特高压输电线路不同施工工艺对环境影响综合效益分析和水土保持评价

韩冰 吕斌 郑树海 李莉

摘 要：开发建设项目特高压输电线路工程建设中不同施工工艺，对生态环境有不同的影响，本文针对索道、高低腿等施工工艺为输变电工程水土流失防治工作提供技术支撑，以山西晋北～江苏南京±800千伏特高压直流输电工程为研究对象，分析索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺综合效益的影响特点和成因，对此施工工艺进行了水土保持分析评价，并确定水土流失防治重点，减少扰动土地面积，保护生态环境的综合效益进行了分析。

关键词：索道式跨越架；高低腿铁塔；生产建设项目；环境影响；生态效益；水土保持；特高压输电工程

随着我国国民经济的发展，用电量持续增长，高压输变电工程项目持续增多，输变电工程所产生的水土流失日益受到重视，已往研究对项目建设中的水土流失来源及特点作了大量的总结，并提出了相应的防治措施。输变电工程水土流失的“防治”，最先应该考虑、最重要的是“防”，即尽量减少施工对地表的扰动范围及强度，减少水土流失来源。输变电水土流失主要来源于线路区塔基开挖及牵张场、塔基施工区、施工道路等各类临时场地修建和施工期扰动；同时水土保持措施实施时也会产生一定的扰动及水土流失，但却容易被忽略。这就要求在进行主体工程及水土保持措施设计时采用低扰动工程技术进行优化，在保证主体工程质量及水土保持措施实施效果的同时，最大限度地降低对地表的扰动和破坏，减少水土流失治理工程量，同时也可以节省水土保持投资。目前我国在建设不同电压等级的输变电工程，以满足经济社会快速发展的需求。输变电工程的建设，势必对项目建设区造成扰动破坏，造成新的水土流失。在索道式跨越送电线路工程中，架线施工技术的合理应用是十分重要的，其对于施工效率与质量的影响也是不容忽视的。随着国内电力事业改革步伐的不断加快，以及各种电力施工技术的创新发展与应用，其为索道式跨越送电线路架线施工技术的研究与应用提供了有利的条件，也是促进国内高压电力工程建设事业发展的重要技术基础。如何采取有效的水土保持措施，减轻工程建设带来的水土流失影响具有重要意义。以山西晋北～江苏南京±800 千伏特高压直流输电工程索道式跨越架、高低腿铁塔为例，从主体工程设计源头和水土保持措施专项设计两方面探讨输变电工程水土保持措施设计，望能为其他输变电工程建设提供一定的借鉴和参考。

1.项目区概况

山西晋北～江苏南京±800 千伏特高压直流输电工程起于山西晋北±800千伏特高压换流站，止于江苏南京±800千伏特高压换流站，线路全长1119km。输电工程作为“西电东送、北电南供”的重要工程，该工程是山西省首个特高压直流工程，也是落地江苏省的第二个特高压直流工程。工程建成后，将促进山西能源基地开发与能源外送，扩大新能源消纳范围，满足华东地区用电需求。

工程沿线地貌类型主要为山地、丘陵（以下简称山丘）和平原；气候类型区主要有中温带亚干旱区、暖温带亚湿润区和北亚热带湿润季风气候区，年降水量421.1～988mm，20年一遇24h 最大降雨量140.5～289.6mm，年蒸发量1362.5～2000mm，年均风速2.4～3.4m/s，≥10℃的多年平均积温为2610～5200℃；土壤类型主要有褐土、栗钙土、棕壤、潮土、黄棕壤土、水稻土和砂姜土等；植被类型山西境内属落叶小叶林，河北、山东和河南境内主要以北方暖温带大陆性季风气候为代表的落叶阔叶林，安徽和江苏以北亚热带阔叶林为主。

工程沿线林草覆盖率约为20%～38%。本工程涉及水力侵蚀类型区的西北黄土高原区，侵蚀强度为轻度，容许土壤流失量为1000t/km2·a；水力侵蚀类型区的北方土石山区，侵蚀强度以轻度为主，容许土壤流失量为200t/k m2？a；水力侵蚀类型区南方红壤区，侵蚀强度以微度为主，容许土壤流失量为500t/k m2？a。

沿线涉及国家级水土流失重点预防区6 个县、重点治理区11 个县（区），省级水土流失重点预防（保护）区5 个县（区）、重点治理区（监督区）18 个县（市、区）。本工程线路路径经过优化后已避开了多处饮用水水源保护区、森林公园、地质公园、湿地公园、自然保护区、风景名胜区等生态敏感区。在线路优化的基础上，本工程输电线路仍需穿（跨）越19 处生态敏感区。

2.水土流失现状

项目经过西北黄土高原区、北方土石山区、南方红壤区，西北黄土高原区容许土壤流失量为1000t/km2·a，北方土石山区容许土壤流失量为200t/km2·a，南方红壤区容许土壤流失量为500t/km2·a。项目建设区所在地所属水土流失分区分布见表2-1。

3.输变电工程对环境的扰动

由于输变电工程建设受工程沿线地形地貌及“线性”活动方式的影响，主体、配套工程涉及破坏范围少则几公顷，多则达数百公顷。输变电工程在施工中进行挖、填、弃、平等活动，使得地表土壤原有覆着物遭受严重破坏，改变了土壤的理化性质，使得土壤颗粒的紧密结构遭到破坏，不能很好地抵抗外来营力的侵蚀，水土流失急剧增加，所产生的水土流失强度往往高出自然侵蝕强度。经过统计分析，确定本工程扰动地表面积346.84hm2，其中耕地203.27hm2，林地29.17hm2，园地5.24hm2，草地84.71hm2，其它土地（包括盐碱地、沼泽地、沙地和裸地等）24.11hm2，住宅及工矿仓储用地0.33 hm2，损坏水土保持设施面积346.84hm2。输变电工程是把电源的电力输送至需要电能或消费电能的各个地区或是传送相邻电网的电力，构成相互连接的统一电网，并保持电网间供应和需求相平衡。建设输变电工程主要有建设变电站和架设输电线路两部分内容。输电线路多数都是呈线状分布，主要靠铁塔支撑，各线路形成相互独立的电力线路走廊，尽管铁塔占地很小，但铁塔数量多、线路长，所以，输变电工程和普通建设项目不同，它跨越的地区较多，影响区域范围“面窄线长”。

4.索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺

4.1索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺

索道式跨越架工程即在两跨越塔之间架设绝缘索道，或者利用距离跨越（图1，图2）。架空索道由承力索、支撑架、牵引、吊运等四个系统构成。

在跨越档两端的杆塔上悬挂导、地线滑车、索道绳滑车→抛绳过带电线路→将索道绳的两条引绳及用于牵引玻璃钢横杆和地线及导引绳的一条。引绳带过被跨越的带电线路→将两条索道绳的引绳放入滑车内，将另一条引绳放入导线滑车内。利用索道绳引绳将索道绳牵过被跨越的带电线路→紧索道绳→牵引铺设玻璃钢横杆→牵引地线和导引绳。索位置的确定对拟选取的各种架设位置进行现场实地调查，并按照架空索道跨距最小、中间没有明显凸出物、两端地势平坦的原则择优选取。架设位置确定后使用全站仪对其平断面进行精确测量。

其优点是适用范围最广，基本不受地形及跨越物限制，但存在绳索铺放时驰度难以控制、抗风及抗冲击性能差等缺点。目前，在送电线路张力架线跨越施工中，利用索道式跨越架进行跨越施工的技术日臻完善。

4.2高低腿铁塔施工工艺

高低腿铁塔施工是高压架空线路的重要组成部分，是线路施工的重要环节，高压线路具有塔基多、线路长、面广的特点，高低腿鐵塔施工是减少扰动地表面积的最优选择，且是减少扰动土石方的最好的施工工艺。本项目优化设计，采用全方位高低腿塔和主柱加高基础，尽量减少降基，最大限度地适应山地地形变化的要求，同时尽量采用原状土开挖基础，可有效减少水土流失。山坡塔基基本上都采用高低腿塔基共有四个施工平台，高低腿之间不进行开挖，使用高低腿与长短主柱结合，土方挖填较少，塔基区开挖多余的土方，尽量避免土方重复开挖调用，在施工完工后回填至塔基征地范围内，不另设弃渣处置点，进而减少对地表扰动。在山丘区塔基根据地形条件尽可能采用高低腿塔基，以减少对坡面大面积开挖，加重坡面滑坡危害，以减少水土流失。

5.索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺的综合效益

在全球经济一体化建设进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的推动作用之下，电力系统建设事业在整个国民经济建设发展体系中所占据的重要地位不断凸显，其所发挥的意义也尤为关键。可以说.新时期的电力系统建设不仅关系到社会大众生活水平的稳定提升，同时也关系到现代经济社会的优化与完善。以索道式跨越送电线路工程中的架线施工方法为研究对象，对其展开了较为详细的分析与阐述，并据此论证了索道式跨越施工方式在提高送电线路运行质量与运行稳定性的过程中所发挥的至关重要的作用与意义。

一是符合绿色环保施工的要求。输变电工程给周围环境带来影响主要表现为变电站及输电线路对其周围产生的电磁环境及噪声的影响，同时，变电站和塔基占用地使土地利用和功能发生改变，破坏原地植被、砍伐林木等。 项目组成、施工工艺和运行方式多样，且地表裸露、土方堆置松散、人类机械活动频繁，输变电工程建设造成的水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀呈时空交错分布、突发、历时短、强度大等特点。输变电工程要进行施工，实现修路运输，投资额大，占用大量土地，毁坏树林，且不符合国家环保、土地和林业政策要求。利用索道式跨越架、高低腿铁塔工程具有施工投入不大、作业简单、劳动效率高、受天气及外部环境因素影响小等优点，同时避免了因修筑运输道路而占用大量土地，损毁树木和植被。

二是劳动强度减小。工程建设地位于西北黄土高原区、北方土石山区、南方红壤区，沿线地形以高山大岭为主，地表植被茂密，树木密集，且沿线村庄较少，几乎没有运输道路可以利用，工程材料、器材运输十分困难。，加之塔位工程材料、器材的运输量大（累计约6128.5t），若以传统的人力或畜力运输，除需要修筑简易的运输道路外，劳动强度高，施工效率低，运输周期长。另外，塔材单件最重达1.2t，采用人力和畜力运输根本无法运输。利用索道式跨越架和高低腿塔基施工工艺对于解决山区和林区施工材料和器材的运输难题具有较高的经济技术性能，减少山区碎弱的地表植被，起到了很好的保护生态环境的效果。通过对河北省多个输变电工程运输方式和高低腿塔基施工相关指标的对比研究得出，利用索道运输方式产生的施工临时道路占地较传统方式减少73%～92%。

三是减少水土流失。基础型式对比研究输电线路杆塔地下部分的总体统称为基础。它的作用是用来支撑输电线路的杆塔。基础型式按开挖方式可分为原状土基础和大开挖基础。原状土基础包括插入式基础、掏挖式基础、岩石嵌入式基础；大开挖基础包括台阶式基础、板式基础、灌注桩类基础。在项目建设过程中，存在着地表扰动、植被破坏，以及大量的土石方开挖和堆弃问题，若不采取相应措施，势必会造成较为严重的水土流失，直接危害项目区及周边的生态与环境，并对项目的生产运行构成潜在威胁。统计结果显示，索道式跨越架工程技术的运用总体可以比常规放线技术减少56%～67%地表扰动面积，其中线下走廊扰动面积减少60%～80%，跨越区占地减少20%～60%，拆迁面积减少6%～33%。总之，索道式跨越架工程技术的实施，大大减少了送电线路施工中青苗、果树、植被等地面附着物及水土保持设施的损坏，减少地面扰动。

四是减少栖息地生境的干扰和破坏。输变电工程变电站和线路塔基永久占地施工、临时施工道路都会对区域鸟类的生境造成干扰和破坏，但同时也为部分人居型鸟类提供了适宜的生存空间，进而影响区域鸟类的种群结构。由于利用索道式跨越架为点状的线性工程，施工扰动区域面积很小且分散，因此输变电工程施工期施工扰动对鸟类栖息地的影响较小。输变电工程杆塔在一定程度上为某些喜欢在高处筑巢的鸟类提供了有利的栖息环境，这种现象在高大树木稀少的平原地区尤其明显。

五是提高了施工效率。跨越架主要设备广泛采用绝缘技术，提高了带电施工的安全可靠性，最主要的设备如迪尼玛承载绳、尼龙安全网、杜邦循环绳、玻璃钢撑杆、专用双层滑车、小滑轮及吊带等全部是绝缘设备，做到处处绝缘，环环绝缘；采用专用双层绝缘滑车，使迪尼玛承载绳及杜邦循环绳两根主绳各行其道，避免了相互干扰，提高了施工效率。

6.索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺水土保持分析评价

6.1索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺与布局分析评价

本工程采用科学和先进的索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺，山西晋北～江苏南京±800 千伏特高压直流輸电工程是一个典型的“资源节约型、环境友好型”工程。

线路沿线山地及丘陵区考虑不等高基础，根据地形条件大量使用高低腿塔基、掏挖基础、人工挖孔基础等，避免了基坑大开挖，充分利用原状土力学性能，提高了基础抗拔能力，减少了土方开挖量，使塔位原状土未受破坏，有利于塔基的稳定以及减缓水土流失。经过林区的采用加高杆塔跨越方式，并采用飞艇放线和动力伞放线等先进施工架线工艺；施工简易道路尽量利用已有的道路，在汽车无法到达的地段设置人抬便道，采用畜力和人力运输，能有效减少土石方开挖和扰动地表面积、水土流失量，减轻对线路沿线走廊植被的破坏。

工程总体布局合理，符合水土保持要求。

6.2索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺水土保持分析评价

本工程施工过程中采用先进的索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺，加强施工组织管理。施工过程中采用机械施工与人工施工相结合的方法，统筹、合理、科学安排施工工序，避免重复施工和土方乱流，严格水土保持相关规范要求，施工单位严格按照施工组织大纲施工。工程施工方法（工艺）分析评价见表6-1。

从水土保持角度进行技术经济比较分析，评价索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺的合理性，比较情况详见表6-2。

水土保持分析评价结论 经比较、分析，采用索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺土方工程量、新增水土流失量、损害水土保持设施面积均小于传统施工工艺，提倡在输变线路工程建设中大力推广索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺。

根据主体工程特点，本工程采用索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺以尽量减少扰动面积、尽量减少耕地占用。施工时合理安排工序，采用机械和人工配合进行，工程基础开挖、放线、牵张、架线等过程中都将采用有利于水土保持的施工工艺。

从水土保持角度对工程占地、土石方平衡、施工组织、施工方法及工艺、施工时序等方面分析评价，本工程在优化施工工艺、提高防治标准、采取各项水土保持措施后，水土流失防治效果可达到水土保持要求。

6.3索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺水土保持效益分析

采取索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺后，建设单位按照水土流失防治措施实施后的基础效益和生态效益，在此基础上综合考虑措施实施所带来的社会效益和经济效益。水土保持是一项社会公益事业，其效益分析必须在国家生态建设规划的指导下，本着可持续发展的原则，着重分析采取索道式跨越架、高低腿铁塔施工工艺后，采取水土保持措施在控制人为水土流失方面所产生的保水、保土、改善生态环境的作用和效益其效益分析以减轻和控制水土流失为主，其次才考虑其他方面的效益。效益分析按《开发建设项目水土流失防治标准》（GB50434-2008）进行。以该项目河北段输电线路工程进行水土保持效益分析见表6-3，该项目河北段输电线路工程水土流失防治效果非常显著。

7.结束语

在我国，输电线路建设正在迅猛发展，在输电线路架设过程中将临时占用大量土地，因挖损、 压占、施工等造成土地及生态环境的破坏。土地资源是国家重要的自然资源，在土地资源日益紧张的今天， 搞好索道式跨越架、高低腿铁塔工作是贯彻落实科学发展观，坚持最严格的耕地保护制度， 实施土有施工场地、牵张场地、施工简易道路、施工人抬道地可持续利用的重要举措。利用索道式跨越架工程具有以下优点： 一是使用索道式跨越架进行跨越施工，不受地形的限制，也不受被跨物的高度、宽度的限制，因此索道式跨越架的应用范围广；二是由于索道式跨越架工程简捷、便利、省时、省力，不存在占地赔偿问题，也不受地形限制，因此，索道式跨越架工程所需费用较大开挖低得多。因此，在新建线路时停电现象将大为减少，这对国防、经济建设、人民生活的影响也大为减少。所以，使用索道式跨越架工程进行跨越施工，不但经济效益高，而且社会效益也很显著；三是由于索道承力绳为内绞外织结构，因此可保证承力绳有足够的强度和一定的刚度，以及较小的伸长变形；保证过线保护装置在承力绳上牵动省力，移动灵活，并减少对承力绳的磨损；四是由于采用了特制的绝缘保护网，在跨越运行线路时，可保证跨越施工发生意外的情况下，新建线路的导、地线不与运行线路发生接触。高低腿铁塔施工是减少扰动地表面积的最优选择，减少水土流失量，减少破坏水土保持设施面积，且是减少扰动土石方的最好的施工工艺。开发建设项目特高压输电线路工程建设中索道、高低腿等先进施工工艺应当大力推广。

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[7]《山西晋北～江苏南京±800 千伏特高压直流输电工程》可研报告、水土保持方案书、水土保持专项设计文件、水土保持监测、监理资料、施工资料等资料。

作者简介：

韩冰（1965—），男， 汉，陕西武功人，副研究员，研究方向：水土保持及节水工程

吕斌（1984—），男，汉，陕西南郑人，助理工程师，多年从事生产建设项目水土保持方案编制、水土保持监理、水土保持设施竣工验收。

郑树海（1973-），男，汉，河北蔚县人，高级工程师，工程硕士，研究方向：多年从事特高压直流工程安全质量和环水保管理工作。

李莉（1976-），女，汉，山东济南人，高级工程师，硕士，研究方向：多年从事生产建设项目水土保持方案编制、水土保持设施竣工验收、土壤侵蚀。