750kV输电线路通过矿区的设计方案及措施

ＹＡＮ　ｄ／Ｕ　ＹＵ　ＦＥＮ　芜与分析磐　誊　嚣誊霉ｌ≯　誊誊　≯｜≈　。｜薯　｜　７５０　ｋＶ输电线路通过矿区的设计方案及措施　白护航，李　波，詹　源，温灵长　（陕西省电力设计院，陕西西安，７１００５４）　摘要：７５０　ｋＶ彬长电厂一乾县输电线路是陕西省电力公司投资建设的第一条７５０　ｋＶ输电线路工程。由于彬长　电厂位于彬长煤田中．该工程路径必须经过煤矿采动影响区。基于采动影响区塔位稳定性的逐基调查分析．对输　电线路路径、铁塔及基础设计、基础处理措施和铁塔纠偏处理方案进行研究，本着安全可靠、先进可行和经济合　理的目标，确定了煤矿采动影响区线路在路径方案、铁塔定位、基础设计和地基处理等方面的原则和方法，为预　防、处理、纠正铁塔可能发生的倾斜提出了合理的建议，确保该工程的安全稳定运行。　关键词：输电线路；煤矿采空区；设计原则；铁塔基础；基地处理；铁塔纠偏　中图分类号：ＴＭ７５３　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—７５９８（２０１１）０９—００３５—０４　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｓｃｈｅｍｅ　ａｎｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　７５０　ｋＶ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　Ｇｏｉｎｇ　Ａｃｒｏｓｓ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｚｏｎｅ　ＢＡＩ　Ｈｕ－ｈａｎｇ，ＬＩ　Ｂｏ，ＺＨＡＮ　Ｙｕａｎ，ＷＥＮ　Ｌｉｎｇ－ｃｈａｎｇ　（Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：７５０　ｋＶ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｆｒｏｍ　Ｂｉｎｃｈａｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　ｔｏ　Ｑｉａｎｘｉａｎ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｆｒｓｔ　７５０ｋＶ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎｖｅｓｔｅｄ　ｂｙ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　Ｂｉｎｃｈａｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　ｌｉｅｓ　ｉｎ　Ｂｉｎｃｈａｎｇ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅｓ，ｔｈｅ　ｐａｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｍｕｓｔ　ｇｏ　ａｃｒｏｓｓ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ－ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｚｏｎｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｏｗｅｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ—ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｚｏｎｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｒｏｕｔｅ．ｔｏｗｅｒ＆ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｗｅｒ—ｂａｓｅｄ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｐｔｉｏｎｓ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｏｕｔｅ　ｓｃｈｅｍｅ，ｔｏｗｅｒ　ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅ　ｌｏｃａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ—ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｚｏｎｅ，　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｉｎ　ｌｉｎｅ　ｗｉｔｈ　ｓａｆｅｔｙ，　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，　ａｄｖａｎｃｅｄ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｇｏａｌｓ．　Ｓｉｍｕｈａｎｅｏｕｓｌｙ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｓｏｍｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ，ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｔｏ　ｔｉｌｔ　ｔｈｅ　ｔｏｗｅｒ，ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ；ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ；ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ；ｔｏｗｅｒ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｔｏｗｅｒ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　陷，影响地面工农业设施的安全运行。煤矿采空区　０　引言　的塌陷是指煤矿开采后留下大面积采空面及巷道．　矿体上覆盖岩层失去支撑，周围岩体失去原来的平　７５０　ｋＶ彬长电厂～乾县双回输电线路为陕西　衡状态，随之产生弯曲或断裂、坍塌，导致地面沉　大唐彬长电厂本期２ｘ６００　ＭＷ、远期４ｘ６００　ＭＷ机　降、塌陷。采空塌陷随地下采煤呈动态下沉过程．工　组送出工程，全长２ｘ９０．５　ｋｍ。彬长电厂为坑口电　作面从切眼推进到某一距离时地表开始沉降，随着　厂，处于彬县和长武地区煤炭资源丰富的彬长矿区　Ｔ作面的继续推进地表沉陷移动一般可分为４期，　的环围之中。电厂出线段１５　ｋｍ线路通过矿区是不　即初始期、活跃期、衰退期和稳定期。每个时期的延　能回避的事实。如何确保该段线路的安全运行，是　续时间和下沉速度与开采面积及其上覆岩层的厚度　设计必须解决的难点之一。　和特性有关。从理论上讲，初始期地面仅出现微裂　缝；活跃期下沉变形一般可达最大变形值的６０％～　１　采空区对地面设施的影响　７０％，大型裂缝、滑塌、塌陷等大多发育在这一阶段，　对地表影响最大；衰退期和稳定期下沉速度逐渐减　地下煤层的大面积开采会使采空区地面产生塌　慢，地面变形移动日益减小　稳定期后除因特大暴雨　｜　．　｜　ｊ｜　誊譬　Ｉ｜。Ｉｉ　｜　莞与分　ＹＡＮ　ＪＩＵ　ＹＵ　ＦＥＮ　Ｘ　和自然因素影响，局部出现小变形外，一般不再活　动『　１。　失较大，工程投资要增￣１１７０％以上。因此，设计的焦　点是研究线路在矿区的路径方案、基础型式及地基　按煤矿的生产过程．将煤矿采动影响区分为采　空区、正在开采区、计划开采区和压矿区，不同开采　状况的地表变形和对地面设施的影响以及处理措　处理等预防和易修复措施，以达到减少投资和保证　线路安全运行的目的，根据矿区输电线路的设计运　行经验，一般选择如下设计原则。　３．１路径及塔位选择　施不同，古采区（即地表变形基本完成或不会发生　的采空区）对地面设施来讲是安全的，而正在开采　区和计采区则威胁最大。　路径尽量选择在开采后３年以上的矿区．使塔　位位于趋于稳定的老采空区：有条件时，矿区路径　尽量沿主巷道、或留有煤柱的建筑物（构筑物）附近　煤层的埋深与煤层厚度的比值称为采厚比，是　说明采空区地表行为的指标之一，见图１，也是工程　设计中选择防护措施的重要参考之一。　地面线　＝：＝＝二＝：＝＝二＝＝弯曲带　工　…　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ垮落带　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ　煤层区　图１　采厚比示意图　２压矿情况调查　彬长矿区的煤层埋藏较深（３ｏｏ～５００　ｍ以下）、　煤层较厚（从１０　ｍ￣１］２０　Ｉｎ）、煤质较好，现有采矿机　械只能采取分层（３～４　ｎ　层）、局部（作业面３０～５０　ｍ）、　多次复采（复采期为３～５年／周期）的方式进行开采，　煤矿的复采率在７０％以上，这样就会给地面带来多　次沉陷的影响。　本线路工程共有３５基塔位于煤矿区，由于路径　受限，只能采用双回路共塔设计。其中有７基塔位不　受煤矿开采的影响：２基塔位地下煤层厚度１．３６～　５．０４　ｉｎ，采厚比大于１００：１１基塔位地下煤层厚度　６．１１～１１．８７　１ＴＩ，采厚比在４０与１００之间；１０基塔位地　下煤层厚度１２．１５～２１．８６　ｍ，采厚比在３０与４０之间；５　基塔位地下煤层厚度１　６．６４～２３．２２　ｍ，采厚比在２７与　３０之问。　３矿区输电线路设计原则　该工程电厂｝｝Ｊ线段１５　ｋｍ经过彬长矿区大佛寺　煤矿、亭南煤矿、彬长煤田详查区、小庄井田等，均　为计采区。若按预留保安煤柱考虑，地下资源的损　通过；避让采厚比小于２０的采空区，避免塔位落在　地表发生剧烈变形、地表出现陷坑的地域；如路径　不受限制时经过矿区线路尽量按２个单回走线。且２　条线路之间必须有一定的安全距离。　采空区的塌陷主要表现在山坡及靠近山坡处，　而在山梁中问或梁顶处表现不明显，即使塌陷也较　为均匀。易于处理。故矿区线路的塔位应尽可能避　免选在采空区不均匀变形的边缘地带，而将塔位放　置在地势较平坦、山梁中间、沉降盆地中间等均匀　下沉区。且尽量沿着靠近河道及公路的预留煤柱定　位嘲。　３．２塔型选择　降低铁塔的高度，减少耐张塔在计采区数量，　而多使用直线塔．要用转角塔时应尽量减小转角度　数，路径不受限制地区采用单回路等措施，能大大　减小基础作用力，减小铁塔对采空区地基的附加应　力，降低地基变形量。　但是采空区万一发生较为均匀的沉降，则会引　起导线对地距离和交叉跨越距离不足等问题，因此　对铁塔高度应视计采区设计规划、开采方法及地表　变形预测预留３～６　ｍ的裕度。　３．３基础选型　采空区沉降时，地基会出现深达数米的裂缝，　地基的完整性遭到破坏，因此矿区线路不宜采用原　状土基础。　基础与铁塔的连接采用直柱柔性连接，便于地　基发生较小变形时对铁塔和基础进行复位，因此不　能使用斜立柱插入式基础。　对矿区的浅基础，应采用配有钢筋的直柱柔性　基础，因其自重较轻，可减小对地基的下压力。更重　要的是，由于它配有钢筋，抗地基变形能力强。同时，　由于其自重小，发生沉降时运行单位便于对基础进　行调整扶正，且能确保基础自身的强度和完好性。　３．４地基处理　（１）对顶板岩性较好的塔基，采厚比大于１００　ＹＡＮ　ＪＩＵ　ＹＵ　ＦＥＮ　ＸＩ研究与分析　时，采用正规采矿方法，顶板岩层无地质构造破坏，　的呼高留有３　６　ｍ的裕度。　地表移动和变形呈现连续和有规律的状态，一般无　４．２塔型及基础　明显裂缝，区内地表下沉均匀且下沉量不大（一般小　根据上述设计原则，尽量优化转角度数，减少　于１００　ｍｍ），在此区域立塔可采用加长底脚螺栓的方　大角度的出现，取消直线转角塔的使用，基础采用　法处理，基础一旦出现沉降，可通过加长的底脚螺　柔性直柱基础。　栓增加垫板进行调整和扶正。　４．３地基处理措施　（２）对顶板岩性较好的塔基．采厚比大于４０小　根据３５基铁塔位置和采厚比的不同，对塔位的　于１００的塔位，煤炭开采引起的地表变形相对较大，　地基分３种情况采取以下措施。　按照不同的开采方式和变形预测，采取加长底脚螺　（１）对位于河道的２基和电厂内非开采区内及　栓和大板基础（见图２）并用的处理措施，以减小地　不受计采区开采影响的７基，合计９基塔位地基不予　基不均匀沉陷对铁塔基础带来的影响，便于线路的　处理。　后期修复。　（２）对塔位采厚比大于１００且煤层较薄的２基铁　（３）当采深采厚比小于４０１３，ｊ，无论何种开采方　塔基础，仅采取底脚螺栓外露加长的处理措施。　法和顶板岩性，地表的移动和变形均较大，裂缝较　（３）对塔位采厚比小于１００的２４基铁塔基础采　明显，极易出现基础间的不均匀沉降和水平位移．　用复合大板基础（铁塔与基础连接部分采用地脚螺　应尽可能避免在此区域走线立塔，如确实无法避让　栓连接，基础上部采用直柱式柔性基础结构，大板　时，为减少地基变形引起的铁塔４个基础问的相对　厚度按荷载选用５００　ｍｍ，混凝土标号采用Ｃ２０，柔性　水平和垂直位移，应加大大板基础的厚度，同时加　基础与大板之间铺垫１００　ｍｍ厚砂卵石垫层）和地脚　长底脚螺栓，增加铁塔预留塔高，为将来可能出现　螺栓外露加长并用的处理措施。根据现场实际情　的垂直位移进行调整ｌｌｌ。　况，对其中的１１基铁塔预留了高度　需要说明的是，以上采厚比的分级是根据本工　工程中采用的复合大板基础型式见图２，施工　程采空区地基的具体情况确定的，针对不同地区煤　现场照片见图３和图４　矿的采厚比、顶板岩性和结构，这样的分级应进行　调整　５铁塔纠偏措施和运行维护建议　４工程设计方案　５．１　纠偏时间　铁塔结构基本为对称弹性钢结构，为螺栓铰结　该线路经过的矿区地形属陕北黄土塬和河谷　连接，具有先天抗不均匀沉降的能力，与易于开裂　等地貌单元，地面为侵蚀形成的黄土台塬、梁和缓　的混凝土结构不大一样，容易修复。铁塔一旦出现　坡，塬面微倾，且较平坦，沟谷与平顶梁相间排列。　倾斜，使用设计预留的措施进行修复，完全可以正　斜坡被人工改造而成台阶形式，地面高差变化相对　常运行。以往矿区铁塔基础在一定范围内发生沉陷　较大，海拔在９００～１３００　ｍ。其中，有三基塔位位于河　时，铁塔作为１个空间柔性结构可以依靠自身杆件　漫滩及阶地。线路经过地方受城市规划区、文物保护　的内力调节，在短时间内承担一定的倾斜或沉陷，而　区、炸药库及矿区建筑物的影响，走廊紧张，无法走２　不会对线路造成大的安全隐患，这样就为我们在线　个单回路，只能按双回路设计　路抢修中赢得了时间　４．１优化路径和塔位　运行部门在煤矿采空区沉陷的不同阶段，记录　根据工程实际情况，采用海拉瓦航测技术，优化　铁塔倾斜变化规律及倾斜量（可采用在线监测方　路径方案，所选路径均沿比较宽　的塬梁中间走线，尽量靠近村　庄、河道及高速公路，避开缓坡　和窄梁。塔位选择在地势平坦的　地方，远离沟边和坡面。根据线　路设计平断面定位图中的地形　ｆ最大间距≤１３０　ｍｍ　控制点和交叉跨越物，对铁塔　图２复合大板基础　｜　ｉ§　≯。｜　ｉ　曩　≯　研秀与分　ＹＡＮ　Ｊ／Ｕ　ＹＵ　ＦＥＮ　Ｘ　图３施工中的大板基础　图４大板上的砂卵石垫层　法），根据记录的资料，在铁塔倾斜不大，对线路安　全运行影响不大，在矿区沉陷大致稳定时．对事故　铁塔进行纠偏抢修，避免在线路发生小的沉陷初期　就去纠偏而作无用功，这些都已在煤矿采空区铁塔　纠偏中得到了验证。　５．２纠偏方法及预防措施　对只采用底脚螺栓加长的铁塔。可采用千斤顶　提升后增加垫片的方法复位。　采用复合大板基础增强了铁塔４个基础间的刚　度，使得基础沉陷趋于同步，但并不能完全避免、消　除地面沉陷对铁塔的影响。地面沉陷的不一致．自　然就造成了铁塔基础的相对位移（水平位移和垂直　位移）。对于水平位移一般采用对基础周边挖开后，　采用千斤顶回顶使基础复位，在基础与大板间的砂　卵石层正是为了便于基础复位；对于垂直位移．也　采用加长的底脚螺栓复位。　对于塔位周围由于沉陷引起的地面裂缝，虽不会　对塔基附近边坡造成直接影响，但雨水顺裂缝下灌　会造成边坡失稳，应适时对塔位周围５０　ｍ范围内的　裂缝进行回填夯实，遇较大裂缝需要抛石后回填。　５．３运行维护建议　煤炭采空区发生沉降或塌陷可能导致输电线　路倒塔、断线、掉串、电气安全距离等故障，对线路　安全影响较大，且杆塔扶正、基础调整工艺复杂、工　作量大，７５０　ｋＶ线路运行维护单位应未雨绸缪．提前　做好采空区运行、检修和应急准备工作。　（１）运行维护单位应建立采空区事故应急机制，制　定预案，配置相应的检修工器具，并建立采空区输电线　路技术档案，主要内容应包括铁塔设计资料，地质调查　资料，压覆煤炭及采空睛况，与采煤单位签订的协议，　工作联系单，杆塔倾斜监测数据，检修记录等。　（２）运行单位应与矿业部门建立长期的合作关　系，定期了解、跟踪输电线路走廊内的煤炭开采情况。　（３）输电线路杆塔位周围地表出现异常后，运　行单位技术人员根据杆塔倾斜监测报警仪监测到　的杆塔倾斜量、时间、速率等数据，及运行维护人员　巡视发现的现场实际情况，初步判断地基变形类　型，地质活动所处时期；根据塔位地质资料、采空区　采厚比、顶板结构，煤层及地面倾角等特性，分析变　形趋势，根据性质确定应急范围，安排现场勘察，及　时启动采空区应急抢修预案　。　（４）采空区线路杆塔发生异常时，运行维护人　员应立即进行现场巡视，定量、准确反馈现场信息，　内容包括杆塔运行编号，地表裂缝与塔位的相对关　系，塔材变形情况（部位、编号），绝缘子串倾斜情况　（方向、大小）。并请设计、施工、科研单位的相关专　家现场勘察，测量参数，进行采空区塌陷最终变形　量的估算。确定检修方案的制定。　６结语　我国煤炭资源丰富，坑口电厂众多，电厂将煤　转化成电能通过输电线路送出，输电线路不可回避　地要经过矿区，只要我们采取合理可行设计方案和　预防措施，通过矿区的铁塔一旦出现倾斜，在可控　范围内是完全可以修复的，在通常情况下可以保证　线路的正常稳定运行。　参考文献　［１］秦庆芝，曹玉杰，毛彤宇，等．特高压输电线路煤矿采动影　响区铁塔基础设计研究ｌＪ１．电力建设，２００９，３０（２）：１８－２１．　［２］山西省电力勘测设计院．高压输电线路通过矿区采用的　技术措施研究ｆＺ】，２００５．　ｆ３１山西省电力公司．１０００　ｋＶ特高压输电线路采空区运行技　术研究报告　．２００８．　［４］王钧，闫世平，高伟，等．杆塔倾斜在线监测系统的应用　Ⅲ．陕西电力，２０１０，３８（１１）：９１—９３．　（责任编辑张健）　收稿日期：２０１１－０７—２９　作者简介：白护航（１９７７一），男，在读工程硕士研究生，工程师，从事　高压输电线路设计工作。