山區(qū)輸電線路的環(huán)保設(shè)計(jì)和措施研究

曾二賢，包永忠，楊景勝，高斐略

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

隨著我國(guó)電力建設(shè)的快速發(fā)展，線路走廊越來越緊缺，山區(qū)輸電線路大多處于海拔較高、地勢(shì)險(xiǎn)要、交通不便的地區(qū)，隨之帶來的塔位條件越來越惡劣，山區(qū)線路環(huán)境保護(hù)問題日益突出，已引起社會(huì)各方的廣泛關(guān)注。因此，研究山區(qū)輸電線路環(huán)保設(shè)計(jì)理念及措施，具有重要的工程意義和社會(huì)價(jià)值。

本文首先簡(jiǎn)要概括了山區(qū)輸電線路環(huán)保設(shè)計(jì)的基本原則，然后提出了若干具體的環(huán)保設(shè)計(jì)理念，包括特殊鐵塔的設(shè)計(jì)、原狀土和新型環(huán)保基礎(chǔ)的優(yōu)先選用、鐵塔與基礎(chǔ)配合技術(shù)、塔基邊坡的環(huán)保處理措施和建議。

1 環(huán)保設(shè)計(jì)的基本原則

輸電線路環(huán)境保護(hù)理念應(yīng)貫徹于工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等全過程之中。作為輸電線路的設(shè)計(jì)工作者，應(yīng)充分考慮如何減少或避免對(duì)環(huán)境的影響，避免先破壞后治理的被動(dòng)局面，從源頭上可把握以下原則。

(1)線路路徑進(jìn)行全方位優(yōu)化，可對(duì)環(huán)境敏感區(qū)采用適當(dāng)?shù)谋茏尨胧?/p>

(2)桿塔塔位盡量避開陡峭地形及不良地質(zhì)地段。

(3)控制電磁輻射的影響和可聽噪音。

(4)減少線路走廊寬度，高跨樹林，減少對(duì)林木的砍伐和山區(qū)開方。

2 桿塔和基礎(chǔ)的環(huán)保設(shè)計(jì)

2.1 全方位長(zhǎng)短腿大極差的設(shè)計(jì)

山區(qū)鐵塔大部分位于斜坡、山脊或臺(tái)階地等地形，采用全方位長(zhǎng)短腿組合能較好適應(yīng)山區(qū)地形。目前，常規(guī)鐵塔塔腿級(jí)差一般設(shè)計(jì)為1.0m或1.5m，長(zhǎng)短腿最大差值一般設(shè)計(jì)為12.0m，甚至有達(dá)到18.0m。見圖1直觀反映了長(zhǎng)短腿級(jí)差變化對(duì)塔重及內(nèi)力的影響，當(dāng)長(zhǎng)短腿級(jí)差在9.0m左右(可適應(yīng)約35°地形坡度)時(shí)，計(jì)算塔重增幅為3%～5%。

文獻(xiàn)[8]、[9]表明，鐵塔塔腿高度的增大，腿部輔助材分隔數(shù)增多，鐵塔大變形產(chǎn)生的二階效應(yīng)將會(huì)對(duì)塔腿受力性能產(chǎn)生不利的影響。因此，工程上應(yīng)從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，結(jié)合長(zhǎng)短腿對(duì)塔重的影響規(guī)律，合理選擇長(zhǎng)短腿最大極差。對(duì)個(gè)別地形坡度較陡的塔位，當(dāng)最大極差仍不能滿足極少數(shù)塔位高差要求時(shí)，一是可采用不等高基礎(chǔ)配合塔腳架使用調(diào)節(jié)，二是可根據(jù)鐵塔使用情況來單獨(dú)特殊設(shè)計(jì)或驗(yàn)算，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的目的。

2.2 特殊塔型的概念設(shè)計(jì)

鐵塔型式主要取決于電壓等級(jí)、線路回?cái)?shù)、地形地貌及使用條件等因素，其合理的選用和特殊設(shè)計(jì)可減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

(1)小根開鐵塔

對(duì)于山區(qū)電壓等級(jí)高的輸電線路，可在常規(guī)自立式鐵塔的基礎(chǔ)上縮小根開，設(shè)計(jì)小根開鐵塔，能滿足山區(qū)局部地形陡峭、場(chǎng)地狹窄、立塔受限的工程需要。

表1 小根開鐵塔與常規(guī)鐵塔的環(huán)保效益比較

小根開鐵塔的根開較常規(guī)鐵塔縮減比例約26%，對(duì)陡峭地形適應(yīng)性好，可節(jié)省土地征用費(fèi)約36%～44%，本體造價(jià)較常規(guī)鐵塔費(fèi)用增加約4.4%。建議在增加工程造價(jià)可接受的前提下，對(duì)山區(qū)局部地形可選擇性特殊設(shè)計(jì)小根開鐵塔，能大幅度減小征地、土石開挖方量，對(duì)環(huán)境保護(hù)、水土保持具有重大意義。

(2)跳線上繞塔

山區(qū)輸電桿塔將不可避免的遇到林區(qū)、陡峭山坡跳線受控等情況，且較為常見，可將傳統(tǒng)干字型耐張塔的跳線(見圖2(a))進(jìn)行上繞優(yōu)化布置，形成跳線上繞塔，見圖2(b)。

該塔型在溪浙直流線路工程湘6標(biāo)段G2452號(hào)桿塔中得到了應(yīng)用，塔基樹種為松樹，跳線上繞后高邊線塔基跳線處林木無(wú)須砍伐，桿塔呼高有所降低，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效益明顯。

(3)Z型邊坡塔

考慮山地地形坡度的影響，可對(duì)常規(guī)的山區(qū)T字型導(dǎo)線橫擔(dān)改為進(jìn)行階梯布置，形成階梯橫擔(dān)Z型邊坡塔(見圖3)，其目的是降低下山坡側(cè)的導(dǎo)線橫擔(dān)對(duì)地高度，充分利用桿塔有效高度，降低雷擊跳閘率。

圖3 Z字塔示意圖

常規(guī)的山區(qū)T型塔與Z型邊坡塔的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2。

表2 Z型塔與常規(guī)T型塔對(duì)比分析

(4)三角形斷面鐵塔

常規(guī)鐵塔斷面一般為矩形或方形，當(dāng)塔身采用三角形斷面結(jié)構(gòu)時(shí)，可減小占地面積，塔位選擇更為靈活；其次，根據(jù)受力的不對(duì)稱性合理布置塔身主材，充分利用三根主材的強(qiáng)度，主材可采用鋼管或特制型鋼。

文獻(xiàn)[10]表明，三角形斷面鐵塔在不考慮位移限制情況下，塔重與常規(guī)四邊形斷面鐵塔略有優(yōu)勢(shì)，但塔頂位移較四邊形鐵塔增幅較大，為滿足規(guī)范要求，通過加大塔身尺寸來增大鐵塔剛度，勢(shì)必將帶來塔重增加，鐵塔塔材無(wú)優(yōu)勢(shì)可言。但三角形斷面鐵塔其基礎(chǔ)混凝土及鋼筋耗量節(jié)省約15%，具有一定環(huán)保效益。

(5)其他塔型

根據(jù)工程需要，可采用同塔雙回或多回路設(shè)計(jì)、緊湊型塔、V串塔型、Y串型塔、F型塔、下字型塔、拉線塔等，也符合環(huán)保設(shè)計(jì)的要求。

2.3 優(yōu)先選用原狀土基礎(chǔ)

山區(qū)線路應(yīng)優(yōu)先采用原狀土基礎(chǔ)。這類基礎(chǔ)能充分利用原狀土體力學(xué)性能，同時(shí)避免基坑大開挖，對(duì)環(huán)境的不良影響小。

(1)對(duì)巖石裸露或覆蓋層很薄時(shí)，可采用巖石錨桿基礎(chǔ)和嵌固基礎(chǔ)。

(2)對(duì)覆蓋層相對(duì)較厚時(shí)，可采用掏挖－巖石的復(fù)合基礎(chǔ)型式，見圖4。

(3)對(duì)山區(qū)地基覆蓋土層較厚及非巖石地基，可使用掏挖類(人工挖孔樁)基礎(chǔ)，此類基礎(chǔ)中新型環(huán)保基礎(chǔ)型式有斜掏挖和翼板掏挖基礎(chǔ)，見圖5。

圖5(a) 斜掏挖基礎(chǔ)示意圖

圖5(b) 翼板掏挖基礎(chǔ)示意圖

表3 普通掏挖基礎(chǔ)和帶翼板基礎(chǔ)比較

由表3看出，翼板掏挖基礎(chǔ)的混凝土用量比全掏挖基礎(chǔ)減少7%～9%，造價(jià)減少約3%～7%，在基礎(chǔ)露頭較高，傾覆作用顯著的情況時(shí)，其綜合環(huán)保效益更明顯。

(4)對(duì)大荷載條件下的山區(qū)鐵塔基礎(chǔ)，掏挖基礎(chǔ)直徑約為2.0m～2.8m，埋深約為10.0m～20.0m，屬于大體積混凝土，大直徑樁基的范疇，可采用空心掏挖和變截面人工挖孔樁基礎(chǔ)。

空心基礎(chǔ)，見圖6，是將一定埋深內(nèi)的主柱采用棄土作為填充物，其一定程度上減少基礎(chǔ)混凝土量和棄土量，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的作用。

變截面人工挖孔樁是一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)型式，見圖7，其樁身截面在淺部荷載較大處樁徑較大，能滿足承載力或控制位移的需要，底部荷載較小處樁徑較小，符合樁身荷載傳遞規(guī)律，有利于節(jié)約樁身材料和環(huán)保。

圖6 空心掏挖基礎(chǔ)示意圖

圖7 變截面人工挖孔樁示意圖

(5)根據(jù)基礎(chǔ)型式及受力特點(diǎn)，尚應(yīng)采取積極設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，如地螺或插入角鋼預(yù)偏、主柱預(yù)偏心等，達(dá)到精細(xì)化設(shè)計(jì)和環(huán)保設(shè)計(jì)的要求。

2.4 不等高基礎(chǔ)配合塔腳架的使用

為避免和減少基面土石方開挖量，保持塔基穩(wěn)定，山區(qū)線路可優(yōu)化設(shè)計(jì)鐵塔與基礎(chǔ)的配合技術(shù)方案，對(duì)比結(jié)果見表8。

表8 鐵塔與基礎(chǔ)配合技術(shù)方案的對(duì)比

當(dāng)基礎(chǔ)露高較大后，因偏心彎矩增大而導(dǎo)致基礎(chǔ)主柱截面和鋼筋量都很大，合理使用塔腳架能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，見表9和表10分別給出高陡邊坡情況下獨(dú)立塔腳架和聯(lián)合塔腳架的幾種方案。

表9 獨(dú)立桁架方案對(duì)比

表10 聯(lián)合桁架方案對(duì)比

對(duì)于塔腳架配合技術(shù)方案，建議在鐵塔建模設(shè)計(jì)時(shí)考慮鋼架部分的變形協(xié)調(diào)作用，否則鐵塔某些桿件將趨于不安全設(shè)計(jì)。

3 基面處理的環(huán)保設(shè)計(jì)

3.1 塔基邊坡的防護(hù)措施

塔基邊坡的防護(hù)主要有工程措施和生態(tài)護(hù)坡措施2類。工程措施有坡率法、漿砌塊石、加筋擋土墻、掛網(wǎng)錨噴等，在山區(qū)線路中應(yīng)用相對(duì)較廣，但缺點(diǎn)是易形成水土流失，帶來新的次生災(zāi)害和環(huán)境問題，如視覺污染、生態(tài)失衡等。

生態(tài)護(hù)坡是指利用植物單獨(dú)或與其它構(gòu)件配合對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)和綠化、植被恢復(fù)的一種技術(shù)，包括植被固坡和綜合護(hù)坡型式，見圖8。

圖9為漿砌骨架植草護(hù)坡，是一種典型的綜合護(hù)坡方式，簡(jiǎn)便易行，在山區(qū)線路工程中已有一定應(yīng)用范例。

文獻(xiàn)[13]通過對(duì)幾種護(hù)坡形式的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，指出山區(qū)線路工程中應(yīng)用生態(tài)護(hù)坡，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效益明顯，值得推廣。

3.2 柔性防護(hù)網(wǎng)邊坡治理

柔性防護(hù)網(wǎng)不破壞坡面原有的地貌及植被生長(zhǎng)，其開放性有利于排水和植被的生長(zhǎng)，充分發(fā)揮了整個(gè)系統(tǒng)的防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)“局部受力、整體作用”的效果，見圖10，具有材料輕便、施工機(jī)具輕便、施工簡(jiǎn)單快捷的特點(diǎn)。

3.3 棄土處理原則

施工棄土向塔位下邊坡隨意拋灑，易使坡體重力增加發(fā)生堆載誘發(fā)型滑坡或棄土牽引式滑坡，山區(qū)線路中應(yīng)根據(jù)具體地形及周圍環(huán)境確定施工棄土的處理對(duì)策，可遵循如下基本原則：

(1)地形平緩時(shí)，可就地?cái)偙『粚?shí)堆放；

(2)對(duì)塔位地形坡度大于15°的坡地，應(yīng)會(huì)同巖土專業(yè)選擇合適的位置作為棄土堆放地點(diǎn)。對(duì)部分塔位地形較陡時(shí)，應(yīng)選擇修筑棄土保坎，通過計(jì)算確定保坎高度及長(zhǎng)度。

(3)如塔位附近無(wú)合適修筑保坎的位置，應(yīng)將所有棄土外運(yùn)。

3.4 基面排水

良好通暢的基面排水，有利于邊坡及基礎(chǔ)保護(hù)范圍外臨空面的土體穩(wěn)定。對(duì)匯水面較大的塔位，應(yīng)在塔位上方依地形修筑永久型排水溝。排水溝施工應(yīng)與降基、基坑開挖等土石方工程同步進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電力建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，解決山區(qū)輸電線路施工及運(yùn)行帶來的環(huán)保問題已逐步成為降低電網(wǎng)工程建設(shè)成本、提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的重點(diǎn)，也符合目前建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的要求。

本文綜述了山區(qū)輸電線路環(huán)保設(shè)計(jì)理念，提出的若干環(huán)保設(shè)計(jì)的具體建議，可作為今后類似工程設(shè)計(jì)參考。對(duì)于山區(qū)線路的環(huán)保設(shè)計(jì)，尚須在工程中不斷總結(jié)和優(yōu)化，以進(jìn)一步探索新的設(shè)計(jì)思路。

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