特高压线路采动影响区数值分析及基础设计

特高压线路采动影响区数值分析及基础设计
傅心荣
(福建永福电力设计股份有限公司，福建福州350108)
摘要上海庙-山东±800k V特高压直流输电线路工程（梁山、东平县界-安子沟北），优化后的线路路径不可避 免地经过采动影响区，基于对采动影响区的数值计算分析和稳定性评价，对采动影响区铁塔基础进行特殊设计，实现了 输电线路合理适用、安全可靠的设计目标。

关键词特高压;采动影响区；稳定性评价;基础设计方案
0引言
我国煤矿资源丰富，近年来随着电网建设不断发展，越 来越多地遇到输电线路途经已有煤矿区域。

在这些区域立 塔，轻则将造成基础倾斜、开裂、杆塔变形，重则造成基础沉 陷、杆塔倾倒，严重威胁输电线路的安全运行[1。

若设计方案 对采空区的变形及塌陷估计不足或处理不当，可能对输电线 路的安全运行造成严重后果，带来巨大损失。

上海庙-山东±800k V特高压直流输电线路工程（梁 山、东平县界一安子沟北），优化后的线路路径不可避免地经 过采动影响区，为确保特高压线路工程安全稳定运行，针对 特高压线路工程的概况特点、采动影响区稳定性评价、铁塔基础设计选型、基础分析计算及调整处理措施等进行了酿。

1工程概况
上海庙一山东± 800k V特高压直流输电线路工程包13 标段，线路起点为梁山县与东平县交界处，终点位于宁阳县 安子沟北，途经泰安市东平县、济宁市汶上县、泰安市宁阳 县。

本线路在汶上县境内由于路径走廊限制，需要跨越杨店 铁矿拟开采区(见图1)，相对于本工程属于未来采空区。

该矿区磁铁矿矿床由1个矿体组成，矿体呈层状、似层 状产出，倾向240。

，倾角43~60。

，一般55。

矿体围岩为黑 云变粒岩、磁铁角闪石英岩，矿体顶底板围岩为硬质岩，岩体 较完整。

矿床直接充水含水层富水性弱，水文地质条件简单。

交叉核查。

5结语
在水泥企业能源审计中，由于各企业自身的特点，可能 还存在其他问题需要进一步审核确认。

如被审计企业有多条 生产线，且有部分原料、能源消耗是共用的，在审计计算中应 采用合理的方法将共用部分的原料、能源消耗分摊至各生产 线。

在现场审计中，对实际遇到的具体问题应具体分析。

通过对审计计算用各相关数据的审核，获取各生产线水 泥单位产品能耗指标计算用的数据，采用G B 16780提供的 计算方法计算出各单位产品能耗指标值。

将各指标值与国 际、国内先进水平、平均水平进行比较，分析企业的节能潜力 以及可采取的节能措施，促进企业进行节能技术改造，加强 节能管理，提高能源利用效率，从而提高企业的经济效益，促 进节能减排。

参考文献
[1]企业能源审计技术通则：G B/T17166-1997[S].北京：中国
标准出版社，1997.[2] 水泥单位产品能源消耗限额：G B 16780-2012[S].北京：中
国标准出版社，2013.
[3] 刘继开，陶从喜，肖秋菊.水泥单位产品能源消耗计算方
法----解读 G B16780-2007J].中国水泥，2008(2).
[4] 电子式交流电能表:JJG596-2012[S].北京：中国质检出版
社，2013.
[5]财政部国家税务总局.关于印发《资源综合利用产品和劳
务增值税优惠目录》的通知[Z].2015-6-12.
[6] 建筑材料行业能源计量器具配备和管理要求：G B/T
24851-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.
[7] 综合能耗计算通则：G B/T2589-2008[S].北京：中国标准
出版社，2008.
[8] 煤的工业分析方法:G B/T212-2008[S].北京：中国标准出
版社，2008.
[9] 煤的发热量测定方法：G B/T213-2008[S].北京：中国标准
出版社，2008.
[10] 水泥回转窑热平衡测定方法：G B/T26282-2010 [S].北
京：中国标准出版社，2011.
作者简介:黄讲红，女，硕士，工程师。

图1路径与矿区平面示意图
本线路途径该地下矿体预计的采深、采厚比为6~50,由 于该矿体大部埋深较浅，其浅部开采区(如-29m 开采水平) 的顶板以第四系覆盖层为主，岩体厚度不大。

2采动影响区数值计算分析
在了解与调查地表沉陷理论、矿山开采沉陷数值模拟的 研究历史及研究现状的基础上，根据杨店铁矿矿区矿产地质 特点和开采方法、开发方案等，选取有限差分数值模拟方法 建立F L A C 数健型，研究地表及上覆岩层的采场地压和移 动规律，从而得出开采沉陷的规律和稳定性评价，为采动影 响区铁塔基础设计提供了设计依据。

2.1数值计算模型的建立
根据现场Z K 73勘探线地质剖面图（图2)建立准三维地 质模型，地表绝对高程45m ，第四系厚度取50m ，根据Z K 73 钻孔数据确定矿体位置和倾角。

为了考虑模型的边界效应， 模型的左右边界取开挖矿体影响范围200m 。

上边界取地表
面。

模型的下边界取300m ，宽度取443m 。

模 型尺寸为443m x 300m x l m 。

主要米用有限 差分F L A C 3D 软件进行数值模型计算分析， 有限元A B A Q U S 软件辅助建立计算3D 网格 模型。

模型总计2642个单元体，其中包含 542个网格节点。

采用实体单元8节点六面 体模拟土体且土体结构计算使用摩尔-库伦 本构模型。

最终建立模型如图3、图4所示。

计算模型四周的外边界和底边界均约束 边界面法向位移，地表为自由边界。

考虑构造 应力场，取侧压系数1.2。

地应力计算平衡后 的初始应力场如下图5所示。

2.2物理力学参数
依据地质勘查报告，第四系松散岩层存
在于地表及以下70m ，其余部分为岩体，采用 的充填体参数参考文献[2]，矿体参数参考勘
察报告。

具体参数如表1所示。

表1矿岩物理力学参数表[2]
岩层密度/弹性模 (kg /m 3)量 /GPa 泊松比
粘聚力/MPa 内摩擦抗拉强
角 /(°)度/MPa 第四系
地层19600.050.320.05280.02基岩2650 1.60.22 1.2535 1.28矿体3460120.2614.937.912.2充填体
2000
0.6
0.3
0.75
30
1.20
2.3矿体开挖施工过程模拟
依据矿体赋存深度，矿量分布以及采矿方法构成要素， 得出阶段高度为55m 。

划分为-29 ~ -84m —个中段，-29m 为 回风水平。

主要分析杨店铁矿开挖对地表和塔細降的影响，依据 现场地质勘查剖面图和已有的C A D 图形数据估算出塔基的
图2勘查范围与资源量估算范围叠合图
图3计算模型
图4地层分层图
图5初始地应力平衡
图6塔基的地理位置图7塔基的位置
图8 -84m 中段水平开挖
地雜置，见图6、图7,铁矿具体施工过程模拟如图8至图9 所示。

2.4沉降及水平变形分析
主要分析-84m 这个开采水平对地表沉降的影响。

如图 1所示，以Z K 73勘探线剖面线建立准三维模型，坐标系在 图中用红色箭头表示，沿着箭头的方向为正，反方向为负。

具 体计算结果见图111。

分析以上图可知：
图9 -84m 中段充填
(1)
地表沉降在矿体两侧呈现不规则分布特征，矿体左
侧沉降明显大于右侧沉降，右侧沉降很小，不到1m m 。

地表最 大沉降在2.2m m 左右。

(2)
在矿体右侧投影到地表的位移出现局部隆起现象，
隆起值很小，最大值为0.2m m 左右，几乎可以忽略不计。

⑶水平位移分布和竖向位移分布类似，在矿体两侧同 样呈现不规则分布特征，地表水平变形趋势为两侧向中间移 动，向正向移动的位移明显大于向负方向移动的位移。

最大
图12-84m 中段开挖地表竖向位移图
水平位移值为2.5m m 左右，分布在矿体左侧，矿体右侧水平 位移向负方向移动，位移值很小，最大值为〇.7m m 左右。

(4)塔基所在位置地表点最大竖向沉降为0.25m m 左右， 最大水平位移为〇.5m m 左右，方向向左。

铁矿开挖对塔基变 形影响甚微，在允许范围之内。

3铁塔基础设计
由上分析可知，铁矿开挖对塔基变形影响甚微，在允许 范围之内。

但考虑到特高压线路的重要性，本工程铁塔基础 设计仍采取一定的措施来保证其安全稳定。

⑴铁塔使用条件及基础承载力留有一定裕度。

⑵本工程采用中空复合防护大板基础，即在直柱柔性 板式基础下面设置一整块现浇钢筋砼大板，基础与大板之间 加l O O m m 厚的卵石加砂塾层，使基础与大板之间具有一定 的滑动性。

⑴基础与铁塔采用地脚螺栓连接，地脚螺栓露头比常 规加长150m m ，以方便后期不均匀沉降后的基础处理。

4结论
通过对特高压线路采动影响区进行变形计算分析及稳 定性评价，并进行铁塔基础设计方案研究，实现了输电线路 合麵用、安全可靠的设计目标，主要结论如下：
⑴计算模型水平方向443m 范围内地表矿体开挖引起 的最大地表位移主要发生在矿体两端移动范围边界附近。

中 段开挖完成后地表的最大沉降在2.2m m 左右，地表沉降变形
图13-84m 中段开挖地表水平位移图
基本趋势呈现“横S 型”。

⑵矿体开挖引起的地表水平变形趋势为两侧向中间移 动。

正向水平移动趋势更明显。

整个开挖过程发生的正向水 平平移最大值均在2.5m m 左右。

⑴矿体开挖对塔基变形影响较小，最终开挖完成后基 础竖向位移为2.2m m ,水平位移为正向2.5m m ,总体来说，塔 基变形受矿体开挖影响不明显。

⑴分别取基础左右20m 范围为塔基沉降的影响边界， 塔基左右边界范围内水平位移差异最大值小于O .lmrn /m 。

水 平变形满足规范要求。

⑴本工程采用复合式防护大板基础、加长地脚螺栓及 柔性配筋基础等措施，实现了铁塔基础设计方案合理适用、 安全可靠的设计目标。

参考文献
[1] 郭磊.输电线路经过采动影响区基面开方量的优化[J ].山
西建筑，2014(23):124-125.
[2] 张梅花，高谦,翟淑花，等.金川二矿贫矿开采充填设计优化
及数值分析[J ].金属矿山，2009 (11) :28-31.
作者简介:傅心荣（1984-)，男，福建泉州人，工学硕士学 位，中级工程师，现从事输电线路结构方面相关工作。

图10模型方向示意图 图11 -84m 中段开挖竖向位移矢量云图
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•-地表沉降
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