王亚军

1 工程概况

2009年12月27日接到施工单位反馈的信息，750 kV渭延输电线路150号塔地面出现塌陷，裂缝，塔体倾斜，地面起始沉陷时间为2009年12月24日，根据调查，150号塔下及其附近地表出现裂缝是由于正在开采煤矿引起的地面沉陷，属新近沉陷。到目前为止，地表裂缝及沉降情况比较严重，塔基周围高角度张剪裂缝达数十条，裂缝延伸长度12 m～396 m不等，最大落距近0.8 m，最大宽度达0.5 m，塔基附近裂缝延伸方向与煤层开采方向大致成25°～40°夹角，地面呈台阶式向东南方向倾斜。

2 压覆区地质条件

压覆区地貌单元属于黄土残塬，三面临黄土冲沟，黄土冲沟深度40 m～60 m，海拔高度为900 m～1 000 m。该区内地质构造简单，整体为一向北西倾斜的单斜地层，地层产状总体较平缓，倾角2°～9°。区内覆盖层为第四系黄土，下伏基岩主要为二叠系粉砂岩、泥岩及细砂岩。压覆区主要开采分布厚度稳定的5－2煤层。该煤层埋深222.39 m～325.38 m，平均埋深291.73 m，煤层厚度2.6 m;煤层上覆基岩厚度76.39 m～252.43 m，平均厚度175.10 m。

3 煤炭开采方式及150号塔在地表移动盆地中的位置

区内煤炭开采方式为机械回采，开采煤层厚度约2.6 m，开采作业面为条式布置，宽度约150 m，长度约700 m，采深采厚比为146，日开采进速度为2 m/d，回风、送料、运输巷道宽度约20 m。

150号塔位于地表移动盆地中的外边缘区，属于采空区外侧矿层的上方，目前150号塔底下煤层还未开采，塔周围裂缝的性质属张拉裂缝，裂缝最大宽度50 cm，垂直落差70 cm，地面向盆地中心倾斜，裂缝垂直落差逐渐变小。

4 建立变形观测网

为了观测铁塔的倾斜度和塔腿的水平位移，在稳定地块上埋设控制桩，建立测量控制网，用于监测150号塔及塔基周围地表的变形规律。沿线路方向和垂直线路方向布设两条剖面线，两条剖面线交点通过塔位中心，分别是剖面Ⅰ和Ⅱ(见图1)。在剖面线上选择主要地裂缝，并在地裂缝上、下盘布设观测点，观测塌陷裂缝随时间的发展情况。另外在有可能发生潜在滑坡的地段垂直塌陷裂缝布设观测剖面Ⅲ，观测采空区塌陷是否会诱发坡体滑坡。变形观测的目的是为采空区塌陷完成后对铁塔纠偏工作提供科学可靠的测量数据。变形观测的任务是观测150号塔的倾斜方向，分别观测沿线路方向和垂直线路方向倾斜角度;观测塔基中心水平方向的位移;观测主要地裂缝的变化情况。

4.1 地表下沉变形

从表1中累计沉降量可以看出:距采空区越近，地表沉降越剧烈。地面最大沉降量为观测点Ⅱ-5(距采空区最近)，沉降量为375 mm;最小沉降量为观测点Ⅲ-1(距采空区最远)，沉降量仅为5 mm。此外，受塔基处局部荷载较大的影响，等值线在塔位处出现了不平滑的突变，主要是因为该处应力较集中。

表1 观测日起塔腿及部分点沉降结果表 mm

为了反映2010年3月9日四个塔腿沉降的不均匀性，以沉降量最小的150-2塔腿为基准，计算目前四个塔腿的沉降差，从表1中可以看出，四个塔腿沉降量具有不均匀沉降的特点。

4.2 下沉速度

下沉速度是相邻两次观测时间内单位时间的下沉值，它反映了变形剧烈程度。一般将下沉速度大于1.7 mm/d的这段时间称为地表移动活跃期，150号塔中心点及四个塔腿沉降、下沉速度及变形时期见表2。可见各监测点下沉速度均大于1.7 mm/d，目前处于地表移动的活跃期。而且，离采空区较远的点(150-2，150-3)下沉速度小于离采空区较近的点(150-1，150-4和Ⅰ-0)。从下沉速度降低幅度一栏可以看出，降幅均在40%以上，150号塔四个塔腿及塔中心下沉速度已经明显趋于变缓，根据对该煤田老采空区调查，剧烈变形需要3个～5个月可以完成，随后下沉速度减弱，沉降进入衰退期。

表2 150号塔四个塔腿及塔中心下沉速度

4.3 塔腿及塔腿中心水平位移

水平位移与沉降有相似的分布规律:距采空区越近，水平位移值越大(见表3)。各塔腿的水平位移方向大致与等值线垂直。将水平位移与沉降值进行矢量合成，可得到某点的总位移方向。

表3 塔腿及塔腿中心水平位移结果表 mm

4.4 铁塔倾斜变形

观测工作到目前为止共进行了4次铁塔测斜工作，测量结果见表4。

表4 铁塔倾斜观测结果表

可以看出，铁塔偏移量随时间增加，偏移速度逐渐变缓(见图2)，这也印证了地表变形速度在变缓。

铁塔的倾斜方向与沉降等值线基本垂直。

5 地表变形的规律

区内煤炭开采方式为机械回采，开采作业面为条式布置，位于地表移动盆地外边缘区的150号塔及其附近土体受张拉力作用，多出现张拉裂缝，裂缝宽度最大为0.5 m，由移动盆地外边缘区向移动盆地中心区裂缝宽度变小，移动盆地外边缘区影响范围约60 m，向上扩散角度约80°，随着开采工作面向前推进，150号塔变形逐渐变缓，在开采工作面前部又出现新的拉张裂缝。目前，该条带式开采作业面从2009年4月开始～2009年4月完毕，形成了一个近似椭圆形的沉陷盆地。

6 地表变形的预测及处理措施

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》相关公式预测地表最终最大沉降、地表最大下沉速度和地表移动延续时间:

地表最终最大沉降Wmax=2.35 m(移动盆地中心区)。

地表最大下沉速度vmax=24.9 mm/d(活跃期盆地中心区)。

地表移动延续时间T=2.3年。

经过计算及对附近已经开采过的地面塌陷情况调查，该条块地面完成塌陷尚需要2.3年，在150号塔剧烈变形末期应根据塔的铁塔倾斜偏移量和水平位移量需要对塔进行垂直纠偏和水平纠偏，同时对150号塔四个塔腿包围的范围用素填土加高30 cm～50 cm，设置散水坡，使雨水集中排放到附近冲沟之中;对塔周围地裂缝用3∶7灰土进行夯实处理，防止自然降水渗入地裂缝，使地面沉降加剧。

7 结语

1)由于150号塔位于地表移动盆地的外边缘区，塔基变形经受了水平移动变形和塔体倾斜两种变形方式，该塔下部煤层开采时还要经过第二次水平移动变形和塔体倾斜变形的影响。

2)该工程基础设计时采取了结构措施，采用了复合大板式基础形式，通过调平地脚螺栓，分期复位，可以对塔侧斜进行纠偏，水平复位可用千斤顶将基础进行水平复位，采空区采用复合大板式基础是一种切实可行的方法。

3)对于线路跨越未来采空区，应走访煤矿开采部门，详细了解未来开采计划，开采方式，采深采厚比，开采边界，回风巷及送料巷宽度，使塔位选在未来煤矿开采形成的移动盆地的中心区，移动盆地中心区主要以下沉变形为主，地面裂缝较窄，上下盘错距小，塔整体均匀下沉，水平位移不大，只需要预先加高与煤层厚度相等的塔身，不会影响线路的正常运行，另外移动盆地的中心区具有一次变形的特点，有利于日后对塔进行纠偏工作。

［1］林宗元.岩土工程勘察设计手册［M］.沈阳:辽宁科学技术出版社，2007.