王亞軍

1 工程概況

2009年12月27日接到施工單位反饋的信息，750 kV渭延輸電線路150號塔地面出現(xiàn)塌陷，裂縫，塔體傾斜，地面起始沉陷時(shí)間為2009年12月24日，根據(jù)調(diào)查，150號塔下及其附近地表出現(xiàn)裂縫是由于正在開采煤礦引起的地面沉陷，屬新近沉陷。到目前為止，地表裂縫及沉降情況比較嚴(yán)重，塔基周圍高角度張剪裂縫達(dá)數(shù)十條，裂縫延伸長度12 m～396 m不等，最大落距近0.8 m，最大寬度達(dá)0.5 m，塔基附近裂縫延伸方向與煤層開采方向大致成25°～40°夾角，地面呈臺(tái)階式向東南方向傾斜。

2 壓覆區(qū)地質(zhì)條件

壓覆區(qū)地貌單元屬于黃土殘塬，三面臨黃土沖溝，黃土沖溝深度40 m～60 m，海拔高度為900 m～1 000 m。該區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，整體為一向北西傾斜的單斜地層，地層產(chǎn)狀總體較平緩，傾角2°～9°。區(qū)內(nèi)覆蓋層為第四系黃土，下伏基巖主要為二疊系粉砂巖、泥巖及細(xì)砂巖。壓覆區(qū)主要開采分布厚度穩(wěn)定的5－2煤層。該煤層埋深222.39 m～325.38 m，平均埋深291.73 m，煤層厚度2.6 m;煤層上覆基巖厚度76.39 m～252.43 m，平均厚度175.10 m。

3 煤炭開采方式及150號塔在地表移動(dòng)盆地中的位置

區(qū)內(nèi)煤炭開采方式為機(jī)械回采，開采煤層厚度約2.6 m，開采作業(yè)面為條式布置，寬度約150 m，長度約700 m，采深采厚比為146，日開采進(jìn)速度為2 m/d，回風(fēng)、送料、運(yùn)輸巷道寬度約20 m。

150號塔位于地表移動(dòng)盆地中的外邊緣區(qū)，屬于采空區(qū)外側(cè)礦層的上方，目前150號塔底下煤層還未開采，塔周圍裂縫的性質(zhì)屬張拉裂縫，裂縫最大寬度50 cm，垂直落差70 cm，地面向盆地中心傾斜，裂縫垂直落差逐漸變小。

4 建立變形觀測網(wǎng)

為了觀測鐵塔的傾斜度和塔腿的水平位移，在穩(wěn)定地塊上埋設(shè)控制樁，建立測量控制網(wǎng)，用于監(jiān)測150號塔及塔基周圍地表的變形規(guī)律。沿線路方向和垂直線路方向布設(shè)兩條剖面線，兩條剖面線交點(diǎn)通過塔位中心，分別是剖面Ⅰ和Ⅱ(見圖1)。在剖面線上選擇主要地裂縫，并在地裂縫上、下盤布設(shè)觀測點(diǎn)，觀測塌陷裂縫隨時(shí)間的發(fā)展情況。另外在有可能發(fā)生潛在滑坡的地段垂直塌陷裂縫布設(shè)觀測剖面Ⅲ，觀測采空區(qū)塌陷是否會(huì)誘發(fā)坡體滑坡。變形觀測的目的是為采空區(qū)塌陷完成后對鐵塔糾偏工作提供科學(xué)可靠的測量數(shù)據(jù)。變形觀測的任務(wù)是觀測150號塔的傾斜方向，分別觀測沿線路方向和垂直線路方向傾斜角度;觀測塔基中心水平方向的位移;觀測主要地裂縫的變化情況。

4.1 地表下沉變形

從表1中累計(jì)沉降量可以看出:距采空區(qū)越近，地表沉降越劇烈。地面最大沉降量為觀測點(diǎn)Ⅱ-5(距采空區(qū)最近)，沉降量為375 mm;最小沉降量為觀測點(diǎn)Ⅲ-1(距采空區(qū)最遠(yuǎn))，沉降量僅為5 mm。此外，受塔基處局部荷載較大的影響，等值線在塔位處出現(xiàn)了不平滑的突變，主要是因?yàn)樵撎帒?yīng)力較集中。

表1 觀測日起塔腿及部分點(diǎn)沉降結(jié)果表 mm

為了反映2010年3月9日四個(gè)塔腿沉降的不均勻性，以沉降量最小的150-2塔腿為基準(zhǔn)，計(jì)算目前四個(gè)塔腿的沉降差，從表1中可以看出，四個(gè)塔腿沉降量具有不均勻沉降的特點(diǎn)。

4.2 下沉速度

下沉速度是相鄰兩次觀測時(shí)間內(nèi)單位時(shí)間的下沉值，它反映了變形劇烈程度。一般將下沉速度大于1.7 mm/d的這段時(shí)間稱為地表移動(dòng)活躍期，150號塔中心點(diǎn)及四個(gè)塔腿沉降、下沉速度及變形時(shí)期見表2。可見各監(jiān)測點(diǎn)下沉速度均大于1.7 mm/d，目前處于地表移動(dòng)的活躍期。而且，離采空區(qū)較遠(yuǎn)的點(diǎn)(150-2，150-3)下沉速度小于離采空區(qū)較近的點(diǎn)(150-1，150-4和Ⅰ-0)。從下沉速度降低幅度一欄可以看出，降幅均在40%以上，150號塔四個(gè)塔腿及塔中心下沉速度已經(jīng)明顯趨于變緩，根據(jù)對該煤田老采空區(qū)調(diào)查，劇烈變形需要3個(gè)～5個(gè)月可以完成，隨后下沉速度減弱，沉降進(jìn)入衰退期。

表2 150號塔四個(gè)塔腿及塔中心下沉速度

4.3 塔腿及塔腿中心水平位移

水平位移與沉降有相似的分布規(guī)律:距采空區(qū)越近，水平位移值越大(見表3)。各塔腿的水平位移方向大致與等值線垂直。將水平位移與沉降值進(jìn)行矢量合成，可得到某點(diǎn)的總位移方向。

表3 塔腿及塔腿中心水平位移結(jié)果表 mm

4.4 鐵塔傾斜變形

觀測工作到目前為止共進(jìn)行了4次鐵塔測斜工作，測量結(jié)果見表4。

表4 鐵塔傾斜觀測結(jié)果表

可以看出，鐵塔偏移量隨時(shí)間增加，偏移速度逐漸變緩(見圖2)，這也印證了地表變形速度在變緩。

鐵塔的傾斜方向與沉降等值線基本垂直。

5 地表變形的規(guī)律

區(qū)內(nèi)煤炭開采方式為機(jī)械回采，開采作業(yè)面為條式布置，位于地表移動(dòng)盆地外邊緣區(qū)的150號塔及其附近土體受張拉力作用，多出現(xiàn)張拉裂縫，裂縫寬度最大為0.5 m，由移動(dòng)盆地外邊緣區(qū)向移動(dòng)盆地中心區(qū)裂縫寬度變小，移動(dòng)盆地外邊緣區(qū)影響范圍約60 m，向上擴(kuò)散角度約80°，隨著開采工作面向前推進(jìn)，150號塔變形逐漸變緩，在開采工作面前部又出現(xiàn)新的拉張裂縫。目前，該條帶式開采作業(yè)面從2009年4月開始～2009年4月完畢，形成了一個(gè)近似橢圓形的沉陷盆地。

6 地表變形的預(yù)測及處理措施

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》相關(guān)公式預(yù)測地表最終最大沉降、地表最大下沉速度和地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間:

地表最終最大沉降Wmax=2.35 m(移動(dòng)盆地中心區(qū))。

地表最大下沉速度vmax=24.9 mm/d(活躍期盆地中心區(qū))。

地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間T=2.3年。

經(jīng)過計(jì)算及對附近已經(jīng)開采過的地面塌陷情況調(diào)查，該條塊地面完成塌陷尚需要2.3年，在150號塔劇烈變形末期應(yīng)根據(jù)塔的鐵塔傾斜偏移量和水平位移量需要對塔進(jìn)行垂直糾偏和水平糾偏，同時(shí)對150號塔四個(gè)塔腿包圍的范圍用素填土加高30 cm～50 cm，設(shè)置散水坡，使雨水集中排放到附近沖溝之中;對塔周圍地裂縫用3∶7灰土進(jìn)行夯實(shí)處理，防止自然降水滲入地裂縫，使地面沉降加劇。

7 結(jié)語

1)由于150號塔位于地表移動(dòng)盆地的外邊緣區(qū)，塔基變形經(jīng)受了水平移動(dòng)變形和塔體傾斜兩種變形方式，該塔下部煤層開采時(shí)還要經(jīng)過第二次水平移動(dòng)變形和塔體傾斜變形的影響。

2)該工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)采取了結(jié)構(gòu)措施，采用了復(fù)合大板式基礎(chǔ)形式，通過調(diào)平地腳螺栓，分期復(fù)位，可以對塔側(cè)斜進(jìn)行糾偏，水平復(fù)位可用千斤頂將基礎(chǔ)進(jìn)行水平復(fù)位，采空區(qū)采用復(fù)合大板式基礎(chǔ)是一種切實(shí)可行的方法。

3)對于線路跨越未來采空區(qū)，應(yīng)走訪煤礦開采部門，詳細(xì)了解未來開采計(jì)劃，開采方式，采深采厚比，開采邊界，回風(fēng)巷及送料巷寬度，使塔位選在未來煤礦開采形成的移動(dòng)盆地的中心區(qū)，移動(dòng)盆地中心區(qū)主要以下沉變形為主，地面裂縫較窄，上下盤錯(cuò)距小，塔整體均勻下沉，水平位移不大，只需要預(yù)先加高與煤層厚度相等的塔身，不會(huì)影響線路的正常運(yùn)行，另外移動(dòng)盆地的中心區(qū)具有一次變形的特點(diǎn)，有利于日后對塔進(jìn)行糾偏工作。

［1］林宗元.巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊［M］.沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2007.