采空區架空輸電線路防護大板基礎造價研究

霍曉波 任 民 郭躍平

(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 030000)

1 研究背景

從山西省采空影響區分布來看，其形成主要由煤礦開采造成。煤炭資源的大規模開采，導致采空區塌陷等地質災害問題日趨嚴重。近年來，隨著坑口電廠的大量建設，線路走廊日趨緊張，造成許多電力送出線路必須經過煤礦采空區。除運城地區未發現采空區對輸電線路桿塔造成影響外，其他各地區均有采空區對桿塔造成影響的監測記錄，涉及縣鄉(鎮)41個，記錄在案的煤礦礦區45個，影響線路條數70余條。采空區基礎同普通地段設計差異大，費用水平也存在較大差異，特別是特高壓工程基礎工程量大，桿塔自重大，引起的費用增加因素增多，費用比重大。目前，對輸電線路工程采空區的研究，大多更關注于技術方面，關于工程造價的分析研究較少。

采空區對工程造價的影響較大，必須加強設計階段技術經濟指標控制，合理降低工程造價。由于大板基礎的造價往往是和線路本體費用混在一起難以區分，在方案比選階段和設計文件評審階段，各單位又對大板基礎的造價比較重視。因此，有必要對已投產工程采空區防護大板基礎造價開展總結研究。

2 采空區輸電線路工程設計技術方案

對于穿越采空區的輸電線路，山西地區的理念是不回避未來可能出現的桿塔傾斜，在建設階段通過一定的技術措施使其具有一定的抵抗變形能力，且能確保桿塔傾斜后可糾偏、可復位，經過簡單處理即可繼續使用。

現階段采空區設計的技術方案包括路徑盡量避讓采空區、基礎采用防護大板基礎、預留煤柱、對采空影響區進行地基處理等。

2.1 防護大板基礎

采空區輸電線路防護大板基礎設計主要遵循下列原則：

1)采厚比介于30～100之間，不分電壓等級、不分開采方式，均采用增加地腳螺栓外露長度+鋼筋混凝土板式基礎+防護大板措施；

2)對于常規線路(常規線路指除特高壓輸電線路、跨區輸電線路、主干輸電線路等以外的輸電線路)，采厚比100以上一般不再采用防護大板基礎措施；

3)對于重要線路，當開采方式為長壁式，采厚比150以內，均采用防護大板基礎措施。

2.2 關于預留煤柱

煤礦開采區內預留保安煤柱需要根據煤層埋深、上覆巖層巖性按一定的擴散角留出，往往還需要留出一定的保護區寬度，需要壓覆的煤炭資源量相當大。

以采深采厚比30為例：

煤層埋深180 m，煤層厚6 m，50 m的松散層，移動角45°，130 m的巖石層，移動角75°，一基塔壓煤19萬t，每噸按6.5元計算，預留煤柱的賠償費124萬元。如果煤層埋深400 m～800 m，煤柱的擴散角按75°計算，煤柱的底寬達到240 m～450 m，煤柱底部將連成一片，煤礦將無法開采。給煤礦開采帶來的影響很大，因此一般不推薦留設保安煤柱。保安煤柱范圍示意圖見圖1。

通過上文例子可以看出，預留煤柱的優點是能確保輸電線路鐵塔不受煤礦采動影響，其缺點是預留煤柱方量巨大，賠償額通常是建設單位難以承受的，因此在山西地區一般不考慮專門為輸電線路預留保安煤柱。

2.3 地基處理原則

對于開采后尚未穩定的采空區，若穩定性評價不能滿足工程建設要求，且工程建設時間緊迫，不能等待地表變形穩定時，可考慮采用注漿法、干砌支撐法對已有采空區進行處理。

目前國內外對不穩定的采空區一般采用注漿法，但由于采空塌陷影響因素較多，其不確定性較大，往往不能按預想方案進行填充，其填充效果均不理想。山西省曾在陽淮500 kV線路針對小窯采空區井下進行填充，相對于鐵塔基礎投資，灌漿充填費用較高。目前山西地區輸電線路途經的采空區多為未來采空區，即在線路通過時煤礦尚未開采，地面以下尚未出現采礦空洞，因此在建設階段難以采用注漿法、干砌支撐法對地基進行處理，且經濟費用較大。

3 不同電壓等級主力塔型防護大板基礎設計

基于以上設計技術方案分析，目前較為經濟且切實可行的方案主要為采用防護大板基礎。同時總結可知經過采空區的線路電壓等級主要集中在±800 kV，500 kV和220 kV，其基礎設計需綜合考慮桿塔呼稱高、塔型、塔重、基礎型式，計算確定大板基礎尺寸(板厚、板寬)及配筋形式。結合歷史數據及現行設計標準，山西地區常見大板基礎型式有以下幾種。

3.1 ±800 kV防護大板(單回路)

多采用厚度400 mm大板基礎。回形大板基礎能節約部分土石方量、混凝土量；但需在根開尺寸較大，滿足4個基礎底板尺寸要求，中間部位達到一定尺寸和混凝土方量時，方有必要，如圖2，圖3所示為常見±800 kV直線、耐張防護大板示意圖。

3.2 500 kV防護大板(單回路)

已有500 kV線路，多采用厚度400 mm大板基礎，如圖4，圖5所示為常見500 kV直線、耐張防護大板示意圖。

3.3 220 kV防護大板(單回路)

已有200 kV線路，多采用厚度400 mm大板基礎，如圖6，圖7所示為常見220 kV直線、耐張防護大板示意圖。

總結以上各電壓等級典型大板基礎，其技術指標如表1所示，各電壓等級大板厚度多為0.4 m，但由于導線作用力、桿塔類型等因素造成大板尺寸、混凝土量、鋼筋量等差異較大。

表1 各電壓等級典型大板基礎技術指標

4 常見電壓等級防護大板基礎單基費用測算

4.1 測算依據

為使該測算結果具有一定的代表性，本次不同電壓等級防護大板基礎費用測算對典型方案的項目劃分、定額、取費標準、社保及公積金費率、材料價格、材料運距、地形比例、地質比例等進行了必要的、適當的設定。具體如下：

1)防護大板基礎造價按照不同電壓等級、直線/耐張塔型逐一單獨測算，同時對每個方案都設定單一地形和地質，其中地形分為平地、丘陵、山地，地質分為普通土、松砂石、巖石，由于目前已搜集到的資料中煤礦采空區平地地形條件下巖石地質情況較少故未針對此情況進行測算。

2)嚴格執行《電網工程建設預算編制與計算標準》(2013年版)，且采用目前最新的《2013年版電力建設工程定額估價表：輸電線路工程》進行測算，最終計入投資指標為本體工程費與編制基準期價差之和。

3)目前已搜集到的煤礦采空區防護大板基礎設計案例均位于山西省，故取費標準按Ⅲ類地區考慮，現行文件中規定社會保障費為31.1%、住房公積金為10%，具體取費基數及費率見表2。

表2 Ⅲ類地區各電壓等級安裝工程費取費基數及費率

4)材料運輸的平均距離按常規工程考慮，汽車運距統一設定為25 km，人力運距平地地形設定為0.25 km、丘陵地形設定為0.5 km、山地地形設定為0.8 km。

5)定額中未計價材料主要為基礎材料，其參照山西省工程建設標準定額站發布的山西工程建設標準定額信息2018年和2019年，經過梳理對比分析得出基礎材料價格波動較小，具體選價價格見表3。

表3 定額未計價材料選價一覽表

6)人材機調整系數文件參照定額[2019]7號《電力工程造價與定額管理總站關于發布2013版電力建設工程概預算定額2018年度價格水平調整的通知》執行。

4.2 費用測算結果

將各電壓等級典型大板基礎在不同地形和地質條件下的指標按照以上標準進行造價計算，其測算結果見表4，圖8。

表4 不同地質地形條件下常見電壓等級大板基礎單基費用測算

由表4可知，220 kV單回路直線塔每基投資約6萬元～16萬元，其中平丘地形條件下多在10萬元以下，山地地形條件下均在10萬元以上；220 kV單回路耐張塔每基投資約為10萬元～20萬元，其中平地和丘陵地形、普通土和松砂石地質條件下每基投資約為10萬元～14萬元，山地地形條件和丘陵地形巖石地質條件下，每基投資為18萬元～20萬元；500 kV單回路直線塔每基投資約11萬元～30萬元，其中平地地形條件下，每基投資均在15萬以下，丘陵巖石、山地松砂石和山地巖石均超過22萬元；500 kV單回路耐張塔每基投資約16萬元～45萬元，其中平地地形、丘陵普通土、丘陵松砂石、山地普通土每基投資約在26萬元以下，丘陵巖石、山地松砂石和山地巖石每基投資在33萬元以上；±800 kV單回路直線塔每基投資約32萬元～95萬元，其中普通土、松砂石地質條件下每基投資均在60萬元以下，巖石地質條件下達到80萬元～95萬元；±800 kV 單回路耐張塔每基投資約40萬元～130萬元，其中普通土、松砂石地質條件下每基投資均在100萬元以下，巖石地質條件下達到110萬元～130萬元。

由圖8分析可知，隨著地形變差、地質情況變差，大板造價越來越高。220 kV直線塔和耐張塔、500 kV直線塔大板基礎造價隨著地形地質的變化幅度較小，多集中在10萬元/基～30萬元/基。±800 kV塔型大板基礎造價變化幅度較大，直線塔大板造價從30萬元/基至100萬元/基，耐張塔大板造價從40萬元/基至130萬元/基。

相同地質條件下，丘陵地形造價為平地地形造價的1.1倍～1.3倍，山地地形造價為平地地形造價的1.5倍～1.8倍；相同地形條件下，松砂石地質造價為普通土造價的1.1倍～1.5倍，巖石地質造價為普通土造價的1.7倍～2.2倍。

5 結語

本文總結了煤礦采空區主要設計技術方案，并依托已投產的山西地區煤礦采空區輸電線路工程防護大板基礎設計方案，對主力塔型大板基礎工程量進行統計，依據最新預規、定額、執行文件、案例所在地取費及材料價格等，按照不同電壓等級、不同塔型逐一單獨測算各地形及地質條件下防護大板基礎費用，得出以下結論：

1)在路徑受限條件下，相較于預留煤柱、采空區地基處理，鐵塔基礎采用防護大板基礎方案是最經濟的。

2)220 kV單回路直線塔每基投資約為6萬元～16萬元，單回路耐張塔每基投資約為10萬元～20萬元。

3)500 kV單回路直線塔每基投資約11萬元～30萬元，單回路耐張塔每基投資約16萬元～45萬元。

4)±800 kV單回路直線塔每基投資約32萬元～95萬元，單回路耐張塔每基投資約40萬元～130萬元。

5)相同地質條件下，丘陵地形造價為平地地形造價的1.1倍～1.3倍，山地地形造價為平地地形造價的1.5倍～1.8倍。

6)相同地形條件下，松砂石地質造價為普通土造價的1.1倍～1.5倍，巖石地質造價為普通土造價的1.7倍～2.2倍。

7)本文測算得出的±800 kV，500 kV，220 kV電壓等級典型大板基礎在不同地形和地質條件下的技術經濟指標，可作為方案比選、測算投資參考，亦可作為技經人員、評審人員的現階段參考標準。

8)本文僅針對山西地區煤礦采空區防護大板基礎案例進行梳理分析測算，為進一步擴大應用范圍，建議多搜集其他地區采空區防護大板基礎案例。