特殊地質區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)

鐵塔基礎的牢固、穩定是輸電線路安全運行的基本保障。河北邯鄲武安地區由于其特殊的礦產資源和地質環境，使得該區域多條輸電線路地處地下壓礦區，嚴重地段出現地面開裂、線路基礎位移、鐵塔傾斜等情況。為有效防范該類設備隱患，確保電網安全穩定運行，在對發生上述情況的輸電線路進行專題調查的基礎上，進行詳細分析，為處在相似地質條件下的運行線路提供參考。

1 輸電鐵塔傾斜情況

2009年2月，某500 kV輸電線路出現1基鐵塔傾斜500 mm(規程規定應小于416 mm)，基礎左側橫向位移110 mm(規程規定應小于50 mm)，塔基周圍地面出現不同寬度的裂縫，局部地質出現塌陷情況(見圖1、2)。

圖1 基礎周邊地質裂縫情況

圖2 局部地質塌陷情況

經對該區域線路檢查發現，該區域相鄰的另1條500 kV線路的3基鐵塔同樣出現地線線夾偏斜超差現象。通過測量排查，該區域還有6基鐵塔出現傾斜，但均在運行規程允許范圍，詳細情況見表1。

上述2條線路均處于河北邯鄲武安地區，屬丘陵地形,此區段鐵塔均為自立式鐵塔，基礎型式為柔性基礎加基底防護大板。以上區段在設計時已判定為鐵礦區和煤礦采空區，并按采煤沉降區考慮，采取了基礎防沉降設計。該次基面塌陷造成鐵塔傾斜的區段經測量均位于煤礦采空區上方。線路自2006年投運至2008年底，在巡視中未發現地表有下陷跡象，鐵塔傾斜抽測中未發現傾斜情況。

表1 線路鐵塔傾斜情況統計

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(除設計要求)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

通過走訪當地礦物部門及GPS定位對線路下方采煤區分析，發現出現傾斜的鐵塔均位于煤礦上方。根據調查，塔位處地層情況大致為：0～12 m主要由粉土、粉質粘土組成，12～90 m卵礫石層，90～320 m粉細砂巖、粗砂巖 、泥巖砂巖，下伏可采煤層。

區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股份有限公司，1992年12月正式投入生產至缺陷發生時，煤礦已形成年產140萬t的生產能力。

煤礦目前主要開采二疊系山西組2號煤。采用正規全斷面垮落法生產，采厚平均在4.5 m左右，埋深一般260～320 m。采深采厚比58～71，在設計范圍之內。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塔位之間已經成為采空區，采空區形成大約有14個月時間，并形成長、寬各200 m的塌陷區，塌陷區邊界有裂隙，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，根據當時的煤礦開采進度和計劃，預計2～3年內會進行開采。

該次調查發現，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。塔位附近發現有多處地面開裂，裂縫張開寬度8～10 cm左右，附近地面未發現塌陷坑、陡坎等劇烈變形。

2.3 地質情況

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

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

(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，根據類似地區經驗值，取值0.76； 為主要影響角正切，根據類似地區經驗值，取值2.60。

根據式(1)計算，最大傾斜值約為0.033，即33‰。預測塔位處可達到最大的傾斜為33‰。塔位處目前B、D腿基礎高差約80 mm，基礎根開8 m左右，目前傾斜值約為10‰。

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

從調查結果分析，塔基下地層土質較均勻，且塔基采用大板基礎加長地腳螺栓防沉設計，地基土的本身產生不均勻沉降的可能性小。可以斷定，線路Ⅰ線N236基礎的位移是由采空塌陷引發地基土發生整體傾斜變形進而造成基礎發生整體位移，導致鐵塔出現傾斜現象。

3 處理措施

3.1 加設圈梁

在線路Ⅰ線N236號、線路Ⅱ線N214號塔的基礎主柱加設圈梁,防止鐵塔基礎在大板傾斜狀態下發生相對位移,以保障鐵塔根開不發生變化,確保上部結構的正常運行。

3.2 塔腳板下加墊鐵

松開線路Ⅰ線N236號(運行號)塔腳螺栓，左側塔腳板墊增加40 mm厚的墊鐵，右側塔腳板靠左邊相應墊增加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，將鐵塔調正至正常狀態。

3.3 調整導地線串偏移的金具

待基礎調整后，若導地線絕緣子串偏移仍超出正常范圍，可將相應的導地線線夾打開，重新調整為垂直地面狀態。鐵塔不作偏移調整的塔號，導地線絕緣子串偏移超出正常范圍，可直接將相應的導地線線夾打開，重新調整為垂直地面狀態。

3.4 加強觀測

據地質分析預測塔位處可達到最大的傾斜為33‰，地面變形將緩慢、均勻的發生。因此，在采取上述處理措施后，仍需加強觀測，可考慮在該區段輸電線路上裝設桿塔傾斜在線監測裝置，實時監測鐵塔傾斜情況；同時結合人工定期測試，對該區段鐵塔傾斜情況進行周期監測。適時調整并采取相應的措施，以確保線路長期運行的安全。

4 結束語

該缺陷暴露出采空區輸電線路可能出現的鐵塔傾斜、基礎位移等情況，線路運維單位應從中吸取經驗教訓，加強特殊地質區域輸電線路的運行監測和維護，采用先進的狀態監測等技術手段掌握線路運行狀態，做好地質調查及分析，落實相應預防控制措施，確保輸電線路安全穩定運行。

本文責任編輯：王麗斌