高陡邊坡地區輸電線路設計對策研究

馮 勇，鄢秀慶，李彥民，何松洋，劉 強，周建軍

(中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

隨著電網建設的快速發展，線路走廊日益緊張，山區輸電線路，尤其是途徑高陡邊坡的輸電線路隨之增多，塔位地形條件也越來越惡劣。由于鐵塔傳統的高低腿組合方式級差有限，在坡度超過40°的陡坡立塔非常困難，一方面基面開方和邊坡高度大，基礎工程量大，經濟性較差；另一方面高邊坡存在一定的安全隱患，滑坡等事故時有發生，不利于塔位的安全運行[1-3]。本文依據西南山區高陡邊坡輸電線路的設計經驗，結合高陡邊坡地區的特點，從鐵塔設計、基礎設計、環水保設計和運行維護設計四個方面展開了研究，提出了相應的設計對策，以便指導工程設計，為以后該類地區的設計提供參考。

1 高陡邊坡對輸電線路的影響

高陡邊坡地區對輸電線路的不利影響多表現為陡坡面的滑坡和小型崩塌，主要因為植被破壞、暴雨沖刷和棄土堆砌而引起[4]。

表1總結了近年來山區輸電線路高陡邊坡地質災害情況。

表1 高陡邊坡區已建輸電線路地質災害案例

因此，協調鐵塔級差與地形的適應性、降低邊坡開方量是處理陡峭地區輸電線路的重點，本文將從鐵塔設計、基礎設計、環水保設計和運行維護設計四個方面展開工程措施研究。

2 高陡邊坡地區輸電線路設計對策

2.1 鐵塔設計對策

基于高陡邊坡地區的特殊性，可根據塔位地形坡度因地制宜的選用窄基塔、單極塔，干字型耐張塔可采用跳線串上繞等優化方式[5]。

2.1.1 窄基塔應用

窄基塔是一種占地小、塔高與根開之比通常大于6的塔型，其根開比常規塔小得多，如圖1所示。在高陡邊坡地區，窄基塔的優勢更明顯，對于局部地形受限的塔位，可采用窄基塔，確保線路路徑的可行性。

圖1 窄基塔與常規塔對比

2.1.2 單極塔應用

對于特高壓直流線路而言，由于鐵塔基礎根開大，占地面積較大，高陡邊坡區域塔位選取困難。若采用兩個單極塔走線，將大大縮小鐵塔根開，提高塔位選擇靈活性和適應性。

1)懸垂塔型式

將同塔雙極直線塔拆分為兩個單極塔運行，以減小鐵塔根開，如圖2所示。單極塔可采用酒杯塔的型式，采用中相掛線的方式，單相受荷，解決重冰區過大的扭距和扭轉變形問題。

圖2 單極運行酒杯塔示意圖

2)耐張塔型式

將傳統的同塔雙極耐張塔改成一塔一極的單極耐張塔，將導線掛點位置移到塔身上，則所產生扭距的扭力臂為零，改善了鐵塔受扭情況。由于單極導線荷載小，口寬和坡度比常規干字型耐張塔可大大縮小，使得鐵塔根開減小，適應地形能力大大提高，如圖3所示。

圖3 單極耐張塔示意圖

2.1.3 耐張塔跳線上繞掛線

解決高陡邊坡地區鐵塔對地(樹)距離不足問題，避免樹木砍伐、土石開方及大規模的升高鐵塔，可采用跳線上繞掛線方式進行處理，即把導線跳線串通過地線懸垂串掛在地線支架的飛機架上。工程應用表明，在邊坡坡度大于28°時，采用耐張塔跳線上繞布置具有明顯經濟性，同時對環境保護具有重要意義，如圖4所示。

圖4 耐張塔跳線上繞設計

2.2 基礎設計對策

為緩解鐵塔級差不足、基礎主柱外露過高等帶來的問題，可采取鋼架延長腿、斜柱深基礎、連梁挖孔基礎等措施優化鐵塔與基礎的連接[6-7]。

2.2.1 鋼架

鋼架延長腿主要采用的技術方案分為三種：整體鋼架、獨立鋼柱和獨立小塔，各種鋼架型式簡介見表2所列。

表2 三種主要鋼架型式簡介

結合以往工程經驗，鋼架延長腿可結合以下原則選取：

1)當塔位地形坡度在35°以內時，各型鐵塔均可使用整體鋼架。

2)當塔位坡度不大于40°時，可采用獨立格構柱，同時格構柱高度不宜高于6 m。

3)當塔位坡度超過40°時，宜采用獨立小塔，小塔高度一般為8.0～11.0 m。

2.2.2 斜柱深基礎設計

目前，處理陡坡塔位普遍采用人工挖孔樁基礎，但當人工挖孔樁基礎主柱外露過大(大于3.0 m)時，其基礎抗傾覆力矩急劇增加，從而導致基礎設計不經濟，且大噸位的塔腳板運輸和安裝也比較困難。

斜柱深基礎設計方案結合高陡邊坡地區基礎的特點，在低腿挖孔樁基礎上部設置斜向立柱，其樁身部分與常規直柱式樁基礎相同，上部與鐵塔連接的基礎立柱部分與斜柱式基礎類似，如圖5所示。斜柱深基礎結合了斜插式基礎受力良好和原狀土挖孔樁基礎環保好的特點，能有效解決高陡邊坡地區采用人工挖孔樁基礎外露過高(超過3.0 m)帶來基礎工程量增大的弊端，滿足高陡邊坡地區較大地形坡度的需要。

圖5 斜柱深基礎設計

2.2.3 連梁挖孔樁基礎

連梁挖孔樁基礎設計方案是在塔腿各單樁基礎之間設置矩形截面的混凝土連梁，四個基礎相互連接，共同組成框架式結構，改善原單個基礎的受力狀態，增加基礎整體剛度，四個基礎協同工作受力性能更好，如圖6所示。

圖6 連梁挖孔樁基礎設計

2.3 高陡邊坡地區環保水保設計對策

高陡邊坡地區設計中常用的環水保措施類型主要有[8]：

1)植物措施：撒播草籽、生態護坡等；

2)工程措施：漿砌塊石護坡、擋土墻、棄土處理、被動防護網、抗滑樁、砂漿抹面和噴錨支護等；

3)臨時措施：苫蓋、臨時排水溝等。

影響高陡邊坡區環保設計的不良因素主要表現為棄土處理、滑坡、不穩定斜坡、崩塌等，高陡邊坡地區環水保設計主要是對上述影響因素因地制宜的采取合理的設計原則和防治措施。

2.3.1 棄土處理

由于高陡邊坡塔位地形較陡，結合以往處理的多處地質災害經驗，應嚴格禁止將棄土堆放在塔位下邊坡，防止暴雨后導致的牽引式滑坡，影響塔位安全運行。

2.3.2 植被恢復

撒播草籽是植被恢復的重要方式，高陡邊坡地區塔位施工過程中植被遭破壞的場地(如塔基場地、臨時施工道路、牽張場、棄土堆放點等)在施工完成后均應根據塔位原始植被狀態因地制宜地采取撒播草籽的方式對植被進行恢復。

2.3.3 生態護坡

生態護坡主要用于覆蓋高陡邊坡地區各種軟質巖層和較破碎巖石邊坡或是坡面易于受侵蝕的土質邊坡，避免邊坡進一步垮塌，同時可以通過生態護坡使植被較好的恢復。生態護坡如圖7所示。

圖7 生態護坡實景

2.4 高陡邊坡地區運行維護設計對策

高陡邊坡地區輸電線路設計，除考慮鐵塔和基礎的合理設計方案外，還應充分結合運維階段的特點，預留相關措施。

2.4.1 走道和拉索設計

高電壓等級輸電塔的水平隔面寬度往往較大，若不采取防護措施，運維人員檢修時行走存在一定安全風險。因此，為保障運維人員的安全，在鋼架水平隔面上設計0.6～1.0 m寬的人行走道，并設置好拉索，拉索在運維人員行走時主要起到護欄作用，如圖8所示。

圖8 整體鋼架設置走道和拉索示意圖

2.4.2 運維棧道設計

高陡邊坡地區塔位地形坡度大，運維人員行走十分不便，基礎設計時可以結合現場地形情況，在保證塔基穩定的前提下，因地制宜地就地取材，采用漿砌塊石和水泥砂漿，在塔位順坡向塔腿外側修筑運維棧道，并在棧道兩側設置簡易護欄裝置如圖9所示。

圖9 塔位運行棧道修筑示意圖

2.4.3 多腿腳釘設計

采用塔架延伸腿時，考慮延伸腿側坡度陡峭的特點，為保證運維人員安全，方便攀爬，可在塔架延伸腿的各條腿均配置腳釘，如圖10所示。

圖10 塔架延伸腿多腿腳釘示意圖

3 結語

本文針對西南地區高陡邊坡的特點，分析了高陡邊坡地區對輸電線路的影響因素。結合高陡邊坡的地形地質條件，在綜合考慮工程造價與環境保護的前提下，從高陡邊坡地區鐵塔設計、基礎設計、環保水保設計和運行維護設計等方面進行了系統的研究，提出了高陡邊坡地區設計的對策，以便指導工程實踐。