行线路5个沉降点跟踪观察，5 a以后线路采空区沉降基本稳定，期间沉降值在500～1 400 mm左右。

2 采空区输电线路易出现的问题

采空区发生塌陷，其对地表的影响首先是不均匀沉降，有的地方下沉值大，有的地方下沉值小，位于不均匀沉降区的杆塔基础或拉线基础会随之出现不均匀沉降，就会发生杆塔倾斜、断线、倒杆塔等采空区塌陷事故。无论是地表移动盆地、裂缝及台阶还是塌陷坑，造成输电线路最直接的现象就是直线杆塔的绝缘子串和地线悬垂线夹偏移，严重威胁杆塔基础。采空区运行杆塔可能出现的情况如下。

a）杆塔倾斜和杆塔位移最直接的现象就是直线杆塔的绝缘子串和地线悬垂线夹偏移。

b）采空区塌陷输电线路的导地线间距变化尤其是架空地线反映更为明显。

c）当采深采厚比偏小时且煤层厚度较大时，一旦采空区出现塌陷，对地表塌陷和倾斜的影响非常大，这时杆塔可能出现严重倾斜，如一旦出现导地线断裂或横担断裂，杆塔就可能被拉倒。

d）煤层倾角过大极易引发塌陷坑、台阶裂缝及山体滑坡，如杆塔位置正好处于这些地段，就会发生倒杆塔事故。

e）山区下方的采空区塌陷，无论煤层倾角多大，受地形的影响，都有可能出现山体滑坡，位于滑坡区的杆塔就可能发生倒杆塔。

f）坚硬顶板一旦出现塌落，就会形成台阶式裂缝，如果杆塔正好位于台阶附近，就可能发生倒杆塔事故[2]。

3 采空区铁塔叠加基础

3.1 采空区运行线路异常情况处置经验

根据以往的处理经验，对发生稳定性破坏的塔身倾斜杆塔，主要解决的方法及主要程序为，释放导地线应力，调整杆塔拉线或者给杆塔打拉线，挖开基础进行根开调整，基础塔脚加垫板。经过此流程无法解决杆塔倾斜问题，就必须重新进行设计，重新规划路径，彻底更换铁塔。这样就会存在几个主要问题，其一，停电周期长，一般至少也要数月，对于主网线路来说可靠性要求无法满足；其二，路径不好选，一般情况下，遭到破坏的采动影响区的杆塔附近地质还有继续变化的可能，因此原路径基本不能使用；其三，投资大，一般情况为了避开采动影响区，线路只好远距离绕行，这样大大增加了线路改造投资的成本；其四，铁塔占地青苗补偿协商问题等等。

3.2 铁塔叠加基础构想

以最常见的煤炭采空区为例，根据采空区对地表的影响总结输电线路采空区塌陷事故的4种主要类型：一是杆塔倾斜，二是杆塔位移，三是导地线间距变化，四是倒杆塔。前3种类型的发生都与杆塔基础变化有关，第4种类型原因比较复杂，本文重点探讨前3种类型故障发生后的处置，针对近杆塔基础的下沉、根开变化等问题，专门设计出叠加基础，该基础对于采空区易发生的倒杆塔事故类型也可以起到积极的预防作用。

在此提出的对于采动影响区铁塔叠加基础构想，通过重新使铁塔归位和重新找平基础的原理，基本上可以解决采空区上述3类型可能发生的问题，使停电抢修周期大大缩短（一般2～7 d可以解决），避免了更换铁塔，从而使大修改造费用大幅度降低，也避开了征地青苗补偿带来的与村民之间的矛盾。

3.3 叠加基础的原理

所谓的叠加基础是在采空区已经发生沉降的基础上，通过连接并延长基础螺栓，加固基础立柱，专门设计的用于连接并延伸基础的副基础。通过加装副基础，达到调整杆塔4个塔腿平整，根除铁塔倾斜风险的目的。

3.4 叠加基础结构型式及应用

3.4.1 叠加基础结构型式

单体叠加基础：按沉降产生的基础高差进行加工定做。根据采空区杆塔沉降分别测量4个塔腿需抬升高度，定制专用垫板及叠加基础（即副基础）骨架，达到加长地脚螺栓的目的，然后制模填充混凝土料，养护即可。

组合叠加基础：可以将单体的叠加基础加工成型，用定型的几个单元根据现场高差要求进行组合，主要便于装卸运输。

复合叠加基础：对于基础和根开变化较大的基础，可以采用复合叠加基础，即先将基础进行开挖，用千斤顶等工具使其平移归位，采用叠加基础及加装基础横梁进行加固。

3.4.2 叠加基础的技术要求

a）叠加基础的加工应根据现场实测来确定具体尺寸。如厚度应根据沉降值来计算，大小与原基础一致。

b）叠加基础添加的砼骨料采用高于原基础标号一个等级，叠加基础骨架也高出原基础钢材一个等级，因此叠加基础的强度完全满足，输电线路运行杆塔要求。

c）叠加基础的基础垫板与塔脚板的厚度相同。

3.4.3 叠加基础的优点

可以作为应急抢修的标准方案之一，可以有效降低抢修费用（成本低）；停电抢修时间大大缩短（特殊情况还可带电处理）；强度大、可靠性高；降低苗青赔偿占地费用；结构简单（易加工）；一般情况下不需对整基基础进行处理（工作量小），只需要对塌陷下沉基础进行处置；运输方便；适用范围广（不受地形地貌限制），可以用于35～220 kV线路采空区铁塔基础的调整。

3.4.4 叠加基础的缺点

铁塔基础根开变化较大的岩石基础不适用。

4 叠加基础施工注意事项

4.1 采空区铁塔检测

对巡视人员上报的倾斜铁塔进行全面测量，使用经纬仪检测铁塔倾斜值，并对发生倾斜的铁塔进行基础高差测量、根开测量；由于铁塔受到不平衡张力，塔身要发生不同程度的挠曲变形，因此还要对塔身的挠曲情况进行测量。

4.2 叠加基础加工

依据现场检测结果选配叠加基础垫板及骨架。选用的钢料要与原基础钢筋料一致，基础立柱钢筋间距要提前测量好。

4.3 原杆塔补强

作业前，施工人员先要对铁塔进行补强和扶正，即对弯曲、变形、拉断的塔材，进行更换或补强，根据地形在铁塔基础对角线方向，依据作业类型（带电或停电确定补强拉线挂点高度）、倾斜情况，打好临时补强拉线；必要时落下导地线。

4.4 基础根开调整

破拆基础保护帽，拆除下沉基础测地脚螺帽，其他螺帽拧松再利用拉线调正铁塔，并略向塔身原歪斜的反向倾斜。

基础根开变化太大时（大于基础根开的2‰）时，应先对下沉的基础进行开挖，使基础底部露出，利用千斤顶等工具使基础回位，到达设计值。

4.5 对杆塔做好加固措施后

释放导地线应力，调正导地线线夹。

4.6 叠加基础安装

根据基础高差选择基础垫板或叠加基础骨架，安放到原基础上，在骨架外支护模板，添加砼骨料(添加早强剂，C25）。

待砼强度达到70%时，拧紧铁塔地脚，即可拆除临时补强拉线。

重新调整导地线弧垂，检查交叉跨越。

5 结束语

采空区铁塔叠加基础的思路只是作为解决杆塔倾斜的方法之一，具体情况要结合当地煤矿开采情况及线路运行状况等因素进行综合考虑。铁塔叠加基础不论是单体叠加基础、组合叠加基础还是复合叠加基础，都要针对现有基础结构进行对应的加工及改造，但不应破坏原有基础的型式，从而采取最适宜的叠加基础形式。

[1]张战刚，宋淑光，孙允峰.采空区塌陷规律及治理方案[C].//2009年全国矿山测量新技术学术论文集.山东：山东淄博矿业集团岱庄煤矿，2009：132-133.

[2]山西省电力公司.线路运行与维护[M].北京：中国电力出版社，2009：138-141.