随着电网建设的不断发展，线路走廊用地日趋 紧张，途经煤炭采动区的问题日渐突出。在超高压 输电铁塔下开采煤炭的工程数量越来越多，已严重 影响到内蒙古、山西、安徽等多个煤炭资源丰富地 区输电线路的运行安全^{[1, 2, 3, 4, 5, 6]}。同时，采动区地质灾害 造成的输电线路杆塔倾斜、基础下沉，被迫停电、移 塔、改线等事件，会带来重大经济损失。因此，确保 煤炭采动区高压输电铁塔的结构安全，解决高压输 电铁塔抗地表变形性能与保护的问题，对合理开发 利用煤炭资源以及提高电力建设科技水平具有重 大意义。 １ 煤炭采动区高压输电铁塔抗地表变形性能及保护技术研究现状

目前，煤炭采动区建（构）筑物的抗地表变形性 能及保护技术研究主要集中在普通的砖混、框架结 构等建筑结构方面，铁塔作为其中一种底面积小、 高度高的建筑物体，在结构上是由多条导（地）线连 接组成的输电线路，与普通的砖混、框架等结构特 性存在明显的差异。

针对采动区输电铁塔保护的技术问题，美国Island Creek公司采用注浆充填技术对采动区进行注 浆^[7]，有效保障了高压输电铁塔下采煤工程的安全 性。美国西弗吉尼亚大学分析了地表变形对高压 输电铁塔的影响规律^[8]，澳大利亚新南威尔士州卧 龙岗大学针对煤炭开采后导致的地表移动问题，全 面总结了其对高压输电铁塔产生的影响^[9]。

目前国内对于采动区输电铁塔抗地表变形性 能及保护技术的研究还处于起步阶段，并主要侧重 高压输电铁塔下采煤的工程实践技术、采动区地表 变形对高压输电铁塔结构的影响规律、采动区输电 铁塔基础的抗变形性能研究和采动区高压输电铁 塔变形治理技术四个方面。 1.1 高压输电铁塔下采煤工程实践技术研究现状

目前，我国煤炭行业主要进行地表沉陷和变形 控制、高压线塔的监测和维修等措施的理论研究。

在高压输电线路下的减沉开采技术及运营维 护实践方面，我国不同矿区采用了不同的方法，大 部分可以在保证铁塔安全的前提下，将铁塔下的煤 炭开采出来。早在20世纪80年代，山西阳泉矿务 局就开始对高压输电线路下的煤炭进行了开采^[10]。 兖州矿区^[11]从多条高压线路下成功开采出煤炭 669.2万t。河北金牛能源股份有限公司、龙口矿务 局洼里煤矿等^{[12, 13, 14]}对高压输电线路铁塔下采煤技术 进行了研究，分析并评价了在煤炭回采过程中对高 压线路铁塔的损害程度，提出了在高压输电铁塔下 进行安全开采的有效措施，主要包括局部充填、降 低采高、调整开采边界、把铁塔布置在开采盆地中 央、在开采中保持工作面的连续、快速推进等措施。 1.2 采动区地表变形对高压输电铁塔结构的影响规律研究现状

从建筑角度分析，高压输电线路具备一般高耸 建（构）筑物的特点及其特有的线性建（构）筑物的 特点，由此决定了采动区地表变形规律也存在特殊 性。针对采动区地表变形对高压输电铁塔的影响， 现有研究资料不多。文献^[7]根据铁塔变形的现场 观测资料，总结了铁塔移动与地表变形的规律，结 果表明：铁塔对倾斜最敏感，应尽可能减少倾斜对 铁塔的影响。文献^{[15, 16, 17]}对煤矿开采后引发的地 表移动和变形进行了预测，采用数值分析方法研究 了铁塔结构的抗变形能力，对位于沉陷区输电铁塔 的安全性进行了评估。评估结果表明：开采时间为 5 a以上的采动区较开采时间为5 a以下的采动区， 地表变形对高压输电铁塔安全性的影响很小；除单 独支座竖向下沉外，在支座位移在根开的5‰以内 的铁塔，其结构均处在安全状态。文献^{[18, 19]}采用 有限元软件ANSYS，分析了在采动区地表变形的情 况下，采用不同的计算模型对建筑结构内应力的响 应规律，分析结果表明：塔线耦联体系有限元模型 的杆件应力大于单塔模型，塔线耦联作用对输电塔 抗地表变形性能的影响较大；在煤炭开采之后的地 基、铁塔与铁塔基础的结构协同作用理论模型能更 好地描述高压铁塔结构的移动变形特征。 1.3 采动区高压输电铁塔及铁塔基础抗变形性能研究现状

要彻底避免采动区对高压输电线路造成影响， 最直接的解决办法就是更改输电线路的接线方 式。而采用回填、注浆等方法只能减小地表变形对 输电线路的影响程度。虽然采用上述方法后地表 变形程度可明显减小，但由于耗费了大量的人力、 物力，导致其经济性较差。因此研究采动区高压输 电铁塔的抗变形性能及抗变形基础具有明显的现 实性。

采用抗变形基础是增强输电铁塔抗采动变形 性能的根本措施。其原理是在煤矿的计划开采区建设输电线路时，预先在输电铁塔基础上采用抗变 形的技术与方法，当后期开采时，由于输电铁塔的 抗变形能力增强，可降低地表变形对输电铁塔的损 害。文献^[20]分析了复合防护板的厚度对基础抗变 形性能的影响规律。文献^{[21, 22, 23]}针对煤炭采动区 特高压和超高压输电铁塔不同工况下的根开极限 变形进行了研究，并对输电铁塔的安全性进行了评 价。文献^{[24, 25, 26]}在分析了采动区高压输电铁塔的 基础沉降特性及铁塔抗变形性能基础上，提出了运 行维护处理方案和铁塔基础加固处理的常见方法， 主要包括改线、基础带电复位、带电扶正塔身、将分 裂式基础改为联合式基础、采用整体连续可调基础 等。将这些方法应用在实际工程中，显著地提高了 经济效益。

综上所述，目前我国学者对采动区高压输电铁 塔基础抗变形性能的研究和抗变形基础设计理论 的研究较少，缺乏可靠的理论基础。在采动区输电 铁塔抗变形基础方面我国已进行了许多工程实践， 积累了宝贵的经验，但总体上仍处于经验性和尝试 性阶段。 1.4 采动区高压输电铁塔变形治理技术研究现状

为了确保输电线路在采动区地表不均匀沉陷 情况下的运行安全，国、内外学者对采动区承受地 表沉陷的输电铁塔的变形治理技术进行了研究。 目前采动区输电铁塔的变形治理技术主要包括增 加临时拉线、带电扶正塔身和基础改造等^{[27, 28]}。 1.4.1 增加临时拉线

在开展采煤工程之前，可以根据地表变形程度 的预测结果，在铁塔倾斜的反方向增设拉线，能够 起到保证开采过程中输电线路的安全性。必要时 可在拉线上增加可调拉线金具，便于随时调整拉线 的张力，确保开采过程中输电铁塔的安全。 1.4.2 带电扶正塔身

在采动区地表变形活跃期或地表沉降量不大、 水平位移在规定范围之内的情况下，可采用带电扶 正塔身的方法，加长地脚螺栓，在塔脚板与基础立 柱之间的间隙铺垫钢板，扶正塔身。若采用加长地 脚螺栓不能满足铁塔倾斜角度的运行要求时，可采 用更换塔脚板的方法，根据地基（基础）最大下沉 量，设计加长塔脚板，然后利用替换法将原塔脚板 换掉。该方法是地表沉降活跃期扶正塔身的最佳 处理方案。 1.4.3 铁塔基础复位

当高压输电线路处于相对稳定期内的采动区， 且其铁塔基础变形在规程允许范围内的情况下，可 对输电线路铁塔基础进行带电复位，即采用液压千 斤顶将铁塔基础提升，垫平提升后再复位铁塔。该 方法的特点是不需配合线路停电、投资低、工期短， 但安全措施复杂。 1.4.4 铁塔基础改造

在进行地下开采前，为减轻地表变形对输电线 路的影响，应采用钢筋混凝土连梁或钢梁将混凝土 独立基础改造成联合基础，从而增强铁塔基础的抗 变形能力。 1.4.5 更换输电线路

当采动区地表变形、铁塔整体沉降量过大或者 地下水位过高时，会导致高压输电铁塔抗变形能力 降低，因此需要与采矿部门协商更换输电线路。或 启用临时线路，待地表沉降稳定、回填部分高度后， 再进行输电线路回迁工作。

采动区输电铁塔的变形治理是较为复杂的系 统工程，虽然治理方案很多，但方案的选取不能一 概而论，任意套用，需要结合现场调查与监测结果， 分析研究铁塔发生倾斜的原因，确定经济合理的纠 偏方案，必要时需要结合2—3种不同的方案进行综 合治理。 2 问题与建议 2.1 存在的问题

综上所述，我国目前在采动区高压输电铁塔保 护技术研究领域已取得了一些研究成果，为今后开 展采动区高压输电铁塔抗地表变形性能的进一步 研究奠定了基础。但目前的研究仍存在一些问题 与不足。

（1） 虽然我国煤炭行业已进行了大量的高压 输电铁塔下采煤的工程实践，积累了宝贵的经验， 但目前的研究成果还需要经过现场检测等进一步 的验证，因此尚未形成成熟的研究成果。

（2） 采动区地表变形并不能完全影响铁塔基 础，但高压输电铁塔结构的整体性和刚度会影响铁 塔基础的抗变形能力。因此，亟须进行采动区影响 下的高压输电铁塔结构与地基、铁塔基础的协同作 用研究。

（3） 高压输电线路是由输电铁塔—连接线整 体组成的空间体系结构，由于其体系的复杂性，学 者通常将各组成部分作为彼此独立的对象分别进 行研究，没有考虑相互之间的协同作用。

（4） 在目前输电铁塔破坏机理和保护技术的 研究中，输电铁塔本身的节点、杆件、计算模型等均 存在许多问题，如ANSYS分析中输电铁塔模型如何 考虑节点滑移对输电铁塔抗变形性能的影响；如何 考虑节点简化对计算结果的影响等有待于进一步 研究。

（5） 目前，我国电力系统运行与维护部门对采 动区倾斜及破坏的多数输电铁塔已进行了纠偏及 加固，但对于此项工作措施的可靠性仍缺乏理论依 据，特别是需要进一步研究铁塔纠偏及加固过程中 构件内力的变化规律及安全性评价；

（6） 目前，由于对高压输电铁塔破坏机理缺乏 系统的研究，因此在设计过程中，需要更多地考虑 安全因素，以保障高压输电线路的安全。

（7） 迄今为止，在国内采煤工程实践中，尚未 建立采动区影响下高压输电线路致灾因子及安全 性评价指标体系。 2.2 建议

针对以上问题，建议今后在以下方面开展深入 研究：

（1） 加强采煤工程实践中的现场监测，验证已 有研究成果的可靠性。

（2） 建立高压输电铁塔结构与地基、基础的协 同作用理论模型。

（3） 考虑铁塔、基础、导线协同变形机理，建立 三者协同作用的理论模型；分析输电铁塔在地表变 形作用下的累积损伤规律。

（4） 研究节点滑移和节点简化对模型计算结 果的影响，实现输电铁塔的精细化建模，揭示采动 区影响下高压输电线路铁塔失稳破坏机制。

（5） 研究采动区承受地表变形的输电铁塔的 抗风性能。

（6） 分析采动区影响下高压输电线路铁塔的 安全评价指标，建立高压输电线路的安全评价体 系。 3 结束语

采动区输电铁塔抗地表变形性能及保护技术 研究是一项复杂而又重要的课题，需要将矿山开采 沉陷与采动变形控制、地基基础、建筑物保护、结构 工程、输电技术等学科进行综合研究才能得到满意 的效果。综观国内、外的研究现状，各门学科的研 究缺乏相互的协调和交流，使其研究成果与工程实 践有较大的差距。为了深入、具体地研究采动区高 压输电铁塔破坏机理及保护技术，必须揭示煤矿地 下开采对地表杆塔影响的规律；分析采动区输电铁 塔破坏机理及抗变形能力；研究能避免或减小杆塔 不利变形的结构、基础优化设计方法和相应的地基 基础技术措施。进行煤矿采动区高压输电铁塔破 坏机理及保护技术研究，可为输电线路的安全运行 和煤炭企业的可持续发展提供技术支持。