山区输电线路的环保设计和措施研究

曾二贤，包永忠，杨景胜，高斐略

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

随着我国电力建设的快速发展，线路走廊越来越紧缺，山区输电线路大多处于海拔较高、地势险要、交通不便的地区，随之带来的塔位条件越来越恶劣，山区线路环境保护问题日益突出，已引起社会各方的广泛关注。因此，研究山区输电线路环保设计理念及措施，具有重要的工程意义和社会价值。

本文首先简要概括了山区输电线路环保设计的基本原则，然后提出了若干具体的环保设计理念，包括特殊铁塔的设计、原状土和新型环保基础的优先选用、铁塔与基础配合技术、塔基边坡的环保处理措施和建议。

1 环保设计的基本原则

输电线路环境保护理念应贯彻于工程规划、设计、施工、运行等全过程之中。作为输电线路的设计工作者，应充分考虑如何减少或避免对环境的影响，避免先破坏后治理的被动局面，从源头上可把握以下原则。

(1)线路路径进行全方位优化，可对环境敏感区采用适当的避让措施。

(2)杆塔塔位尽量避开陡峭地形及不良地质地段。

(3)控制电磁辐射的影响和可听噪音。

(4)减少线路走廊宽度，高跨树林，减少对林木的砍伐和山区开方。

2 杆塔和基础的环保设计

2.1 全方位长短腿大极差的设计

山区铁塔大部分位于斜坡、山脊或台阶地等地形，采用全方位长短腿组合能较好适应山区地形。目前，常规铁塔塔腿级差一般设计为1.0m或1.5m，长短腿最大差值一般设计为12.0m，甚至有达到18.0m。见图1直观反映了长短腿级差变化对塔重及内力的影响，当长短腿级差在9.0m左右(可适应约35°地形坡度)时，计算塔重增幅为3%～5%。

文献[8]、[9]表明，铁塔塔腿高度的增大，腿部辅助材分隔数增多，铁塔大变形产生的二阶效应将会对塔腿受力性能产生不利的影响。因此，工程上应从经济角度出发，结合长短腿对塔重的影响规律，合理选择长短腿最大极差。对个别地形坡度较陡的塔位，当最大极差仍不能满足极少数塔位高差要求时，一是可采用不等高基础配合塔脚架使用调节，二是可根据铁塔使用情况来单独特殊设计或验算，从而实现经济和环保的目的。

2.2 特殊塔型的概念设计

铁塔型式主要取决于电压等级、线路回数、地形地貌及使用条件等因素，其合理的选用和特殊设计可减少对生态环境的破坏。

(1)小根开铁塔

对于山区电压等级高的输电线路，可在常规自立式铁塔的基础上缩小根开，设计小根开铁塔，能满足山区局部地形陡峭、场地狭窄、立塔受限的工程需要。

表1 小根开铁塔与常规铁塔的环保效益比较

小根开铁塔的根开较常规铁塔缩减比例约26%，对陡峭地形适应性好，可节省土地征用费约36%～44%，本体造价较常规铁塔费用增加约4.4%。建议在增加工程造价可接受的前提下，对山区局部地形可选择性特殊设计小根开铁塔，能大幅度减小征地、土石开挖方量，对环境保护、水土保持具有重大意义。

(2)跳线上绕塔

山区输电杆塔将不可避免的遇到林区、陡峭山坡跳线受控等情况，且较为常见，可将传统干字型耐张塔的跳线(见图2(a))进行上绕优化布置，形成跳线上绕塔，见图2(b)。

该塔型在溪浙直流线路工程湘6标段G2452号杆塔中得到了应用，塔基树种为松树，跳线上绕后高边线塔基跳线处林木无须砍伐，杆塔呼高有所降低，经济性和环保效益明显。

(3)Z型边坡塔

考虑山地地形坡度的影响，可对常规的山区T字型导线横担改为进行阶梯布置，形成阶梯横担Z型边坡塔(见图3)，其目的是降低下山坡侧的导线横担对地高度，充分利用杆塔有效高度，降低雷击跳闸率。

图3 Z字塔示意图

常规的山区T型塔与Z型边坡塔的优缺点比较见表2。

表2 Z型塔与常规T型塔对比分析

(4)三角形断面铁塔

常规铁塔断面一般为矩形或方形，当塔身采用三角形断面结构时，可减小占地面积，塔位选择更为灵活；其次，根据受力的不对称性合理布置塔身主材，充分利用三根主材的强度，主材可采用钢管或特制型钢。

文献[10]表明，三角形断面铁塔在不考虑位移限制情况下，塔重与常规四边形断面铁塔略有优势，但塔顶位移较四边形铁塔增幅较大，为满足规范要求，通过加大塔身尺寸来增大铁塔刚度，势必将带来塔重增加，铁塔塔材无优势可言。但三角形断面铁塔其基础混凝土及钢筋耗量节省约15%，具有一定环保效益。

(5)其他塔型

根据工程需要，可采用同塔双回或多回路设计、紧凑型塔、V串塔型、Y串型塔、F型塔、下字型塔、拉线塔等，也符合环保设计的要求。

2.3 优先选用原状土基础

山区线路应优先采用原状土基础。这类基础能充分利用原状土体力学性能，同时避免基坑大开挖，对环境的不良影响小。

(1)对岩石裸露或覆盖层很薄时，可采用岩石锚杆基础和嵌固基础。

(2)对覆盖层相对较厚时，可采用掏挖－岩石的复合基础型式，见图4。

(3)对山区地基覆盖土层较厚及非岩石地基，可使用掏挖类(人工挖孔桩)基础，此类基础中新型环保基础型式有斜掏挖和翼板掏挖基础，见图5。

图5(a) 斜掏挖基础示意图

图5(b) 翼板掏挖基础示意图

表3 普通掏挖基础和带翼板基础比较

由表3看出，翼板掏挖基础的混凝土用量比全掏挖基础减少7%～9%，造价减少约3%～7%，在基础露头较高，倾覆作用显著的情况时，其综合环保效益更明显。

(4)对大荷载条件下的山区铁塔基础，掏挖基础直径约为2.0m～2.8m，埋深约为10.0m～20.0m，属于大体积混凝土，大直径桩基的范畴，可采用空心掏挖和变截面人工挖孔桩基础。

空心基础，见图6，是将一定埋深内的主柱采用弃土作为填充物，其一定程度上减少基础混凝土量和弃土量，达到保护环境的作用。

变截面人工挖孔桩是一种优化的结构型式，见图7，其桩身截面在浅部荷载较大处桩径较大，能满足承载力或控制位移的需要，底部荷载较小处桩径较小，符合桩身荷载传递规律，有利于节约桩身材料和环保。

图6 空心掏挖基础示意图

图7 变截面人工挖孔桩示意图

(5)根据基础型式及受力特点，尚应采取积极设计优化措施，如地螺或插入角钢预偏、主柱预偏心等，达到精细化设计和环保设计的要求。

2.4 不等高基础配合塔脚架的使用

为避免和减少基面土石方开挖量，保持塔基稳定，山区线路可优化设计铁塔与基础的配合技术方案，对比结果见表8。

表8 铁塔与基础配合技术方案的对比

当基础露高较大后，因偏心弯矩增大而导致基础主柱截面和钢筋量都很大，合理使用塔脚架能充分发挥其优势，见表9和表10分别给出高陡边坡情况下独立塔脚架和联合塔脚架的几种方案。

表9 独立桁架方案对比

表10 联合桁架方案对比

对于塔脚架配合技术方案，建议在铁塔建模设计时考虑钢架部分的变形协调作用，否则铁塔某些杆件将趋于不安全设计。

3 基面处理的环保设计

3.1 塔基边坡的防护措施

塔基边坡的防护主要有工程措施和生态护坡措施2类。工程措施有坡率法、浆砌块石、加筋挡土墙、挂网锚喷等，在山区线路中应用相对较广，但缺点是易形成水土流失，带来新的次生灾害和环境问题，如视觉污染、生态失衡等。

生态护坡是指利用植物单独或与其它构件配合对边坡进行防护和绿化、植被恢复的一种技术，包括植被固坡和综合护坡型式，见图8。

图9为浆砌骨架植草护坡，是一种典型的综合护坡方式，简便易行，在山区线路工程中已有一定应用范例。

文献[13]通过对几种护坡形式的经济性对比，指出山区线路工程中应用生态护坡，经济性和环保效益明显，值得推广。

3.2 柔性防护网边坡治理

柔性防护网不破坏坡面原有的地貌及植被生长，其开放性有利于排水和植被的生长，充分发挥了整个系统的防护能力，实现“局部受力、整体作用”的效果，见图10，具有材料轻便、施工机具轻便、施工简单快捷的特点。

3.3 弃土处理原则

施工弃土向塔位下边坡随意抛洒，易使坡体重力增加发生堆载诱发型滑坡或弃土牵引式滑坡，山区线路中应根据具体地形及周围环境确定施工弃土的处理对策，可遵循如下基本原则：

(1)地形平缓时，可就地摊薄夯实堆放；

(2)对塔位地形坡度大于15°的坡地，应会同岩土专业选择合适的位置作为弃土堆放地点。对部分塔位地形较陡时，应选择修筑弃土保坎，通过计算确定保坎高度及长度。

(3)如塔位附近无合适修筑保坎的位置，应将所有弃土外运。

3.4 基面排水

良好通畅的基面排水，有利于边坡及基础保护范围外临空面的土体稳定。对汇水面较大的塔位，应在塔位上方依地形修筑永久型排水沟。排水沟施工应与降基、基坑开挖等土石方工程同步进行。

4 结语

随着电力建设事业的快速发展，解决山区输电线路施工及运行带来的环保问题已逐步成为降低电网工程建设成本、提高电网运行质量的重点，也符合目前建设“资源节约型、环境友好型”社会的要求。

本文综述了山区输电线路环保设计理念，提出的若干环保设计的具体建议，可作为今后类似工程设计参考。对于山区线路的环保设计，尚须在工程中不断总结和优化，以进一步探索新的设计思路。

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