煤我國礦採空區輸電鐵塔加固、糾偏技術當前位置：首頁-**欣賞-理工**
摘要：針對煤礦開採對採空區上高壓輸電線路安全執行的威脅和危害，在深入研究採空區地面變形對輸電鐵塔的影響、國內外採用的治理方案的基礎上，提出了一套採空區上輸電鐵塔加固與實時糾
偏技術的設想，並推薦了鐵塔加固與實時糾偏的綜合方案。關鍵詞：煤礦採空區；輸電鐵塔；加固與實時糾偏；連通器原理
1.引言
隨著煤炭工業的發展，煤炭採掘量急劇增加，採空區日益擴大，導致地面大量沉降，造成該區域內輸電鐵塔基礎不均勻沉降，導致鐵塔傾斜、位移和變形，引起鐵塔內部應力變化，嚴重威脅線路安全。目前國內外雖然也有類似問題發生，但關於採空區輸電鐵塔加固糾偏處理技術研究的報道非常少。本文在蒐集和分析國內外解決此類問題的工程例項的基礎上，提出了一套新方法的設想
——連通器原理輔助鐵塔實時糾偏。並推薦了鐵塔加固與實時糾偏的綜合方案。
2.採空區地表變形對輸電鐵塔影響研究2.1煤礦採空區地表變形的一般特徵
採空區地表變形的形狀、大小、速度一般與煤層厚度、開採方式、工藝、埋深、上部岩層強度等因素密切相關。埋深大於200m時，如煤層較薄，引起的地表變形相對小一些；煤層埋深越淺、開採層越厚，引起的地表變形塌陷越大。通常情況下，煤層上岩層強度對採空區地表的變形形狀和
深度也有影響，煤層較深、覆蓋的岩層強度越高，地表變形塌陷越小。
煤炭開採工藝大體上分房柱法和綜合機械化採煤（簡稱綜採）兩種。綜採由於作業面大，向前推進速度快，採空區地表的塌陷隨著作業面的推進逐步發生，基本上一次塌陷到位，後期變形較小[1]。一般來說，綜採工作面地表變形有三種：
均勻沉陷，不均勻沉陷，水平變形、水平位移。採用房柱法開採煤層時，實際操作中一般為了提高煤炭採出量，很少按規範操作，因而總在煤礦開採
中和開採後發生採空區上地表緩慢而不規則的地表變形和塌陷。
2.2煤礦開採對採空區上輸電鐵塔造成的影響
煤礦開採會使採空區的鐵塔下沉、傾斜、移位、扭曲；基礎外趴、錯台；鐵塔桿件應力場劇烈調整、桿件受力性質改變；鐵塔失穩倒塌、傾覆、破壞等。採空區對高壓輸電線路的影響和破壞主要取決於地表變形及破壞型別、規模和速度[1]。當鐵塔位於採空區中間，一般是基礎下沉、內收、
塔身變形（見圖1）；位於採空區邊緣，一側下沉較多，並向谷底滑落，塔身變形。
3.採空區發生地表變形時鐵塔加固糾偏方案與分析
因為進行高壓輸電線路改線，採用重新建設一段線路取代採空區上的線路方案一般在經濟上不
合理，故本文暫且不對其進行分析。
國內外已採用的對採空區地表變形時輸電鐵塔加固糾偏方案大致可分為兩大類，即塔身加固糾
偏和塔基加固糾偏。
3.1塔身加固糾偏方案與分析
通過在輸電鐵塔中增加橫向隔撐，可以實現輸電鐵塔的加固[3]。為避免給基礎帶來過大的額外荷載，施加的隔撐結構應該是輕質、高效的。使用橫向隔撐後輸電鐵塔對於彎曲和扭轉荷載、屈
曲能力提高到1.8-4.5倍。
而且其用鋼量很少，同時比替換現存的這些撐桿更加方便操作，鐵塔的強度和剛度都得到了很大的改善。加固後的鐵塔壓潰時的臨界荷載提高到1.31倍，承載能力提高了約30％，並且變形也減小約一倍。
故加固後輸電鐵塔的抗彎強度和抗扭強度都有了明顯的提高。
3.2塔基加固糾偏方案與分析
3.2.1可多次調整式
平板槽臺井字梁可調基礎加固。將原有基礎與地表分離，全塔基礎由井字樑和調整槽臺取代[4]。此種方法具有較大的糾偏範圍達1.2m，適於各電壓等級各型鐵塔基礎在塌陷規模較大情況
下的加固。但一次性投資較大，前期工作技術要求較高。
板式平台地腳螺栓糾偏基礎。在板式基礎下岩基發生較小變化、導致鐵塔傾斜時，先將地腳螺栓放鬆，再利用千金頂頂公升塔腿連線槽鋼，調平後在塔腳下墊鋼板，恢復地腳螺栓，實現鐵塔調平[4]。其為平板槽臺井字梁可調基礎加固方案的簡化，因其設計糾偏範圍為20cm，所以用槽鋼角鋼組成的鋼架代替平板槽臺井字梁可調基礎加固的井字梁結構，調斜裝置使用延長地腳螺栓的方法來實現，降低了投資，非常適用於**後期塌陷規模較小的採空區的基礎加固。
可調式聯體井字梁基礎改造加固技術。採用鋼筋混凝土井字樑將鐵塔四個獨立基礎連為整體，將機械和混凝土
結構結合起來，組成一套完整的可調整聯體井字梁基礎系統[1]。
可調整聯體井字鋼梁基墩架構改造加固技術。在每乙個基墩上採用四套長螺桿接四個基墩螺栓，採用鋼結構將鐵塔四個基座連為整體，組成一套完整的可調整聯體井字鋼梁基墩架構系統[1]。
3.2.2一次調整式
鑽孔灌注樁託換加固。將原4個素混凝土基礎用鑽孔加鋼筋，增加4條地梁連成整體，並用鑽孔灌注樁託換加固，最後用頂公升法調正鐵塔的就地糾偏方案。其優點是：
a）停電時間短，停電時間可以控制在2～8 h內，對電網影響較小。b）不破壞原有基礎，施工時無衝擊荷載，震動很小，對送電鐵塔無太大影響；占地小，操作靈活，所以對基礎的加固和糾偏安全可靠，加固施工期間不需停產停電。由於原基礎4塊板為素混凝土澆築而成，不能將力直接傳到鑽孔灌注樁上，故應採用預應力後張法原理，從混凝土板中鑽水平孔穿筋錨固，形成4根地梁將樁、柱、板連成整體共同受
力。施工完成後基礎形成「井」字形整體承力結構，大大提高了抗變化荷載能力[5]。鑽孔灌注樁加固基礎[6]。該方案是對鑽孔灌注樁託換加固的改進，其造價更低。
靜壓樁託換加固和頂公升法糾偏相結合的加固糾偏方案。3.3煤礦採空區輸電鐵塔兩大類加固糾偏方案的比較
塔身加固糾偏方案受力分析明確、計算可靠，容易施工，造價低，安全可靠，但對施工技術要
求較高，加固糾偏效果較差。
塔基加固糾偏可多次調整式方案受力分析一般，施工難，對施工技術要求高，造價高，但安全可靠性較高、加固糾偏效果好。塔基加固糾偏一次調整式方案受力分析較不明確，施工較難，對施
工技術要求較高，造價較高，但安全可靠性不錯，加固糾偏效果也較好。
4.連通器原理輔助鐵塔實時糾偏技術設想與方案推薦
上述兩大類方案的共同優點是節約資金；具有不停電或少停電的施工特點，避免了對電力使用者用電的影響。但其缺點也很明顯，即對輸電鐵塔的糾偏是滯後的，無法達到實時糾偏的效果，鐵塔的安全執行仍存在隱患。故在研究連通器原理和借鑑工程例項的基礎上，本文提出了連通器原理輔
助鐵塔實時糾偏技術的設想。據資料記載世界上最大的人造連通器是三峽船閘，其有力的證明了連通器原理用於大型工業的可能性。如若在利用連通器的基礎上再考慮使用一種與液體具有相同或相類似的性質的物質（簡稱「特殊物質」），即特殊物質既適用於連通器原理，又有足夠的承載力支承起輸電鐵塔，則利用連通器原理輔助輸電鐵塔實時糾偏就能實現。
當地表出現不均勻沉降時，連通器底部發生傾斜，由於壓力作用，特殊物質及時恢復到水平位置，由此來消除或減小不均勻沉降對鐵塔造成的影響。同時不需要人工調整，裝置在第一時間在一定範圍內即可自行對鐵塔進行糾偏。為將連通器原理輔助輸電鐵塔實時糾偏技術應用於實際工程中，就要先了解輸電鐵塔自身的特點：
①高壓輸電線路布設於任何地形地貌，一般不會布設於完全平坦地區，地形複雜多變，地貌千姿百態，採空區引起的地表變形破壞種類多、形態多、規律性差；②鐵塔基礎種類、形式規整統一，規模相對不大，單塔占地較小；③承受動荷載能力強、允許變形量大，屬於柔性系統[1]。基於這些特點，通過上述多種方案的比較與分析後，本文推薦採用連通器原理輔助鐵塔實時糾偏技術、增加橫向隔撐相結合的方法對鐵塔進行加固糾偏。連通器原理輔助鐵塔實時糾偏技術將鐵塔基礎連為整體，同時及時消除或減小了不均勻沉降對鐵塔造成的影響；橫向隔撐加強了塔身的強度和剛度。
由此本文認為實現連通器原理輔助輸電鐵塔實時糾偏技術的設想是有可能的，並且其將會進一步降低
輸電鐵塔加固、糾偏的工程造價，更好更及時的保障輸電鐵塔的安全。
5.結論
國內外已採用的對採空區輸電鐵塔變形的治理方案大致可分為兩大類，即塔身加固糾偏和塔基加固糾偏。塔身加固糾偏的受力分析明確、計算可靠，施工容易，造價低，安全可靠性高，但對施工技術要求較高，加固糾偏效果較差。塔基加固糾偏的受力分析較不明確，施工較難，造價較高，
安全可靠性較高，但其加固糾偏效果較好。
雖然國內外已採用的方案各有優點，但都不能實現實時糾偏。通常採空區對輸電鐵塔威脅最大的是地表的不均勻沉降，利用連通器原理輔助輸電鐵塔實時糾偏技術與其它技術的合理配合，能夠
在最大程度上減輕不均勻沉降對輸電鐵塔的影響，甚至在一定條件下可以消除其影響。
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