CN101591988A - 采动影响区的地基稳定评估方法及立塔方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了采动影响区的地基稳定评估方法，所述方法为：选定输电线路过采动影响区的线路走向及塔位，利用获取到的采动影响区的岩土参数及采动影响参数确定所述线路走向预定宽度范围内及所述塔位附近的采动影响区的地表的移动变形参数，并根据所述移动变形参数得出地基稳定性评估结果。根据本发明实施例，通过上述方法可实现对输电线路走向预定宽度范围内及塔位附近的地表稳定性的评估，满足了特高压线路过采动影响区地基稳定性的评估需要。本发明实施例同时还提供了一种采动影响区的立塔方法，保证了特高压线路在采动影响区的顺利架设。

Description

采动影响区的地基稳定评估方法及立塔方法

技术领域

本发明涉及地基稳定评估技术领域，特别涉及采动影响区的地基稳定评估方法及立塔方法。

背景技术

大面积采煤会对矿区周围产生采动影响，这是矿区地面发生沉降、塌坑、开裂、地面上建筑物损坏的主要原因。

煤矿采动影响区地基的稳定与否对特高压塔基的选取以及输电线路的铺设至关重要，因此需要对煤矿采动影响区地基的稳定性进行评估，并据此确定立塔方案，而目前对特高压线路过大面积煤矿采动影响区还无系统的地基稳定评估方法。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供采动影响区的地基稳定评估方法，以评价1000kV特高压线路通过的大面积煤矿采动影响区的地基是否稳定。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种采动影响区的地基稳定评估方法，包括：

选定输电线路过采动影响区的线路走向及塔位；

获取采动影响区的岩土参数及采动影响参数；

利用所述岩土参数及采动影响参数确定所述线路走向预定宽度范围内及所述塔位附近的采动影响区的地表的移动变形参数；

根据所述移动变形参数得出地基稳定性评估结果。

本发明实施例还提供了一种采动影响区的立塔方法，包括：

选定输电线路过采动影响区的塔位；

获取采动影响区的岩土参数及采动影响参数；

利用所述岩土参数及采动影响参数确定所述塔位附近的采动影响区的地表的移动变形参数；

根据所述移动变形参数得出地基稳定性评估结果；

根据所述评估结果采取相应措施；

进行塔基变形监测；

进行塔基维护。

从上述的技术方案可以看出，本发明利用岩土参数及采动影响参数确定所述塔位附近的采动影响区的地表的移动变形参数，并据此评估采动影响区的稳定性，满足了特高压线路过采动影响区地基稳定性的评估需要。本发明实施例还利用上述评估结果确定立塔所应采取的措施并进行了塔位优化以及塔基的监测、维护，保证了特高压线路在采动影响区的顺利架设。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一采动影响区地基稳定评估方法流程图；

图2为本发明实施例二采动影响区的立塔方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了采动影响区的地基稳定评估方法，其具体流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤S11、选定输电线路过采动影响区的线路走向及塔位。

其中，步骤S11具体为：

步骤S111、图上初选，现场踏勘。

步骤S112、优选分析，确定线路走向和塔位。

步骤S12、获取采动影响区的岩土参数及采动影响参数。

其中，所述采动影响区为未采区、开采区和采空区中的任意一个或任意组合；所述岩土参数包括最大主应力σ₁、最小主应力σ₂、岩土体粘结力c、岩土体内摩擦角

所述采动影响参数包括采动影响区主要影响半径r、开采区域D、采厚M、采深H、主要影响角正切tanβ、煤层倾角α等。

步骤S13、利用步骤S12获取的岩土参数对所述线路走向预定宽度范围内及所述塔位附近的采动影响区的地表特性进行定性分析，判断地表是否会发生移动变形。

其中，所述定性分析具体为：采用FLAC软件对岩土参数-最大主应力σ₁、最小主应力σ₂、岩土体粘结力c、岩土体内摩擦角

进行数值模拟计算，得出移动变形定性参数fs，其计算公式为：

(公式1)

当f_s≤0时，地表将不会发生移动变形，直接进入步骤S15，当f_s＞0时，地表将会发生移动变形，进入步骤S14。

步骤S14、利用在步骤S12中获取的采动影响参数对所述线路走向预定宽度范围内及所述塔位附近的采动影响区的地表特性进行定量分析。

其中，定量分析具体为：将采动影响参数r、D输入概率积分法模型得出移动变形定量参数。根据采动影响区范围不同，所述移动变形定量参数的具体叫法略有不同，当所述采动影响区为未采区或开采区时，所述移动变形定量参数为最大预测移动变形参数，当所述采动影响区为采空区时，所述移动变形定量参数为最大残余移动变形参数。

根据资源利用和环境保护的需要，煤炭部门制定了衡量矿山大面积开采引起的岩层和地表采动影响的数量指标，它们主要是下沉、倾斜、水平变形、曲率等。与之相对应，本发明实施例中的移动变形定量参数为下沉值W(x，y)、倾斜值i(x，y)、水平变形值ε(x，y)、曲率k(x，y)，其中，倾斜值i(x，y)、水平变形值ε(x，y)、曲率k(x，y)又可细分为x轴方向倾斜值i_x(x，y)、y轴方向倾斜值i_y(x，y)、x轴方向水平变形值ε_x(x，y)、y轴方向水平变形值ε_y(x，y)、x轴方向曲率k_x(x，y)、y轴方向曲率k_y(x，y)。

移动变形定量参数的获取是通过将在步骤S12中获取的采动影响参数-采动影响区主要影响半径r、开采区域D、采厚M、采深H、主要影响角正切tanβ、煤层倾角α输入概率积分法模型计算得出的。对于高压线路方向预定宽度范围内地表上任一点(以x、y表示该点的相对坐标)或所述塔位附近地表任一点(以x、y表示该点相对塔位的坐标)的最大移动变形参数，可通过以下概率积分法模型得出：

$W(x,y)=W_{\max }\·\underset{D}{\∫}\∫\frac{1}{r^2}\·\exp (-\mathrm{\π}\frac{{(\mathrm{\η}-x)}^2+{(\mathrm{\ξ}-y)}^2}{r^2})\mathrm{d\ηd\ξ}$ (公式2)

$i_x(x,y)=\frac{\∂W(x,y)}{\∂x}=W_{\max }\·\underset{D}{\∫}\∫\frac{2\mathrm{\π}(\mathrm{\η}-x)}{r^4}\exp (-\mathrm{\π}\frac{{(\mathrm{\η}-x)}^2+{(\mathrm{\ξ}-y)}^2}{r^2})\mathrm{d\ηd\ξ}$ (公式3)

$i_y(x,y)=\frac{\∂W(x,y)}{\∂y}=W_{\max }\·\underset{D}{\∫}\∫\frac{2\mathrm{\π}(\mathrm{\ξ}-y)}{r^4}\exp (-\mathrm{\π}\frac{{(\mathrm{\η}-x)}^2+{(\mathrm{\ξ}-y)}^2}{r^2})\mathrm{d\ηd\ξ}$ (公式4)

${\mathrm{\ϵ}}_x(x,y)=U_{\max }\underset{D}{\∫}\∫\frac{2\mathrm{\π}}{r^3}(\frac{2\mathrm{\π}{(\mathrm{\η}-x)}^2}{r^4}-1)\exp (-\mathrm{\π}\frac{{(\mathrm{\η}-x)}^2+{(\mathrm{\ξ}-y)}^2}{r^2})\mathrm{d\ηd\ξ}$ (公式5)

${\mathrm{\ϵ}}_y(x,y)=U_{\max }\underset{D}{\∫}\∫\frac{2\mathrm{\π}}{r^3}(\frac{2\mathrm{\π}{(\mathrm{\η}-y)}^2}{r^4}-1)\exp (-\mathrm{\π}\frac{{(\mathrm{\η}-x)}^2+{(\mathrm{\ξ}-y)}^2}{r^2})\mathrm{d\ηd\ξ}$ (公式6)

$k_x(x,y)=\frac{\∂i_x(x,y)}{\∂x}=W_{\max }\underset{D}{\∫}\∫\frac{2\mathrm{\π}}{r^4}(\frac{2\mathrm{\π}{(\mathrm{\η}-x)}^2}{r^2}-1)\exp (-\mathrm{\π}\frac{{(\mathrm{\η}-x)}^2+{(\mathrm{\ξ}-y)}^2}{r^2})\mathrm{d\ηd\ξ}$

(公式7)

$k_y(x,y)=\frac{\∂i_y(x,y)}{\∂x}=W_{\max }\underset{D}{\∫}\∫\frac{2\mathrm{\π}}{r^4}(\frac{2\mathrm{\π}{(\mathrm{\ξ}-y)}^2}{r^2}-1)\exp (-\mathrm{\π}\frac{{(\mathrm{\η}-x)}^2+{(\mathrm{\ξ}-y)}^2}{r^2})\mathrm{d\ηd\ξ}$

(公式8)

其中，η、ξ为自变量，W_max为地表充分采动时最大下沉值，U_max为地表充分采动时最大水平移动值。

本发明实施例采用了中国矿业大学(北京)研制的MSAS开采沉陷分析系统(基于上述模型的专有软件)进行了建模计算。

在实际应用中，由于上述模型计算颇为复杂，我们可利用以下公式9-12得出采动影响区充分开采时最大下沉值W_max、最大倾斜值i(x，y)_max、最大水平变形值ε(x，y)_max、最大曲率k(x，y)_max，并以此为依据做出地基稳定性评估。

W_max＝Mqcosα    (公式9)

${i(x,y)}_{\max }=\frac{W_{\max }}{r}$ (公式10)

其中，x_max＝0；

$\mathrm{\ϵ}{(x,y)}_{\max }=\±1.52\frac{{\mathrm{bW}}_{\max }}{r}$ (公式11)

其中， $x_{\max }=\±\frac{r}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}\≈\±0.4r;$

k(x，y)_max＝1.52W_max/r²    (公式12)

其中， $x_{\max }=\±r/\sqrt{2\mathrm{\π}}\≈\±0.4r.$

式中：x_max为最大值所在位置的x轴坐标，q为下沉系数，b为水平移动系数，α为煤层倾角。

由于 $r=\frac{H}{\tan \mathrm{\β}}$ (公式13)

其中，tanβ为主要影响角正切。

将公式13代入公式9-12进行换算可得：

$i{(x,y)}_{\max }=\frac{q\cos \mathrm{\α}\tan \mathrm{\β}}{H/M}$ (公式14)

$\mathrm{\ϵ}{(x,y)}_{\max }=\±\frac{1.52\mathrm{bq}\cos \mathrm{\α}\tan \mathrm{\β}}{H/M}$ (公式15)

${k(x,y)}_{\max }=\frac{1.52q\cos \mathrm{\α}{\tan }^2\mathrm{\β}}{{(H/M)}^{2}M}$ (公式16)

从上述公式可以看出：在地表最大移动变形量中，倾斜、曲率、水平变形的最大值与深厚比H/M有直接的数值关系，除此之外它们还与α、M、q、b等参量有关；而下沉的最大值与深厚比H/M没有直接的数值关系而是受下沉系数q的影响，下沉系数q的大小则取决于采煤方法、顶板管理方法、开采范围大小、开采时间、覆岩参数、松散层厚度等。

步骤S15、根据定性及定量分析确定地基稳定性评估结果。

其中，步骤S15具体为：

当步骤S13求得的移动变形定性数值f_s≤0时，确定所述采动影响区的地基稳定；

当fs＞0时，依据步骤S14得出的移动变形定量参数确定地基稳定性评估结果。本发明实施例选取移动变形定量参数中的倾斜值与水平变形值作为评估地基稳定性的主要参考数据，具体为：

当i(x，y)≤3‰或ε(x，y)≤2‰时，确定所述采动影响区的地基稳定；

当i(x，y)＞3‰或ε(x，y)＞2‰时，确定所述采动影响区的地基不稳定。

由于深厚比H/M与移动变形定量参数中的倾斜、水平变形最大值有着直接的数值关系，在实践中，可利用深厚比H/M进行粗略的估计，如：当H/M＞100时，确定所述采动影响区的地基稳定；当H/M≤100时，确定所述采动影响区的地基不稳定。

上述实施例以移动变形参数为依据对采动影响区的地表特性进行分析，得出采动影响区的稳定性评估，为1000kV特高压线路过大面积煤矿采动影响区提供了理论支持，满足了实际工程中对高压线路过采动影响区地基稳定性的评估需要。

此外，本发明实施例还提供了一种采动影响区的立塔方法，图2示出了该方法的实现步骤，包括：

步骤S21-S25与上述步骤S11-S15基本相同，其区别仅在于，在本发明实施例中只对塔位附近地表特性进行分析评价其稳定性。

步骤S26、根据步骤S25得出的评估结果采取相应措施。

其中，所述相应措施包括辅助措施、基础措施、地基处理措施等。

步骤S26具体为：

当所述评估结果为稳定时，采取辅助措施；

其中，所述辅助措施为加长地脚螺栓；

当所述评估结果为不稳定时，采取辅助措施和基础措施或同时采取辅助措施、基础措施和地基处理措施。

其中，所述基础措施为采取大板基础型式和/或加高塔高，所述地基处理措施为填充或注浆。

在所述评估结果不稳定时，需要根据倾斜值i(x，y)、水平变形值ε(x，y)、下沉值W(x，y)的具体取值范围来确定辅助措施、基础措施、地基处理措施的具体组合形式：

当3‰＜i(x，y)≤15‰时，需采取辅助措施和基础措施，即采取大板基础型式加碎石垫层，辅以加长地脚螺栓、可更换塔脚板等可调结构，同时加强塔基的整体强度和刚度，并在下沉值W(x，y)≠0时，将杆塔加高，加高值为|W(x，y)|；

当15‰＜i(x，y)时，同时采取辅助措施、基础措施和地基处理措施。

另外，优选的，可进行特高压线路径选择和塔位优化，如：首先深厚比H/M大于100的地段，其次为H/M大于50的地段，尽量避开H/M小于50的地段。

步骤S27、进行塔基变形监测。

其中，塔基变形监测具体包括：塔基沉降观测、塔体倾斜观测、塔间距观测和线路弧垂度测算。

步骤S28、进行塔基维护。

其中，步骤S28具体为：及时进行塔基倾斜调整、进行线路弧垂调整和其它应急处理措施。

上述实施例利用评估结果确定立塔所应采取的措施并进行了塔位优化以及塔基的监测、维护，实现了特高压线路在采动影响区的铺设，使采动影响区内特高压线路最大限度地少占压资源，保证了特高压线路在采动影响区架设的顺利进行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1、一种采动影响区的地基稳定评估方法，其特征在于，包括：

选定输电线路过采动影响区的线路走向及塔位；

获取采动影响区的岩土参数及采动影响参数；

利用所述岩土参数及采动影响参数确定所述线路走向预定宽度范围内及所述塔位附近的采动影响区的地表的移动变形参数；

根据所述移动变形参数得出地基稳定性评估结果。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述岩土参数包括最大主应力σ₁、最小主应力σ₂、岩土体粘结力c、岩土体内摩擦角所述采动影响参数包括采动影响区主要影响半径r、开采区域D、采厚M、采深H、主要影响角正切tanβ或煤层倾角α。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动变形参数包括移动变形定性参数fs，所述根据所述移动变形参数得出地基稳定性评估结果具体为：

当f_s≤0时，确定所述采动影响区的地基稳定。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述fs＞0时，所述移动变形参数还包括移动变形定量参数，所述移动变形定量参数包括：倾斜值i(x，y)、水平变形值ε(x，y)，其中，x、y为所述线路走向预定宽度范围内或所述塔位附近地表任一点的相对坐标；

所述根据所述移动变形参数得出地基稳定性评估结果具体为：

当i(x，y)≤3‰或ε(x，y)≤2‰时，确定所述采动影响区的地基稳定；

当i(x，y)＞3‰或ε(x，y)＞2‰时，确定所述采动影响区的地基不稳定。

5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述岩土参数及采动影响参数确定所述线路走向预定宽度范围内及所述塔位附近的采动影响区的地表的移动变形参数具体为：利用所述σ₁、σ₂、c、

计算得出所述fs，计算公式为：

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述岩土参数及采动影响参数确定所述线路走向预定宽度范围内及所述塔位附近的采动影响区的地表的移动变形参数具体为：利用所述r、α计算得出所述i(x，y)和ε(x，y)，计算公式为：

$i(x,y)=\frac{W_{\max }}{r};$ 其中，x＝0；

$\mathrm{\ϵ}(x,y)=\±1.52\frac{{\mathrm{bW}}_{\max }}{r}.$ 其中， $x=\±\frac{r}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}\≈\±0.4r.$

式中：W_max为地表充分采动时最大下沉值，b为水平移动系数，α为煤层倾角。

7、一种采动影响区的立塔方法，其特征在于，包括：

选定输电线路过采动影响区的塔位；

获取采动影响区的岩土参数及采动影响参数；

利用所述岩土参数及采动影响参数确定所述塔位附近的采动影响区的地表的移动变形参数；

根据所述移动变形参数得出地基稳定性评估结果；

根据所述评估结果采取相应措施；

进行塔基变形监测；

进行塔基维护。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述相应措施包括辅助措施、基础措施和/或地基处理措施。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述依据评估结果采取相应措施进行处理具体为：

当所述评估结果为稳定时，采取辅助措施；

当所述评估结果为不稳定时，采取辅助措施和基础措施或同时采取辅助措施、基础措施和地基处理措施。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述辅助措施为加长地脚螺栓，所述基础措施为采取大板基础型式和/或加高塔高，所述地基处理措施为填充或注浆。

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