DL∕T 5539-2018 采动影响区架空输电线路设计规范

P采动影响区架空输电线路设计规范2018-04-03发布2018-07-01实施中华人民共和国电力行业标准批准部门：国家能源局施行日期：2018年7月1日中国计划出版社2018年第4号依据《国家能源局关于印发<能源领域行业标准化管理办法经审查，国家能源局批准《风力发电机组振动状态评价导则》等2018年4月3日序号标准编号标准名称采标号批准日期实施日期空输电线路设计规范本标准由国家能源局负责管理，由电力规划设计总院提出，由能源行业电网设计标准化技术委员会负责日常管理，由中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送电力规划设计总院(地址：北京市西城区安德路65号，邮政编码：吴数伟刘人楷张安志毛彤宇赵书明主要审查人：李喜来段松涛廖宗高曾德森尹鹏 2术语和符号 3勘察与评价 5塔位选择 6电气设计 9地基处理 10监测与纠偏 附录A采动影响区垮落带、断裂带计算方法 附录B判断巷道式采动影响区地基稳定性的 附录C基于概率积分法的采动影响区地表 本标准用词说明 3.2Evaluationo AppendixAComputationalmethodofcavingzone foundationstabilityofla calculationbasedonprobabi Explanationofwordinginthisstandard Addition:Explanationofpr 1.0.2本标准适用于新建110(66)kV及以上架空输电线路(不2.1.6回采率ratioofrecovery;extractionrateFv——基础最大下压力；G——独立基础自重；Gm——巷道单位长度顶板上岩层所受的总重力；M——截面正截面承载力设计值；Mox——防护大板X方向总弯矩值；Q——作用在采动影响区顶板上的压力；σo——基底净反力；o₁——地表正曲率作用下基底反力；Oe—等效板底反力。2.2.2几何参数：A——防护大板底面面积；A₈——受拉钢筋面积；a-——独立基础外边缘到防护大板外边缘的距离；Bm——巷道宽度；h——独立基础至中间板带边缘距离；H——开采矿层走向主断面的采深、巷道顶板的埋藏深度；H₁——开采矿层的法线厚度；H₁——上层矿开采厚度；H₂——下层矿开采厚度；Hm——矿层垮落带最大高度；ha——矿层断裂带最大高度；h₁-2——上、下层矿之间的法向距离；h₀——大板截面受压有效高度；i-—-最大倾斜值；K,、Ky——中空大板防护基础开孔在x、y方向的宽度；L、Ly——铁塔在x方向、y方向的基础根开；Lo——x方向大板板带计算跨度；L、L₂——基础板带和中间板带的宽度；r——开采矿层走向主断面的主要影响半径；S——拐点偏移距；Umax——地表最大水平移动值；e——最大水平变形值；κ——铁塔所处位置的地表曲率值；tanβ——走向主断面的主要开采影响角的正切值。2.2.3计算参数：E——基础底部地基土的抗力系数；f-巷道单位长度侧壁摩阻力；q——下沉系数；Sy——水平移动系数；y₂——下层矿的垮落带高度与采厚之比；Z——垮落岩石的碎胀系数；Ys——内力臂系数；φ——顶板岩层的内摩擦角。3.2.3采用巷道式开采的采动影响区可按本标准附录B进行场3.2.5采动影响区位于山区时，应预判采动对坡体稳定性的4.0.3路径不宜选择在采深采厚4.0.5耐张段长度不宜大于5km,且耐张塔转角度数不宜过大。2已充分采动，且无重复开采可能的地表移动盆地的中1采深采厚比小于30的地段；3由于采动引起的地表倾斜大于10mm/m,地表曲率大于厚度、采深采厚比和开采方式，宜采用表8.1.3规定的基础处理措施。表8.1.3采动影响区输电线路基础处理措施采深采厚比增加地脚螺栓外露长度十钢筋增加地脚螺栓外露长度十钢筋混凝土板式基础十防护大板增加地脚螺栓外露长度十钢筋混凝土板式基础增加地脚螺栓外露长度+钢筋混凝土板式基础+防护大板²增加地脚螺栓外露长度增加地脚螺栓外露长度+钢筋混凝土板式基础增加地脚螺栓外露长度8.1.4线路位于老采动影响区时，宜采用钢筋混凝土板式基础，并增加地脚螺栓外露长度。8.1.5对于采动影响区、露天开采区的高回填地基，应根据回填时间和压实系数，采取适当处理措施。8.1.6地脚螺栓外露长度增加值不应小于150mm。8.1.7对于基础根开较大的杆塔，其防护大板可采用中空式(图开孔边缘的距离，一般取0.5m8.2防护大板计算8.2.1防护大板厚度宜取铁塔根开的1/40～1/20,且不应小于300mm、不宜大于600mm。8.2.2防护大板(图8.2.2)内力计算采用等效板带法，其计算应符合下列规定：1基底净反力可按下式计算：Fv——各工况下独立基础最大下压力(kN)。1—独立基础；2—防护大板；a--独立基础外边缘到防护大板外边缘的距离(m),一般取0.5m;b—独立基础底边宽度(m);h—独立基础至中间板带边缘距离(m),一般取防护大板厚度；L、B一防护大板在x、y方向的总宽度(m);L,、Ly——独立基础在x、y方向的基础根开(m);L;——基础板带宽度(m);L₂一中间板带宽度(m)2地表正曲率作用下基底反力可按下式计算：式中：κ——铁塔所处位置的地表正曲率值(10-3/m);15MN/m³~25MN/m³。3铁塔所处位置的地表曲率k可按下列公式计算：式中：H——开采矿层的法线厚度(mm);q——矿层充分开采的下沉系数，按本标准附录B取值；α——矿层的倾角；Wmax——矿层充分开采的最大下沉值(mm);H———开采矿层走向主断面的采深(m);tanβ——走向主断面的主要开采影响角的正切值，按本标准r-——开采矿层走向主断面的主要影响半径(m)。4考虑地表正曲率作用的等效板底反力σE可按下式计算：01——地表正曲率作用下基底反力(kN);OE——等效板底反力(kN)。5计算跨度Lxo可按下式计算：6计算板带方向的总弯矩值Mox可按下式计算：7总弯矩在中间板带和基础板带各截面上的分配系数可按表8.2.2确定；中间板带8防护大板配筋可按下式计算：式中：M——截面正截面承载力设计值(kN·m),由本标准(式8.2.2-8)和表8.2.2确定；8.3.4防护大板中纵向受力钢筋宜采用HRB400钢筋，直径不应小于12mm,间距不宜小于100mm,且不应大于200mm。8.3.5防护大板与上部独立基础间应设砂卵石垫层，厚度宜取100mm。附录A采动影响区垮落带、断裂带计算方法A.0.1当矿层倾角α<55°时，采动影响区垮落带及断裂带高度计算应符合下列规定：1当矿层顶板覆岩内有极坚硬岩层，采后能形成悬顶时，其下方的垮落带最大高度可按式(A.0.1-1)计算：Z——垮落岩石的碎胀系数；2当矿层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软岩层或其互层时，开采单一矿层的垮落带最大高度可按式(A.0.1-2)计算：式中：w——垮落过程中顶板的下沉值(m)。3当矿层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软岩层或其互层时，厚层矿分层开采的垮落带最大高度可按表A.0.1-1中的公式计算。覆岩岩性(饱和单轴抗压强度及主要岩石名称)(MPa)计算公式(m)坚硬(40～80,石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩)中硬(20～40,砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩)续表A.0.1-1覆岩岩性(饱和单轴抗压强度及主要岩石名称)(MPa)计算公式(m)软弱(10～20,泥岩，泥质砂岩)极软弱(<10,铝土岩、风化泥岩、黏土、砂质黏土)断裂带最大高度可按表A.0.1-2中的公式计算。表A.0.1-2厚层矿分层开采的断裂带最大高度计算公式饱和单轴抗压强度(MPa)计算公式一(m)计算公式二(m)计算应按表A.0.2中公式计算。表A.0.2急倾斜矿层开采垮落带和断裂带最大高度计算公式饱和单轴抗压强度(MPa)垮落带高度(m)断裂带高度(m)Hm=(0.4～0.5)HA.0.3近距离矿层垮落带和断裂带高度计算应符合下列规定：1上、下矿层的最小垂距大于回采下层矿的垮落带高度时，上、下层矿的断裂带最大高度可按上、下矿的厚度分别计算，应取其中标高最高者作为两层矿的断裂带最大高度；2下层矿的垮落带接触到或完全进入上层矿范围时，上层矿的断裂带最大高度应采用本层矿的开采厚度计算，下层矿的断裂带最大高度应采用上、下层矿的综合采深采厚比计算，并应取其中标高最高者为两层矿的断裂带最大高度；上、下层矿的综合开采厚度可按下式计算：H₂——下层矿开采厚度(m);h₁-2——上、下层矿之间的法向距离；y₂——下层矿的垮落带高度与采厚之比。3上下层矿之间的距离很小时，综合开采厚度可按下式计算：附录B判断巷道式采动影响区地基稳定性的公式法B.0.1当建筑物拟建在影响范围之内时，可按下列公式验算其稳定性：设建筑物基底压力为P₀,则作用在采动影响区顶板上的压力Q=Gm+BmP₀-2fGm=γBmH式中：Gm——巷道单位长度顶板上岩层所受的总重力(kN/m);Bm——巷道宽度(m);f——巷道单位长度侧壁摩阻力(kN/m);γ——岩层的重度(kN/m³);φ——顶板岩层的内摩擦角。当H增大到某一深度，使顶板岩层恰好保持自然平衡(即Q=0),此时H称为临界深度H₀,则：当H<H₀时，地基不稳定；当H₀<H<1.5H₀时，地基附录C基于概率积分法的采动影响区地表移动和变形计算C.0.1地表移动和变形计算的常用方法为概率积分法。概率积分法是以正态分布函数为影响函数，用积分式表示地表移动盆地的方法，其方法可依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》。地表移动和变形计算的概念和求取方法如下：1下沉系数q:充分采动时，地表最大下沉值wmax与矿层法线采厚H₁在垂直方向投影长度的比值称为下沉系数，即：2水平移动系数Sy:充分采动时，走向主断面上地表最大水平移动值Umax与地表最大下沉值wmax的比值称为水平移动系数，3开采影响传播角0:充分采动时，倾向主断面上地表最大下沉值wmx与该点水平移动值Umax比值的反正切称为开采影响传4主要影响角正切tanβ:走向主断面上走向边界采深H与其主要影响半径r之比，即5拐点偏移距S:充分采动时，移动盆地主断面上下沉值为0.5wmax、最大倾斜和曲率为0的3个点的点位X(或Y)的平均值X₀(或Y₀)为拐点坐标。将X₀(或Y₀)向矿层投影(走向断面按90°、倾向断面按影响传播角投影),其投影点至采动影响区边界的距离为拐点偏距。拐点偏距分下山边界拐点偏距S,上山边界拐点偏距S₂,走向左边界拐点偏距S₃和走向右边界拐点偏距S₄。各矿区下沉系数q、主要影响角正切tanβ、拐点偏移表C.0.1-1。覆岩类型矿区(矿)山西的大同，辽宁的北票(局部)、鸡西(局部)、双鸭山矿区的局部，四川的南桐矿区局部，内蒙古包头矿区局部中硬岩石，单向抗压强度为30MPa~山西的阳泉、西山、潞安、晋城、汾西和霍县，河北的峰峰、开滦，山东的枣庄、新纹，河南的焦作、平顶山、鹤台河，江苏的徐州、大屯，安徽的淮压强度小于30MPa淮南、辽源、开滦、徐州、北票、大屯、区的个别矿最大曲率值：0最大水平移动移动值：Umax=Sywax。重复采动的影响：在同样的地质采矿条件下，如果是第二次或第三次或更多次的开采，引起的移动和变形值相对来说比较大。根据我国矿区分布的统计，重复采动时，下沉活化程度采用活化系数ah表达(见表C.0.1-2),地表移动参数的变化如下：一次重采二次重采四次及以上重采坚硬0中硬0本标准用词说明1为便于在执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度能源局2018年4月3日以公告第4号批准发布。准《架空输电线路采动影响区杆塔及基础设计导则》Q/GDW3.本标准适用于新建110(66)kV及以上架空输电线路(不规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但 3.1勘察 3.2稳定性评价 8.1一般规定 8.2防护大板计算 8.3防护大板构造 10.1监测 10.2杆塔纠偏 2术语和符号还有未采矿层，因此老采动影响区也可能活化，变为现采动影内，但最深也可达200m～300m,平面延伸一般为100m～200m,矿企在生产和审批过程中都会有详细的设计资料，也会有井下调查访问一般就可以查明采动影响区和计采区的情况；采用常规勘探手段一是难以查明采动影响区的情况，二是投入工作量过大费时费力，因此采动影响区勘测一般不推荐采用常规勘探6款，其中第4款主要适用于现采动影响区和未来采动影响区。负指数函数法是用负指数函数表示地表下沉盆地剖面方程的方法，用于计算矩形或近似矩形采动影响区的地表变形。概率积分法是以正态分布函数为影响函数，用积分方式表示下沉盆地的方法。可用于地表移动变形连续分布时的地表移动和变形预测，包括缓倾斜、倾斜矿层开采地表移动盆地主断面和任意点的移动和变形计算。预计地表移动和变形时，根据我国的实际情况，可以选用典型曲线法、负指数函数法、概率积分法和数值法等。但无论采用哪种方法，都应具备相应的参数。未经实测资料充分验证的方法，在预计中不宜采用。3.2.5当拟建建(构)筑物基础近旁有采动边坡或临空面时，应验算采动边坡滑坡、崩塌或坡脚隆起变形的可能。采动边坡稳定性合判断法、极限平衡法、数值分析法进行综合评价，有条件时可进行模型试验。各区段不一致时，应分区段评价。当采动边坡坡脚作为建设场地时，尚应评价坡脚鼓胀、隆起变形对工程建设适宜性交流输电线路宜采用单回路架设通过采动影响区；直流输电线路采用分极实质上是将直流线路的同塔双极架设，拆分为两个单极独立运行。在设计阶段，单回路、单极可分别选择合适的线路路径，两回线路路径间距不宜太小，尽量将两回线路分别布置在不同山梁、不建工程的经验，采用单回路、单极较同塔虽投资有所增加，但其优点显而易见：当一极线路因采矿而出现危险，另外一极可保证相对后果严重的时候，单回(极)线路应为优选方案。山西西通道五寨一兴县500kV输电线路工程，在兴县境内穿越河东煤田，采用两个单回路架设，西侧单回路约35km,东侧单回路约32km,两回线路分别布置在不同的煤矿上，两回线路间距县境内穿越河东煤田，采用两个单回路架设，西侧单回路约51km,东侧单回路约55km,两回线路间距从1km～5km不等。灵州一绍兴±800kV特高压直流输电线路工程在山西乡宁县境内，穿越保利裕丰煤矿段，线路长约4.3km,采用单架设方案，单极塔为采用两个独立运行的杆塔。上海庙一山东±800kV特高压直流输电工程在山西襄垣县境内，穿越山西襄矿新庄煤矿北侧单极线路4.2km,南侧单极线路5.2km,两极线路布置在不同的采掘面上。4.0.5采动影响区线路耐张段不宜太长，一是减小耐张段长度可以缩小事故范围；二是减小耐张段内因采动影响引起塔位位移后所产生的不平衡张力；三是便于运行维护和抢修。结合已有工程设计经验，耐张段长度一般不超过5km。同时，采动影响区内布置耐张塔不宜太多，耐张段长度不宜大于5km,这是一对矛盾体，设计单位结合工程实际情况判定。4.0.7太原供电局运行的220kV云古Ⅱ线曾发生过由于煤矿采空造成杆塔孤立档断线的实例。2008年10月15日220kV云古沉降，杆塔基础稳定性被破坏，整塔向小号侧偏右方向倾斜23.5%,而78#～79=档距仅60m,弧垂为0.4m,杆塔倾斜造成78=～79#档间导线挂点间距增加约340mm,架空地线挂点间距增加约550mm,导致78#～79#档间C相下子导线断线，79=B相达到240m～450m,铁塔底部将连1应充分考虑现有矿产的松散层一岩石75°6m厚矿层采深采厚比小于30的地段地面易产生非连续变形，矿产开采后，自下而上会产生垮落带、断裂带、弯曲带。地面位于对地面建筑物破坏较大。现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021中，提出采深采厚比30作为建筑场地适宜性评价的一般宽为200m～300m,长为1000m以上，甚至达到2000m,工作规范》中对结构建(构)筑物的损坏等级及结构处理参照表1结构处理水平变形曲率极轻微损坏或轻微损坏不修或简单维修轻度损坏小修中度损坏中修严重损坏或极严重损坏大修或拆建2地表移动过程可分为三个阶段：开始阶段(下沉量达到段，沉降量在第一年可达到沉降总量的75%,第二年的沉降量为沉降总量的15%,第三年的沉降量为沉降总量的5%,第四年的沉降量为沉降总量的3%,第五年的沉降量为沉降总量的2%。开采后3年时间可完成95%的沉降量，对不同的矿区，上述系数是不表移动持续时间为1年～2年，最大可达十几年，但一般不超过5年。山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿8号煤(采深采厚下沉速度达到61.125mm/d,开采3个月后，地表已基本趋于稳跃期约占总移动时间的25%,但下沉量占总沉降量的95%左右，灵州—绍兴±800kV特高压直流输电线路在山西段穿越了1015A号铁塔在建设期间即发生了明显沉降。1015A塔下方煤形量的90%。位于长治沁水煤田的220kV某同塔架设双回线路1985年6月投运，随着地下煤层的开采，2002年3月18日，发现14#直线倾斜600mm。而且开采面上方地表出现整体沉降，导致13#~14=之间导线对地距离由原来的8m多下降到4.8m。后经调整导2012年3月，山西长治500kV同塔架设双回线路34号塔出2005年8月31日，位于沁水煤田长治某矿的某220kV输电线路24号耐张塔向大号倾斜了200mm,架空地线张力急剧增大，在23号、24号架空地线挂点各增加了一个U型环释放了部分张(3)悬垂型杆塔可按最大可能水平位移引起的转角校验杆塔6.0.2缩减杆塔使用条件是为了抵抗地表变形对杆塔产生的次式刚性铁塔根开小，两腿之间垂直变位相对小，抵御下沉能力完全可以正常运行。(1)对于巷道式开采的采动影响区，当采深采厚比小于100图5所示。负曲率拉仲压缩正曲率变形类型(3)对于巷道式开采的采动影响区，当采深采厚比大于1503mm/m、地表水平变形不大于2mm/m和地表曲率不大于输电线路等以外的输电线路),采深采厚比在150(一般线路可放宽至100)以内，均增加地脚螺栓外露长度十钢筋混凝土板式基用碎石土及煤矸石回填。而送电线路回填场地回填材料组成及其物理力学性质对回填土的地基承载能力和沉降量具有重要的对于露天开采高回填地基，填筑厚度和压实系数对其地基承载能力和沉降量的影响是不同的。因此，有必要根据回填时间和压实系数来确定基础的形式和处理措施。根据以煤研石及碎石土为主要成分的回填土进行的试验，当压实系数为0.85～0.95时，回填土压实系数与地基容许承载力的关系见表2。地基容许承载力(kPa)地表变形的能力相近，不会产生明显的不利影响。典型工程分析表明，采用开孔混凝土复合板基础与不开孔混凝土复合板基础相比，可节约钢筋混凝土约20%,同时可减少土方开挖量，降低对环境的破坏。具有明显的经济与社会效益。特别是对特高压工程的为研究当复合防护板取不同厚度时，开孔和不开孔两种复合塔—基础—地基有限元模型，并针对主要的地表变形进行数值模拟计算，分析时考虑的地表变形最大值为：水平拉伸6mm/m,水平压缩—6mm/m,曲率1.0mm/m²。主要对比见图6～图13。由图6、图8、图10和图12可见，在水平拉伸和正曲率作用复合防护板厚度(mm)复合防护板厚度(mm)一

一未开孔复合防护板厚度(mm)0复合防护板厚度(mm)复合防护板厚度(mm)复合防护板厚度(mm)复合防护板厚度(mm)复合防护板厚度(mm)复合大板与不开孔混凝土复合大板相比，可节约钢筋混凝土约20%,经济效果比较明显。小幅度均至少大于20%以上，当板厚超过500mm后其保护作用以SZC1直线塔为例，分析中分别考虑了基础板厚度为的增加而有所增大，但是并不是线性增加的关系，当板厚达到图14长向正曲率支座位移Ux与复合板厚度的关系曲线0图15长向正曲率上部结构最大应力与复合板厚度的关系曲线001002003004图16长向负曲率支座位移Ux与复合板厚度的关系曲线图17长向负曲率上部结构最大应力与复合板厚度的关系曲线0长向压缩支座位移Ux与复合板厚度的关系曲线图21长向压缩上部结构最大应力与复合板厚度的关系曲线0图22SZC4基础板厚与增强效果(位移)相关曲线00拉仲一正曲率*一负曲率析结果约为其根开的1/40～1/20,即300mm～600mm。8.2.2防护大板相对于铁塔基础两侧各宽出的500mm,可当作最大拉应力o₂及其