霍曉波 任 民 郭躍平

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030000)

1 研究背景

從山西省采空影響區(qū)分布來看，其形成主要由煤礦開采造成。煤炭資源的大規(guī)模開采，導(dǎo)致采空區(qū)塌陷等地質(zhì)災(zāi)害問題日趨嚴(yán)重。近年來，隨著坑口電廠的大量建設(shè)，線路走廊日趨緊張，造成許多電力送出線路必須經(jīng)過煤礦采空區(qū)。除運(yùn)城地區(qū)未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)對(duì)輸電線路桿塔造成影響外，其他各地區(qū)均有采空區(qū)對(duì)桿塔造成影響的監(jiān)測(cè)記錄，涉及縣鄉(xiāng)(鎮(zhèn))41個(gè)，記錄在案的煤礦礦區(qū)45個(gè)，影響線路條數(shù)70余條。采空區(qū)基礎(chǔ)同普通地段設(shè)計(jì)差異大，費(fèi)用水平也存在較大差異，特別是特高壓工程基礎(chǔ)工程量大，桿塔自重大，引起的費(fèi)用增加因素增多，費(fèi)用比重大。目前，對(duì)輸電線路工程采空區(qū)的研究，大多更關(guān)注于技術(shù)方面，關(guān)于工程造價(jià)的分析研究較少。

采空區(qū)對(duì)工程造價(jià)的影響較大，必須加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制，合理降低工程造價(jià)。由于大板基礎(chǔ)的造價(jià)往往是和線路本體費(fèi)用混在一起難以區(qū)分，在方案比選階段和設(shè)計(jì)文件評(píng)審階段，各單位又對(duì)大板基礎(chǔ)的造價(jià)比較重視。因此，有必要對(duì)已投產(chǎn)工程采空區(qū)防護(hù)大板基礎(chǔ)造價(jià)開展總結(jié)研究。

2 采空區(qū)輸電線路工程設(shè)計(jì)技術(shù)方案

對(duì)于穿越采空區(qū)的輸電線路，山西地區(qū)的理念是不回避未來可能出現(xiàn)的桿塔傾斜，在建設(shè)階段通過一定的技術(shù)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(fù)位，經(jīng)過簡(jiǎn)單處理即可繼續(xù)使用。

現(xiàn)階段采空區(qū)設(shè)計(jì)的技術(shù)方案包括路徑盡量避讓采空區(qū)、基礎(chǔ)采用防護(hù)大板基礎(chǔ)、預(yù)留煤柱、對(duì)采空影響區(qū)進(jìn)行地基處理等。

2.1 防護(hù)大板基礎(chǔ)

采空區(qū)輸電線路防護(hù)大板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要遵循下列原則：

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

2)對(duì)于常規(guī)線路(常規(guī)線路指除特高壓輸電線路、跨區(qū)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(hù)大板基礎(chǔ)措施；

3)對(duì)于重要線路，當(dāng)開采方式為長(zhǎng)壁式，采厚比150以內(nèi)，均采用防護(hù)大板基礎(chǔ)措施。

2.2 關(guān)于預(yù)留煤柱

煤礦開采區(qū)內(nèi)預(yù)留保安煤柱需要根據(jù)煤層埋深、上覆巖層巖性按一定的擴(kuò)散角留出，往往還需要留出一定的保護(hù)區(qū)寬度，需要壓覆的煤炭資源量相當(dāng)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(dòng)角45°，130 m的巖石層，移動(dòng)角75°，一基塔壓煤19萬t，每噸按6.5元計(jì)算，預(yù)留煤柱的賠償費(fèi)124萬元。如果煤層埋深400 m～800 m，煤柱的擴(kuò)散角按75°計(jì)算，煤柱的底寬達(dá)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(shè)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(yù)留煤柱的優(yōu)點(diǎn)是能確保輸電線路鐵塔不受煤礦采動(dòng)影響，其缺點(diǎn)是預(yù)留煤柱方量巨大，賠償額通常是建設(shè)單位難以承受的，因此在山西地區(qū)一般不考慮專門為輸電線路預(yù)留保安煤柱。

2.3 地基處理原則

對(duì)于開采后尚未穩(wěn)定的采空區(qū)，若穩(wěn)定性評(píng)價(jià)不能滿足工程建設(shè)要求，且工程建設(shè)時(shí)間緊迫，不能等待地表變形穩(wěn)定時(shí)，可考慮采用注漿法、干砌支撐法對(duì)已有采空區(qū)進(jìn)行處理。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)不穩(wěn)定的采空區(qū)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(yù)想方案進(jìn)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(duì)小窯采空區(qū)井下進(jìn)行填充，相對(duì)于鐵塔基礎(chǔ)投資，灌漿充填費(fèi)用較高。目前山西地區(qū)輸電線路途經(jīng)的采空區(qū)多為未來采空區(qū)，即在線路通過時(shí)煤礦尚未開采，地面以下尚未出現(xiàn)采礦空洞，因此在建設(shè)階段難以采用注漿法、干砌支撐法對(duì)地基進(jìn)行處理，且經(jīng)濟(jì)費(fèi)用較大。

3 不同電壓等級(jí)主力塔型防護(hù)大板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基于以上設(shè)計(jì)技術(shù)方案分析，目前較為經(jīng)濟(jì)且切實(shí)可行的方案主要為采用防護(hù)大板基礎(chǔ)。同時(shí)總結(jié)可知經(jīng)過采空區(qū)的線路電壓等級(jí)主要集中在±800 kV，500 kV和220 kV，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需綜合考慮桿塔呼稱高、塔型、塔重、基礎(chǔ)型式，計(jì)算確定大板基礎(chǔ)尺寸(板厚、板寬)及配筋形式。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)及現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，山西地區(qū)常見大板基礎(chǔ)型式有以下幾種。

3.1 ±800 kV防護(hù)大板(單回路)

多采用厚度400 mm大板基礎(chǔ)?；匦未蟀寤A(chǔ)能節(jié)約部分土石方量、混凝土量；但需在根開尺寸較大，滿足4個(gè)基礎(chǔ)底板尺寸要求，中間部位達(dá)到一定尺寸和混凝土方量時(shí)，方有必要，如圖2，圖3所示為常見±800 kV直線、耐張防護(hù)大板示意圖。

3.2 500 kV防護(hù)大板(單回路)

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

3.3 220 kV防護(hù)大板(單回路)

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

總結(jié)以上各電壓等級(jí)典型大板基礎(chǔ)，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示，各電壓等級(jí)大板厚度多為0.4 m，但由于導(dǎo)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(jí)典型大板基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)

4 常見電壓等級(jí)防護(hù)大板基礎(chǔ)單基費(fèi)用測(cè)算

4.1 測(cè)算依據(jù)

為使該測(cè)算結(jié)果具有一定的代表性，本次不同電壓等級(jí)防護(hù)大板基礎(chǔ)費(fèi)用測(cè)算對(duì)典型方案的項(xiàng)目劃分、定額、取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、社保及公積金費(fèi)率、材料價(jià)格、材料運(yùn)距、地形比例、地質(zhì)比例等進(jìn)行了必要的、適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。具體如下：

1)防護(hù)大板基礎(chǔ)造價(jià)按照不同電壓等級(jí)、直線/耐張塔型逐一單獨(dú)測(cè)算，同時(shí)對(duì)每個(gè)方案都設(shè)定單一地形和地質(zhì)，其中地形分為平地、丘陵、山地，地質(zhì)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(qū)平地地形條件下巖石地質(zhì)情況較少故未針對(duì)此情況進(jìn)行測(cè)算。

2)嚴(yán)格執(zhí)行《電網(wǎng)工程建設(shè)預(yù)算編制與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》(2013年版)，且采用目前最新的《2013年版電力建設(shè)工程定額估價(jià)表：輸電線路工程》進(jìn)行測(cè)算，最終計(jì)入投資指標(biāo)為本體工程費(fèi)與編制基準(zhǔn)期價(jià)差之和。

3)目前已搜集到的煤礦采空區(qū)防護(hù)大板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)案例均位于山西省，故取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)按Ⅲ類地區(qū)考慮，現(xiàn)行文件中規(guī)定社會(huì)保障費(fèi)為31.1%、住房公積金為10%，具體取費(fèi)基數(shù)及費(fèi)率見表2。

表2 Ⅲ類地區(qū)各電壓等級(jí)安裝工程費(fèi)取費(fèi)基數(shù)及費(fèi)率

4)材料運(yùn)輸?shù)钠骄嚯x按常規(guī)工程考慮，汽車運(yùn)距統(tǒng)一設(shè)定為25 km，人力運(yùn)距平地地形設(shè)定為0.25 km、丘陵地形設(shè)定為0.5 km、山地地形設(shè)定為0.8 km。

5)定額中未計(jì)價(jià)材料主要為基礎(chǔ)材料，其參照山西省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)定額站發(fā)布的山西工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)定額信息2018年和2019年，經(jīng)過梳理對(duì)比分析得出基礎(chǔ)材料價(jià)格波動(dòng)較小，具體選價(jià)價(jià)格見表3。

表3 定額未計(jì)價(jià)材料選價(jià)一覽表

6)人材機(jī)調(diào)整系數(shù)文件參照定額[2019]7號(hào)《電力工程造價(jià)與定額管理總站關(guān)于發(fā)布2013版電力建設(shè)工程概預(yù)算定額2018年度價(jià)格水平調(diào)整的通知》執(zhí)行。

4.2 費(fèi)用測(cè)算結(jié)果

將各電壓等級(jí)典型大板基礎(chǔ)在不同地形和地質(zhì)條件下的指標(biāo)按照以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行造價(jià)計(jì)算，其測(cè)算結(jié)果見表4，圖8。

表4 不同地質(zhì)地形條件下常見電壓等級(jí)大板基礎(chǔ)單基費(fèi)用測(cè)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(zhì)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(zhì)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(zhì)條件下每基投資均在60萬元以下，巖石地質(zhì)條件下達(dá)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(zhì)條件下每基投資均在100萬元以下，巖石地質(zhì)條件下達(dá)到110萬元～130萬元。

由圖8分析可知，隨著地形變差、地質(zhì)情況變差，大板造價(jià)越來越高。220 kV直線塔和耐張塔、500 kV直線塔大板基礎(chǔ)造價(jià)隨著地形地質(zhì)的變化幅度較小，多集中在10萬元/基～30萬元/基?！?00 kV塔型大板基礎(chǔ)造價(jià)變化幅度較大，直線塔大板造價(jià)從30萬元/基至100萬元/基，耐張塔大板造價(jià)從40萬元/基至130萬元/基。

相同地質(zhì)條件下，丘陵地形造價(jià)為平地地形造價(jià)的1.1倍～1.3倍，山地地形造價(jià)為平地地形造價(jià)的1.5倍～1.8倍；相同地形條件下，松砂石地質(zhì)造價(jià)為普通土造價(jià)的1.1倍～1.5倍，巖石地質(zhì)造價(jià)為普通土造價(jià)的1.7倍～2.2倍。

5 結(jié)語

本文總結(jié)了煤礦采空區(qū)主要設(shè)計(jì)技術(shù)方案，并依托已投產(chǎn)的山西地區(qū)煤礦采空區(qū)輸電線路工程防護(hù)大板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，對(duì)主力塔型大板基礎(chǔ)工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，依據(jù)最新預(yù)規(guī)、定額、執(zhí)行文件、案例所在地取費(fèi)及材料價(jià)格等，按照不同電壓等級(jí)、不同塔型逐一單獨(dú)測(cè)算各地形及地質(zhì)條件下防護(hù)大板基礎(chǔ)費(fèi)用，得出以下結(jié)論：

1)在路徑受限條件下，相較于預(yù)留煤柱、采空區(qū)地基處理，鐵塔基礎(chǔ)采用防護(hù)大板基礎(chǔ)方案是最經(jīng)濟(jì)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(zhì)條件下，丘陵地形造價(jià)為平地地形造價(jià)的1.1倍～1.3倍，山地地形造價(jià)為平地地形造價(jià)的1.5倍～1.8倍。

6)相同地形條件下，松砂石地質(zhì)造價(jià)為普通土造價(jià)的1.1倍～1.5倍，巖石地質(zhì)造價(jià)為普通土造價(jià)的1.7倍～2.2倍。

7)本文測(cè)算得出的±800 kV，500 kV，220 kV電壓等級(jí)典型大板基礎(chǔ)在不同地形和地質(zhì)條件下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可作為方案比選、測(cè)算投資參考，亦可作為技經(jīng)人員、評(píng)審人員的現(xiàn)階段參考標(biāo)準(zhǔn)。

8)本文僅針對(duì)山西地區(qū)煤礦采空區(qū)防護(hù)大板基礎(chǔ)案例進(jìn)行梳理分析測(cè)算，為進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，建議多搜集其他地區(qū)采空區(qū)防護(hù)大板基礎(chǔ)案例。