CN101956478B

CN101956478B - 基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置

Info

Publication number: CN101956478B
Application number: CN2010102874187A
Authority: CN
Inventors: 戴华阳; 阎跃观; 廉旭刚
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2030-09-20
Also published as: CN101956478A

Abstract

本发明公开了一种基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，包括高压线塔原基础外侧的外基础，外基础上通过可变向平移支座安装有外基座，所述外基座为套建在高压线塔塔底外侧的竖直框架，外基座与原塔之间通过可拆卸连接件连接；在线塔原基础上装有增大基础面积的金属基础套帽，基础套帽上安装有可变向平移支座，可变向平移支座上安装有竖向升降支架，竖向升降支架上端连接在高压线塔的塔腿处。这种装置解决煤矿开采地表移动和变形对高压线塔的影响问题，实现高压线塔下采煤和高压线路的安全运行。采用外扩基础模式而非原基础模式，是为了提高塔体的可提升幅度。本发明可克服大于3m的大幅度的沉陷和大变形影响，资源回收率高，效益大且安全性高。

Description

基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置

技术领域

本发明涉及一种高压(含特高压)线塔可提升且抗采动变形装置，适用于非突发性地表下沉大于3m的情况，使铁塔可以克服大幅度沉降和大变形的影响，从而实现铁塔资源的下合理开采。

背景技术

我国是一个采矿大国，煤矿分布十分广泛。无论是新建高压线路还是已建线路，都普遍存在铁塔压煤问题，沉陷影响不可避免。

高压(特高压)线塔：指110kV～1000kV高压、特高压输电线铁塔。现有的高压线塔一般包括塔头、塔身和塔腿，而塔腿主要起支撑作用，高压线塔的整体高度从几十米到上百米高。当塔腿下部的地表变形时，会对高压线塔产生显著影响，例如地表下沉会使高压线塔下沉，地表倾斜会引起高压线塔倾斜或倾倒，线塔下沉和倾斜又会使电缆受到拉力，出现拉断或者将邻线塔也倒塌；地表出现受拉或受挤压变形，会改变塔腿之间基础的距离，使塔腿受到应力，这种应力会对塔腿造成破坏，严重的会出现塔腿弯曲变形或断裂，进一步会使高压线塔失稳、倒塌。而地下开采形成采空区，上覆岩层变形破坏导致地表沉陷变形常常不可避免，所以这种变形势必对地表的高压线塔和供电线路的安全造成影响。

限于电力行业的特殊性，高压及特高压线塔安全要求高，遇有电力线路与煤矿开采问题时，传统的途径有两种：

其一，电力部门采取的措施：架设高压线时绕道避开煤矿区，这样线路走向受到制约，由于绕道使建设投资将大幅度增加，每公里线路增加的费用可高达几百万元。

其二，煤矿采取的措施：煤矿遇到已有高压线经过矿区时，大多在高压线塔位置留设保安煤柱，一个高压线塔就可滞压煤炭资源几十万吨，深部压煤可达百万吨，造成国家资源的巨大损失。

因此，以上两种途径的代价均很大。

近年来，在一些新建线路中提出了一些新的办法如下：

1)设置大板基座：在新建高压线塔时，做深开挖，浇注整体大板基座，以减小水平变形对塔腿的损害。这种方式主要能够减少地表水平拉或压变形的影响，但它不能克服地表倾斜变形和整体沉陷的影响。

2)加长地脚螺栓，以此增加各塔腿的高差调整余度，但调节量有限。

3)注浆充填老采空区，减少地表的残余沉降。但注浆充填量大，成本高，不适合已建成高压线塔下采煤。

以上措施只适用于克服老采空区上方地表的残余小变形，不能克服开采过程中的沉陷大变形，只适合新建高压线塔，不适应已建高压线塔的调整。

如何提高铁塔的抗地表变形能力，使铁塔可以克服地表大幅度沉降和大变形，从而实现铁塔下合理开采，仍是当前电力生产和煤矿生产中迫切需要解决的难题，也是解决输电安全与资源回采矛盾的根本出路。

发明内容

针对现有技术中存在的高压线塔不能克服地表大幅度沉降和大变形的情况，本发明的目的在于提供一种基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，可以克服大幅沉降和大变形对高压线塔和高压线路的破坏。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，包括设置在高压线塔原基础外侧的新建外基础，外基础上通过可变向平移支座和支座上的竖向伸缩调节杆安装有外基座，所述外基座为套建在该高压线塔塔底外侧的竖直框架，外基座与高压线塔之间通过可拆卸连接件连接；在安装高压线塔塔腿的原基础上套装有增大基础面积的基础钢套帽，基础钢套帽上安装有可变向平移支座，所述可变向平移支座上安装有竖向升降支架，竖向升降支架上端顶在高压线塔所述竖直网格下部，所述竖向升降支架由液压升降支架以及微调升降装置构成。

由于对于地表下沉比较大的情形，高压线塔需要提升的高度较大，整个高压线塔重心越高稳定性越差，因此通过在原基础外侧新建外基础和安装外基座，以提高高压线塔的稳定性，外基础外扩范围以及外基座的高度根据高压线塔高度和预测的最大沉陷量进行设计。所述外基座比较理想的是采用钢制框架，框架结构合理、强度大、成本低，而且便于施工。

所述的微调升降装置用于对支撑高度进行微调用于维持高压塔的竖直，可以为蜗轮蜗杆升降机或梯形螺纹螺杆伸缩套，采用机械微调更容易控制塔身直立。

为克服地表沉陷导致的基础不均匀下沉，以及基础不同步水平移动(水平变形、剪应变)，无论是外基础与外基座之间，还是竖向升降支架与钢套帽之间均通过可变向平移支座连接，所述的外基础上的可变向平移支座包括水平滑杆和滑套，外基座底部的竖向伸缩调节杆通过旋转轴连接滑套，所述滑套套装在水平滑杆上，所述水平滑杆一端通过竖直旋转轴装在所述外基础上。对应地所述的基础钢套帽上的可变向平移支座包括水平滑杆和滑套，竖向升降支架的下端通过旋转轴连接滑套，所述滑套套装在水平滑杆上，所述水平滑杆一端通过竖直旋转轴装在所述基础钢套帽上。

优选地，所述的水平滑杆另一端还安装有滚轮或可调支脚。

还可以包括垫在竖向升降支架与高压线塔之间的垫高层。

还可以包括拉线，拉线在塔身的四周方向上均匀分布，且拉线一端与塔身顶部相连，另一端与固定在高压线塔外围地面上的自锁拉线装置连接，从多个方向上将塔身上部拉住。

所述的自锁拉线装置可以为四个绞盘分布在高压线塔对角位置。

所述拉线可以为八根，每两根拉线下端拉于线塔外侧对角线位置上的一个绞盘上，该两根拉线上端固定于塔顶相邻对角上。

本发明的有益效果是：通过对原有高压线塔的技术改造或对新建塔预设外基座和可变向平移、可竖向调节装置，以提高高压线塔的稳定性和安全性，加装竖向升降支架用于对高压线塔顶升，使高压线塔克服了地下开采过程中引起的地表动态沉陷，从而解决煤矿开采地表非突发性塌陷沉陷和移动对高压线塔的影响问题，实现高压线塔下采煤和高压线路的安全运行，另外本发明资源回收率高，可克服大幅度的沉陷(大于3m)和变形，效益大且安全性高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2a为本发明中可变向平移支座结构示意图；

图2b为本发明中可变向平移支座的另一种结构示意图；

图3为本发明中钢制框架式外基座结构示意图；

图4为本发明的高压线塔下部结构示意图；

图中：1拉线，2绞盘，3外基础，4可变向平移支座，5钢网架式外基座，6网架，7旋转轴，8滑套，9水平滑杆，10竖向升降支架，11卡头，12竖向伸缩调节杆，13滚轮，14基础套帽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明，以助于理解本发明的内容：

一种基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，如图1所示，包括设置在高压线塔原基础外侧的四个新建外基础3，如图3所示外基础3上通过可变向平移支座4和支座上的竖向伸缩调节杆12安装有钢制框架式外基座5。外基座由于在原基础外侧，因此不但在铁塔顶升过程中起到支撑保护作用，而且由于外基座增大了高压线塔底部面积，增强了塔体的稳定性，第三作为铁塔顶升时的导向机构保证了顶升过程中铁塔的安全稳定。外基座高度根据预测的地表最大下沉量设计确定，并确保满足塔体整体设计的有关要求。由图1结合图4所示，由于原高压线塔塔腿为斜腿，不便于在外基座5内顶升和固定，所以需要将原斜塔腿与基础断开，并在高压线塔底部设置一段外轮廓竖直的网架6，外基座5套在该高压线塔的竖直网架6外侧形成伸缩结构，竖直网架6与外基座5之间通过如图4所示的卡头11或螺栓等可拆卸连接件连接，使高压线塔能够被支撑和固定；参照图2b和图4所示所示，在安装高压线塔塔腿的原基础上套装有增大基础面积的金属基础套帽14，基础套帽14由钢板采用活页式连接方式制成，套在原钢筋水泥基础上，使基础与塔腿间由固定连接改为可连可拆连接，基础被扩大，提供安装可变向平移支座的平台，且由于采用钢板制作，使可变向平移支座能够容易地焊接固定在所需的位置，而不依靠预埋件来固定。基础钢套帽14上安装有可变向平移支座4，可变向平移支座上安装有竖向升降支架10，竖向升降支架10上端顶在高压线塔的竖直网架6下部，竖向升降支架10由串接在一起的液压升降支架以及微调升降装置构成。对于高压线塔整体顶升等幅度较大的调节采用液压升降支架，采用微调升降装置微调以保证塔身直立。所述的微调升降装置可以采用蜗轮蜗杆升降机或梯形螺纹螺杆伸缩套，采用纯机械方式用手动微调，可调整各塔腿间的不均匀下沉(倾斜、曲率、扭曲)，保持塔身直立，可调余量500mm。当高压线塔的地基下沉时，利用竖向升降支架10的外伸来调整高度，将高压线塔整体向上顶升，使得塔顶高压线保持以前的高度，不因地表下沉而降低，以克服地表下沉的影响。该竖向升降支架4为四个。

本发明的竖向升降支架10支撑在高压线塔的塔身和高压线塔的基础之间，该竖向升降支架10的长度可以调整。当高压线塔的地基下沉时，利用竖向升降支架10的顶升来调整高度，使得高压线保持原有的高度。竖向升降支架10的伸缩调整可以利用自动调整或人工动态调整，例如，竖向升降支架10为液压杆利用液压装置来调整高度。竖向升降支架10的结构不限于本实施方式，也可以采用其他能够伸缩的支架。优选地，该竖向升降支架10对称分布在塔腿和高压线塔的基础之间。可以在地表沉降之前和沉降过程中采用多次预先提升塔体一定高度的办法，以克服地表大幅度的沉降。对于不均匀下沉可通过调整不同竖向升降支架10的顶升量来补偿，或者通过微调装置来调节。

对于地表水平变形或剪应变造成的基础的不同步移动，会使原高压线塔塔腿之间距离变化，当然也会使外基础之间的距离发生变化。为克服这种基础不同步水平移动对高压线塔的损害，如图1和图3、图4所示，在外基础与外基座之间以及基础套帽与竖向升降支架之间均装有可变向平移支座4。可变向平移支座如图2a和图2b所示，包括水平滑杆9和滑套8，外基座底部设置竖向伸缩调节杆12，竖向伸缩调节杆12通过旋转轴连接滑套8，滑套8套装在水平滑杆9上，水平滑杆9一端通过竖直旋转轴7装在外基础上；对应地在竖向升降支架的基础钢套帽与竖向升降支架之间的可变向平移支座同样包括水平滑杆9和滑套8，竖向升降支架的下端通过旋转轴连接滑套8，滑套8套装在水平滑杆9上，水平滑杆9一端通过竖直旋转轴装在基础钢套帽14上。当地表有水平变形造成基础之间出现不同步位移时，这时滑套8将沿水平滑杆9自行平移，同时滑杆一端受不平衡力而自行旋转，使滑杆指向基础位移方向，这样保证在基础的位置发生变化不会对基座和高压线塔产生影响，以保持支撑稳定和顶升过程中的稳定。竖向伸缩调节杆12的作用也用于克服基础不均匀下沉(倾斜、曲率、扭曲)，保证外基座5水平。竖向伸缩杆采用梯形螺纹的螺杆和螺套构成的伸缩结构，或蜗轮蜗杆装置，使塔脚水平，以克服基础不均下沉，例如倾斜、曲率和扭曲，可调范围为40cm。一种优选实施方式中如图2b所示，在水平滑杆一端安装可调支脚或滚轮13，既能起到转动方便的作用，又能起到支撑的作用，减少旋转轴所受的竖向压力，使水平滑杆保持水平，旋转轴只受竖向压力作用，避免旋转轴弯曲或从底部断裂，或者地脚螺栓的断裂。

还包括垫在竖向升降支架与高压线塔之间的垫高层，当地表总下沉量超出竖向升降支架的最大上升量时，可以通过增加垫高层来弥补升降支架高度的不足。垫高层可以成为网架6的一部分。

对于几十米甚至上百米高的高压线塔，较大的倾斜可能使塔身失稳而发生倒塔事故，本发明的如图1所示还包括拉线1，拉线1在塔身的四周方向上均匀分布，且拉线1一端与塔身顶部相连，另一端与固定在塔外围地面上的自锁拉线2装置连接，自锁拉线2装置为四个分布在高压线塔对角位置的绞盘，通常有至少三根拉线1可以将塔顶部在平面上稳定住，优选地，本发明采用八根拉线1，每两根拉线1下端拉于线塔外侧对角线位置上的绞盘2上，该两根拉线1上端固定于塔顶相邻对角上。利用不同方向上的拉线1将高压线塔顶部在稳定住，保证地表变形或在对塔进行顶升调整时塔顶稳定，避免倒塔事故发生，同时每一绞盘上的两根成V型交叉的拉线与塔还形成稳定的三角形结构，可更好的控制塔顶稳定。

具体施工方法为：

(1)建外基础：在原基础外侧增建四个独立的塔脚外基础3，新建的外基础大于原基础，外扩尺寸按主材斜度和升高高度计算，预埋地脚螺栓，在外基础上建如图3所示的框架式外基座5，外基座5四角下部设置有竖向伸缩调节杆12，并通过四个可变向平移支座4安装在四个外基础上；

(2)在高压线塔下部设置如图4所示的外轮廓竖直的网架6，在原基础上加设基础套帽，并在塔腿下部安装竖向升降支架和水平旋转支座；同时在塔身顶部安装八根拉线，在高压线塔所在地面四周各方向安装绞盘，拉线一端系于绞盘，将塔身上部稳定住；切断原塔腿，并使网架6插入外基座5中部的吻合的空腔内；网架6可以通过卡子固定在外基座5上。

(3)地表不同步水平移动导致线塔基础的水平变形，通过可变向平移支座来克服水平变形的影响，保持外基座和高压线塔及竖向升降支架的稳定，根据不均匀下沉大小调整外基座的竖直伸缩调节杆和竖向升降支架的微调升降装置，以使外基座保证水平和塔身保持正直；通过绞盘拉紧拉线保持塔身稳定，根据地表沉陷量，利用竖向升降支架中的液压升降支架顶升塔身，使塔体沿外基座向上滑动升高，每次升降量为1.5～2m，顶升一次完成，利用卡头11将塔身与外基础连接，将塔身托住，顶升调整过程中还同步通过绞盘调整拉线，以稳定塔体；对于需要多次顶升的情况，还需要安装垫高层，垫在竖向升降支架上部，垫高层高度与一次顶升高度相同，然后竖向升降支架复位，为下一次顶升作准备；

(4)经过步骤(3)中一次或多次顶升，地表稳定后，将塔身固定到所述外基座上，形成硬支撑。

竖向升降支架以及对应的可变向平移支座、以及绞盘和拉线可以拆除，以重复利用。

Claims

1.一种基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：包括设置在高压线塔原基础外侧的新建外基础，外基础上通过可变向平移支座和支座上的竖向伸缩调节杆安装有外基座，所述外基座为套建在高压线塔塔底外侧的竖直框架，外基座与高压线塔之间通过可拆卸连接件连接；在安装高压线塔塔腿的原基础上套装有增大基础面积的金属基础套帽，基础套帽上安装有可变向平移支座，在所述基础套帽上安装的可变向平移支座上安装有竖向升降支架，竖向升降支架上端连接在原塔的塔底，所述竖向升降支架由液压升降支架以及微调升降装置构成。

2.如权利要求1所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：所述外基座为钢制框架。

3.如权利要求2所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：所述的微调升降装置为蜗轮蜗杆升降机或梯形螺纹螺杆伸缩套。

4.如权利要求1至3中之一所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：所述的外基础上的可变向平移支座包括水平滑杆和滑套，外基座底部的竖向伸缩调节杆通过旋转轴连接滑套，所述滑套套装在水平滑杆上，所述水平滑杆一端通过竖直旋转轴装在所述外基础上。

5.如权利要求4所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：所述的水平滑杆另一端还安装有滚轮或可调支脚。

6.如权利要求1至3中之一所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：所述的基础套帽上的可变向平移支座包括水平滑杆和滑套，竖向升降支架的下端通过旋转轴连接滑套，所述滑套套装在水平滑杆上，所述水平滑杆一端通过竖直旋转轴装在所述基础套帽上。

7.如权利要求6所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：所述的水平滑杆另一端还安装有滚轮或可调支脚。

8.如权利要求1至3中之一所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：还包括垫在竖向升降支架与高压线塔下部竖直网架之间的垫高层。

9.如权利要求1至3中之一所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：还包括拉线，拉线在高压线塔塔身的四周方向上均匀分布，且拉线一端与塔身顶部相连，另一端与固定在塔腿外围地面上的自锁拉线装置连接，从多个方向上将塔身上部拉住。

10.如权利要求9所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：所述的自锁拉线装置为四个绞盘，分布在高压线塔对角位置。

11.如权利要求10所述的基础外扩的高压线塔可提升且抗采动变形装置，其特征在于：所述拉线为八根，每两根拉线下端拉于高线塔外侧对角线位置上的一个绞盘上，该两根拉线上端固定于高压线塔塔顶相邻对角上。