茂縣—銀杏220 kV輸電線路沿線地質災害成因與特征研究

王 濱，李惠民，黃文芳，李源亮，羅 菲

(1.國網四川省電力公司經濟技術研究院 成都城電電力工程設計有限公司， 四川 成都 610041；2.成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室， 四川 成都 610059)

茂縣—銀杏220 kV輸電線路沿線地質災害成因與特征研究

王 濱1，李惠民2，黃文芳1，李源亮2，羅 菲2

(1.國網四川省電力公司經濟技術研究院 成都城電電力工程設計有限公司， 四川 成都 610041；2.成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室， 四川 成都 610059)

地處三個構造帶間三角地帶的茂縣—銀杏220 kV輸電線路是四川電力網絡中重要的輸電工程，崩塌、滑坡、泥石流等等災害，嚴重影響輸電線路的安全和正常運行。為探究其與研究區內的崩塌、滑坡之間的關系，在線路沿線地質災害詳細調查的基礎上，選取工程地質巖組、坡度、坡向、斷裂構造、區域交通建設共5個影響因子，進行地質災害成因與分布特征研究。結果表明：變質巖類半堅硬巖巖組、巖漿巖類堅硬侵入巖巖組中災害數量最多，達災害總數的71.6%； 20°～60°的坡度范圍內災害數量占總數的78.7%，滑坡僅分布于40°以下的斜坡中，而崩塌多分布于30°以上的斜坡； E、W向斜坡較其他方向更容易發生災害；斷層對崩滑災害的顯著控制范圍約800 m； 區域交通建設的影響范圍在400 m。研究成果對復雜山區輸電線路的規劃設計及防災減災具有重要參考價值。

地質災害；輸電線路；崩塌；滑坡；發育特征

我國西部地區是“全國電力網絡”的主要能源產地。電力建設中的輸電線路、變電站大多位于高山峽谷等極易發生地質災害的區域，嚴重影響電網的建設和正常運行。1998年8月，受特大暴雨影響，廣元青川縣寶珠寺電站及送電線路發生大面積崩滑災害，導致多數電塔遭到破壞，被迫遷移另選通道走廊[1]。二(灘)—自(貢)500 kV輸電線路自1998年建成以來，在近20年運營期間屢遭地質災害威脅，地災治理、塔基改造花費巨大[2]。2008年，汶川發生里氏8.0級大地震，地震及其誘發的大量山體滑坡和崩塌災害造成83座110 kV以上的變電站、200多條110 kV以上的輸電線路停運，導致四川地區損失約400萬kW的電能，為電網帶來了巨大的經濟損失[3]。

220 kV茂縣—銀杏雙回輸電線路位于四川西北部的阿壩州境內，是都江堰、理縣、松潘縣各級梯級電站的重要樞紐，為汶川至茂縣的輸電主干線。線路全長64.744 km，大多數架空輸電線路分布于山區，跨越多種地形地貌，地層巖性復雜多變且發育有汶茂斷裂、九頂山斷裂。盡管該線路在選線初期，避開了災害發生的密集區域。但仍有大量零星分布的一些潛在災害，這些災害具有隱蔽、敏感的特點。由于實際調查的難度、研究范圍和深度不夠，導致了這些潛在災害成為了輸電線路的主要威脅[4-6]。本文基于1∶50000地質災害詳查資料收集、遙感解譯的優勢和現場調查驗證，對茂縣—銀杏輸電線路2.5 km范圍內的崩塌、滑坡災害的發育特征展開研究，系統探明走廊帶內崩塌、滑坡的空間分布規律及其與地質環境因子的關系[7-10]。研究成果對220 kV茂縣—汶川輸電線路防災減災措施的制定具有直接的指導意義，對復雜山區輸電線路的規劃設計及防災減災具有重要參考價值。

1 線路概況

1.1 地理位置

茂縣—銀杏220 kV雙回輸電線路已建工程走廊帶地處東經103°28′—103°52′，北緯30°06′—31°43′，整條走廊長約64.744 km，北起茂縣變電站，繞茂縣縣城沿岷江右岸向下游走線，經石鼓、雁門至汶川縣城附近，于板子溝處跨越岷江，并沿岷江左岸繼續走線，經高東山、草坡鄉、沙坪關村，最終進入銀杏變電站。

1.2 地質環境

整條線路走廊位于青藏高原東南邊緣的高山峽谷區，區內地貌以中、低山地貌為主，區內海拔最高3 187 m，最低處為岷江，海拔923 m，相對高差最大達2 264 m。研究區地層巖性復雜，從黃水河群到三疊系，均有出露，第四系則主要分布在河谷兩岸；巖性則以花崗巖、閃長巖、灰巖、千枚巖為主。同時，區內山高坡陡、河谷深切、河網密布，以岷江為主干，沿江分支眾多，水系分布成典型的“葉脈狀”，其自北向南依次流經茂縣、汶川。

整條線路走廊位于秦嶺東西向構造帶、龍門山北東向構造與馬爾康構造帶間的三角地帶，構造復雜，新老構造活動十分強烈[11-12]。走廊帶內以茂縣—汶川深斷裂及其分支九頂山斷裂，全長約56 km，其均為龍門山后山斷裂。茂縣—汶川深斷裂帶北起茂縣，南經汶川、隴東延伸至瀘定[7-9]。其走向與輸電線路近于一致，對線路有嚴重的影響。

1.3 災害發育類型

茂縣—銀杏輸電走廊帶內地震活動頻繁不斷，不良地質現象極為發育，具有點多面廣、分布不均、規模大、危害嚴重等特點，對輸電線路、輸電塔基具有嚴重的威脅。主要發育災害類型有滑坡、崩塌、泥石流、不穩定斜坡4種。經調查發現，發育災害354處，其中崩塌206處、滑坡93處、泥石流34處、不穩定斜坡21處。以崩塌為主，其次為滑坡，其他災害發育相對較少。因此，本文以輸電線路走廊帶較為發育的崩塌、滑坡災害為重點(見圖1)。

圖1茂縣—銀杏220 kV輸電走廊崩塌、滑坡災害分布圖

1.4 相關因素的選取

研究區內山高谷深、溝壑縱橫，地層巖性復雜且新老構造發育，同時人類工程活動十分活躍。因此，我們選取工程地質巖組、地表坡度、地表坡向、地質構造、區域交通建設5個影響因子進行分析，探究沿線災害發育及空間分布規律。

2 地質災害與環境因子的關系

2.1 與工程地質巖組的關系

研究區內地層、巖性出露眾多，根據巖土體類型、性質、結構及其構造特征劃分工程地質巖組。其巖組劃分方案見表1。災害點與工程地質巖組關系見圖2。

表1 走廊帶巖(土)體工程地質類型及其巖組

圖2災害點與工程地質巖組關系

從走廊帶內不同工程地質巖組類型中的災害數量統計來看，松散巖類、碎屑巖類半堅硬巖巖組、變質巖類半堅硬巖巖組，災害密度均接近1個/km2；巖漿巖類堅硬噴出巖巖組災害密度最高，為1.6/km2。結果表明，走廊帶內巖性變化大，巖組空間變化復雜，以變質巖類半堅硬巖巖組、巖漿巖類堅硬侵入巖巖組分布最為廣泛，其中變質巖類半堅硬巖巖組區內以千枚巖、片巖等巖石組成，此類巖石易風化、抗剪強度較低、在外營力作用下，極容易發生崩滑災害。比較而言，崩塌更容易發生在由花崗巖、閃長巖等較堅硬巖石的巖漿巖類堅硬侵入巖巖組中，其崩塌災害高達101個，占總災害比例的33.8%。因此工程地質巖組是地質災害的分布的重要控制因素。

2.2 與坡度關系

根據所選擇的區域，通過ArcGIS對DEM進行地表坡度提取，并將坡度按照10°的等間距分為<10°、10°～20°、20°～30°、30°～40°、40°～50°、50°～60°、>60°共7個等級，經計算得到災害點數量與坡度關系圖見圖3。

圖3災害點與坡度關系

結果表明：整體上，災害集中分布在10°～50°，占災害總量的81.6%。災害點密度在40°～50°達到峰值1.72個/km2，占災害總量的23.1%。滑坡集中分布在20°～30°的范圍內，主要是20°～30°的坡面，巖質和土質共存，相較緩坡而言，其易碎性更大，因此容易發生滑坡。當坡度大于30°時，破壞方式逐漸由滑坡轉變為崩塌；而崩塌集中分布在30°～60°的范圍內，一般該范圍內巖體較為破碎且具有較好的臨空面，所以崩塌災害尤為發育。坡度大于60°時，坡面基本為巖體，其整體性較好，則不易發生災害。而小于10°的范圍內災害點數量亦存在一定數量，其主要原因是在該范圍內，有較多的人類工程擾動，影響了巖體的穩定性，從而誘發災害。所以在輸電線路重建塔位位置選定時，應該盡量繞避災害密集發生的坡度范圍，從而提高線路的安全性。

2.3 與坡向關系

根據所選擇的區域，通過ArcGIS對DEM進行地表坡向提取，以正北方向為0°，將坡向劃分為8個范圍區間：N(0°～22.5°，337.5°～360°)、NE(22.5°～67.5°)、E(67.5°～112.5°)、SE(112.5°～157.5°)、S(157.5°～202.5°)、SW(202.5°～247.5°)、W(247.5°～292.5°)、NW(292.5°～337.5°)。得到災害點數量與坡向關系圖見圖4。結果表明：E、W坡向上，災害數量較多，E向共發生災害79個，其中崩塌54個，滑坡25個，占災害總數的26.42%；W向共發生災害58個，其中崩塌40個，滑坡18個，占災害總數的19.4%。造成該現象的原因可能是由于太陽輻射強度不同，該類位于山體的陰面，受日照的時間相對較少，影響了植被發育、水分蒸發量、坡面侵蝕等諸多要素，導致巖體易風化、更為松散破碎，影響斜坡巖土體物理力學特征及穩定性。因此，其E、W坡向發生的災害數量更多，輸電線路的走線方向選取時，其走線方向應盡快通過垂直于E、W向斜坡。

圖4災害點與坡向關系

2.4 與斷裂構造的關系

經多位學者研究發現：在地震發生時，斷層的錯動對滑坡的影響尤為突出，約80%的大型滑坡集中分布于斷層兩側5km的范圍內，距離斷層越遠，滑坡分布的數量越少。因此，斷層對崩滑災害的控制效應極為顯著。根據走廊帶的大小及收集資料，以斷層為中心線，選擇左右400m的間距進行緩沖區劃分成5個區間：0 m～400 m、400 m～800 m、800 m～1200 m、1200 m～1600 m、1600 m～2000 m。可得災害點與斷層關系圖見圖5。

圖5災害點與斷層關系

圖5表明：隨著距斷層距離的增加，災害數量逐漸降低。距斷層400 m的范圍內，災害點總數高達141個，其中崩塌98個，滑坡43個，占災害總數的47.2%。距斷層1600 m～2000 m，災害點僅13個，占總數的4.3%。研究發現：斷層縱切沿線，有許多大型滑坡、崩塌災害發生。典型的如汶川雁門滑坡見圖6(a)和汶川陽嶺崩塌見圖6(b)。前者位于志留系茂縣群(Smx5)千枚巖、灰巖構成的斜坡上，九頂山斷裂從該滑坡中部切過，該滑坡面積35×104m2，滑體平均厚度約60 m。滑坡前緣變形明顯，至今處于緩慢變形狀態，嚴重威脅距離滑坡600 m的一處輸電塔。后者發育于志留系茂縣群(Smx3)千枚巖、灰巖構成的陡坡上，汶茂斷裂端從中部切過，危巖面積達2.4×104m2，周邊中小型崩塌十分發育。而輸電線拐點及路徑從該崩塌體附近通過，落石導致線路受損，對輸電線路的正常運行構成威脅。

圖6滑坡與崩塌

2.5 與區域交通建設的關系

區域交通建設包括公路、鐵路的修建。尤其是公路的建設，不可避免的要對斜坡坡腳進行開挖、坡頂加載等人類工程活動，破壞了巖土體的整體性及原有的自然結構。

調查發現：研究區內的國道213是都江堰至茂縣的唯一主干道，也是輸電線路維建的“生命線”。而公路沿線存在多處邊坡坡腳開挖，嚴重影響邊坡的穩定性，成為災害隱患。同時誘發災害對公路周邊的輸電線路構成嚴重的威脅。典型的如汶川龍山崩塌(見圖7)。

圖7龍山崩塌

龍山崩塌位于汶川龍門鄉，該崩塌規模達1.25×105 m3。由于道路開挖，導致邊坡失穩，最后發生崩塌。該走廊帶內存在大量區域交通建設而引起的潛在災害，嚴重影響下方輸電塔及線路的安全。因此，根據搜集的災害點資料及分布與道路距離大小，對道路進行多環緩沖區統計分析。將道路按照400 m的間距劃分成5個區間：0～400 m、400 m～800 m、800 m～1200 m、1200 m～1600 m、1600 m～2000 m。得到災害點與道路的關系見圖8。

圖8災害點與道路關系

圖8表明：在距離道路400 m的范圍內，災害數量最多，密度最大。其中崩塌災害116個，滑坡災害73個，共計189個，占災害總量的63.2%，災害點密度高達1.74個/km2。其主要原因有：道路工程開挖坡腳，破壞巖體結構，使坡形發生改變，導致局部產生應力集中，逐步破壞范圍擴大，最終破裂面貫通形成滑坡；汽車移動荷載對滑坡的影響不可忽視，研究表明，汽車荷載會導致滑坡的穩定性降低6%～12%。

3 建 議

在復雜山區的輸電工程，由于很多線路追求路徑優勢而強行跨越地質條件復雜且災害易發的區域，導致地質災害對線路的危害嚴重。因此，在前期勘察中應：

(1) 加強巖土勘察對線路設計的控制作用，使地質問題能夠在選線及塔位的確定上具有一票否決權。

(2) 當線路必須跨越某些災害易發地區，必須進行仔細的勘察研究，在不同的地質條件下采用合理的基礎形式及防護措施，切忌進行基礎大開挖及對巖體過大的擾動。

(3) 建立有效的輸電線路地質災害防治信息管理系統，對復雜地質條件下的塔位及線路實施有效的監管。并開展電網地質災害的預測和分析的方法研究，不斷提高電網系統的實時監測和應急處理的水平和電網系統運行的安全性。

4 結 論

本文選取工程地質巖組、坡度、坡向、斷裂構造、區域交通建設共5個影響因子，分析了地質災害與環境影響因子在輸電線路走廊帶的空間分布關系。研究成果對復雜山區輸電線路的規劃設計及防災減災具有重要參考價值。

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CauseandCharacteristicsofGeo-hazardsAlongMaoxian—Yinxin220kVTransmissionLine

WANG Bin1, LI Huimin2, HUANG Wenfang1, LI Yuanliang2, LUO Fei2

(1.StateGridSichuanEconomicResearchInstitute(ChengduChengdianElectricPowerEngineeringDesignCo.,Ltd.,Chengdu,Sichuan610041,China; 2.StateKeyLaboratoryofGeohazardPreventionandGeoenvironmentProtectionChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

Maoxian—Yinxin 220 kV transmission line is located in three tectonic zone between the triangle area which is an important transmission project of Sichuan electric power network. Many disasters, such as rockfall, landslide and debris flow disasters etc. seriously affect the safety and normal operation of transmission line. On the basis of detailed investigation of geological disasters along the line, five influencing factors have been selected which are engineering geology, rock formation, slope, slope direction, fracture structure and regional traffic construction, the relationship between landslide and landslide in the study area was analyzed. The results show that: there are the largest number of disasters in metamorphic rock, semi hard rock group and magmatic intrusive rock group which account for 71.6% of the total number of disasters; In the slope range of 20～60 degrees, the number of disasters account for 78.7% of the total, and the landslide was only distributed in slopes below 40 degrees, while landslides were mostly distributed over slopes above 30 degrees; Slopes in the E and W directions are more prone to disasters than others; The obvious control range of fault to avalanche and landslide is about 800 m; The influence scope of regional traffic construction is 400 m. The research results are of important reference value to the planning,design and of transmission lines in complex mountainous areas and to disaster prevention and mitigation.

geo-hazard;transmissionline;rockfall;landslide;developmentcharacteristics

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.05.033

2017-05-24

2017-06-28

國家電網公司科技研究項目(SGSCJY00JHJS201600026); 國家自然科學基金項目(41072229)

王 濱(1972—)，男，四川西昌人，碩士，主要從事特高壓電網建設及規劃工作。E-mail：8711352@qq.com

李惠民(1995—)，男，四川巴中人，碩士研究生，研究方向為地質災害及巖土體穩定性。E-mail：546842543@qq.com

P642.2

A

1672—1144(2017)05—0183—05