特高壓輸電線路不同施工工藝對環境影響綜合效益分析和水土保持評價

韓冰 呂斌 鄭樹海 李莉

摘 要：開發建設項目特高壓輸電線路工程建設中不同施工工藝，對生態環境有不同的影響，本文針對索道、高低腿等施工工藝為輸變電工程水土流失防治工作提供技術支撐，以山西晉北～江蘇南京±800千伏特高壓直流輸電工程為研究對象，分析索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝綜合效益的影響特點和成因，對此施工工藝進行了水土保持分析評價，并確定水土流失防治重點，減少擾動土地面積，保護生態環境的綜合效益進行了分析。

關鍵詞：索道式跨越架；高低腿鐵塔；生產建設項目；環境影響；生態效益；水土保持；特高壓輸電工程

隨著我國國民經濟的發展，用電量持續增長，高壓輸變電工程項目持續增多，輸變電工程所產生的水土流失日益受到重視，已往研究對項目建設中的水土流失來源及特點作了大量的總結，并提出了相應的防治措施。輸變電工程水土流失的“防治”，最先應該考慮、最重要的是“防”，即盡量減少施工對地表的擾動范圍及強度，減少水土流失來源。輸變電水土流失主要來源于線路區塔基開挖及牽張場、塔基施工區、施工道路等各類臨時場地修建和施工期擾動；同時水土保持措施實施時也會產生一定的擾動及水土流失，但卻容易被忽略。這就要求在進行主體工程及水土保持措施設計時采用低擾動工程技術進行優化，在保證主體工程質量及水土保持措施實施效果的同時，最大限度地降低對地表的擾動和破壞，減少水土流失治理工程量，同時也可以節省水土保持投資。目前我國在建設不同電壓等級的輸變電工程，以滿足經濟社會快速發展的需求。輸變電工程的建設，勢必對項目建設區造成擾動破壞，造成新的水土流失。在索道式跨越送電線路工程中，架線施工技術的合理應用是十分重要的，其對于施工效率與質量的影響也是不容忽視的。隨著國內電力事業改革步伐的不斷加快，以及各種電力施工技術的創新發展與應用，其為索道式跨越送電線路架線施工技術的研究與應用提供了有利的條件，也是促進國內高壓電力工程建設事業發展的重要技術基礎。如何采取有效的水土保持措施，減輕工程建設帶來的水土流失影響具有重要意義。以山西晉北～江蘇南京±800 千伏特高壓直流輸電工程索道式跨越架、高低腿鐵塔為例，從主體工程設計源頭和水土保持措施專項設計兩方面探討輸變電工程水土保持措施設計，望能為其他輸變電工程建設提供一定的借鑒和參考。

1.項目區概況

山西晉北～江蘇南京±800 千伏特高壓直流輸電工程起于山西晉北±800千伏特高壓換流站，止于江蘇南京±800千伏特高壓換流站，線路全長1119km。輸電工程作為“西電東送、北電南供”的重要工程，該工程是山西省首個特高壓直流工程，也是落地江蘇省的第二個特高壓直流工程。工程建成后，將促進山西能源基地開發與能源外送，擴大新能源消納范圍，滿足華東地區用電需求。

工程沿線地貌類型主要為山地、丘陵（以下簡稱山丘）和平原；氣候類型區主要有中溫帶亞干旱區、暖溫帶亞濕潤區和北亞熱帶濕潤季風氣候區，年降水量421.1～988mm，20年一遇24h 最大降雨量140.5～289.6mm，年蒸發量1362.5～2000mm，年均風速2.4～3.4m/s，≥10℃的多年平均積溫為2610～5200℃；土壤類型主要有褐土、栗鈣土、棕壤、潮土、黃棕壤土、水稻土和砂姜土等；植被類型山西境內屬落葉小葉林，河北、山東和河南境內主要以北方暖溫帶大陸性季風氣候為代表的落葉闊葉林，安徽和江蘇以北亞熱帶闊葉林為主。

工程沿線林草覆蓋率約為20%～38%。本工程涉及水力侵蝕類型區的西北黃土高原區，侵蝕強度為輕度，容許土壤流失量為1000t/km2·a；水力侵蝕類型區的北方土石山區，侵蝕強度以輕度為主，容許土壤流失量為200t/k m2？a；水力侵蝕類型區南方紅壤區，侵蝕強度以微度為主，容許土壤流失量為500t/k m2？a。

沿線涉及國家級水土流失重點預防區6 個縣、重點治理區11 個縣（區），省級水土流失重點預防（保護）區5 個縣（區）、重點治理區（監督區）18 個縣（市、區）。本工程線路路徑經過優化后已避開了多處飲用水水源保護區、森林公園、地質公園、濕地公園、自然保護區、風景名勝區等生態敏感區。在線路優化的基礎上，本工程輸電線路仍需穿（跨）越19 處生態敏感區。

2.水土流失現狀

項目經過西北黃土高原區、北方土石山區、南方紅壤區，西北黃土高原區容許土壤流失量為1000t/km2·a，北方土石山區容許土壤流失量為200t/km2·a，南方紅壤區容許土壤流失量為500t/km2·a。項目建設區所在地所屬水土流失分區分布見表2-1。

3.輸變電工程對環境的擾動

由于輸變電工程建設受工程沿線地形地貌及“線性”活動方式的影響，主體、配套工程涉及破壞范圍少則幾公頃，多則達數百公頃。輸變電工程在施工中進行挖、填、棄、平等活動，使得地表土壤原有覆著物遭受嚴重破壞，改變了土壤的理化性質，使得土壤顆粒的緊密結構遭到破壞，不能很好地抵抗外來營力的侵蝕，水土流失急劇增加，所產生的水土流失強度往往高出自然侵蝕強度。經過統計分析，確定本工程擾動地表面積346.84hm2，其中耕地203.27hm2，林地29.17hm2，園地5.24hm2，草地84.71hm2，其它土地（包括鹽堿地、沼澤地、沙地和裸地等）24.11hm2，住宅及工礦倉儲用地0.33 hm2，損壞水土保持設施面積346.84hm2。輸變電工程是把電源的電力輸送至需要電能或消費電能的各個地區或是傳送相鄰電網的電力，構成相互連接的統一電網，并保持電網間供應和需求相平衡。建設輸變電工程主要有建設變電站和架設輸電線路兩部分內容。輸電線路多數都是呈線狀分布，主要靠鐵塔支撐，各線路形成相互獨立的電力線路走廊，盡管鐵塔占地很小，但鐵塔數量多、線路長，所以，輸變電工程和普通建設項目不同，它跨越的地區較多，影響區域范圍“面窄線長”。

4.索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝

4.1索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝

索道式跨越架工程即在兩跨越塔之間架設絕緣索道，或者利用距離跨越（圖1，圖2）。架空索道由承力索、支撐架、牽引、吊運等四個系統構成。

在跨越檔兩端的桿塔上懸掛導、地線滑車、索道繩滑車→拋繩過帶電線路→將索道繩的兩條引繩及用于牽引玻璃鋼橫桿和地線及導引繩的一條。引繩帶過被跨越的帶電線路→將兩條索道繩的引繩放入滑車內，將另一條引繩放入導線滑車內。利用索道繩引繩將索道繩牽過被跨越的帶電線路→緊索道繩→牽引鋪設玻璃鋼橫桿→牽引地線和導引繩。索位置的確定對擬選取的各種架設位置進行現場實地調查，并按照架空索道跨距最小、中間沒有明顯凸出物、兩端地勢平坦的原則擇優選取。架設位置確定后使用全站儀對其平斷面進行精確測量。

其優點是適用范圍最廣，基本不受地形及跨越物限制，但存在繩索鋪放時馳度難以控制、抗風及抗沖擊性能差等缺點。目前，在送電線路張力架線跨越施工中，利用索道式跨越架進行跨越施工的技術日臻完善。

4.2高低腿鐵塔施工工藝

高低腿鐵塔施工是高壓架空線路的重要組成部分，是線路施工的重要環節，高壓線路具有塔基多、線路長、面廣的特點，高低腿鐵塔施工是減少擾動地表面積的最優選擇，且是減少擾動土石方的最好的施工工藝。本項目優化設計，采用全方位高低腿塔和主柱加高基礎，盡量減少降基，最大限度地適應山地地形變化的要求，同時盡量采用原狀土開挖基礎，可有效減少水土流失。山坡塔基基本上都采用高低腿塔基共有四個施工平臺，高低腿之間不進行開挖，使用高低腿與長短主柱結合，土方挖填較少，塔基區開挖多余的土方，盡量避免土方重復開挖調用，在施工完工后回填至塔基征地范圍內，不另設棄渣處置點，進而減少對地表擾動。在山丘區塔基根據地形條件盡可能采用高低腿塔基，以減少對坡面大面積開挖，加重坡面滑坡危害，以減少水土流失。

5.索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝的綜合效益

在全球經濟一體化建設進程不斷加劇與城市化建設規模持續擴大的推動作用之下，電力系統建設事業在整個國民經濟建設發展體系中所占據的重要地位不斷凸顯，其所發揮的意義也尤為關鍵。可以說.新時期的電力系統建設不僅關系到社會大眾生活水平的穩定提升，同時也關系到現代經濟社會的優化與完善。以索道式跨越送電線路工程中的架線施工方法為研究對象，對其展開了較為詳細的分析與闡述，并據此論證了索道式跨越施工方式在提高送電線路運行質量與運行穩定性的過程中所發揮的至關重要的作用與意義。

一是符合綠色環保施工的要求。輸變電工程給周圍環境帶來影響主要表現為變電站及輸電線路對其周圍產生的電磁環境及噪聲的影響，同時，變電站和塔基占用地使土地利用和功能發生改變，破壞原地植被、砍伐林木等。 項目組成、施工工藝和運行方式多樣，且地表裸露、土方堆置松散、人類機械活動頻繁，輸變電工程建設造成的水力侵蝕、風力侵蝕、重力侵蝕呈時空交錯分布、突發、歷時短、強度大等特點。輸變電工程要進行施工，實現修路運輸，投資額大，占用大量土地，毀壞樹林，且不符合國家環保、土地和林業政策要求。利用索道式跨越架、高低腿鐵塔工程具有施工投入不大、作業簡單、勞動效率高、受天氣及外部環境因素影響小等優點，同時避免了因修筑運輸道路而占用大量土地，損毀樹木和植被。

二是勞動強度減小。工程建設地位于西北黃土高原區、北方土石山區、南方紅壤區，沿線地形以高山大嶺為主，地表植被茂密，樹木密集，且沿線村莊較少，幾乎沒有運輸道路可以利用，工程材料、器材運輸十分困難。，加之塔位工程材料、器材的運輸量大（累計約6128.5t），若以傳統的人力或畜力運輸，除需要修筑簡易的運輸道路外，勞動強度高，施工效率低，運輸周期長。另外，塔材單件最重達1.2t，采用人力和畜力運輸根本無法運輸。利用索道式跨越架和高低腿塔基施工工藝對于解決山區和林區施工材料和器材的運輸難題具有較高的經濟技術性能，減少山區碎弱的地表植被，起到了很好的保護生態環境的效果。通過對河北省多個輸變電工程運輸方式和高低腿塔基施工相關指標的對比研究得出，利用索道運輸方式產生的施工臨時道路占地較傳統方式減少73%～92%。

三是減少水土流失。基礎型式對比研究輸電線路桿塔地下部分的總體統稱為基礎。它的作用是用來支撐輸電線路的桿塔。基礎型式按開挖方式可分為原狀土基礎和大開挖基礎。原狀土基礎包括插入式基礎、掏挖式基礎、巖石嵌入式基礎；大開挖基礎包括臺階式基礎、板式基礎、灌注樁類基礎。在項目建設過程中，存在著地表擾動、植被破壞，以及大量的土石方開挖和堆棄問題，若不采取相應措施，勢必會造成較為嚴重的水土流失，直接危害項目區及周邊的生態與環境，并對項目的生產運行構成潛在威脅。統計結果顯示，索道式跨越架工程技術的運用總體可以比常規放線技術減少56%～67%地表擾動面積，其中線下走廊擾動面積減少60%～80%，跨越區占地減少20%～60%，拆遷面積減少6%～33%。總之，索道式跨越架工程技術的實施，大大減少了送電線路施工中青苗、果樹、植被等地面附著物及水土保持設施的損壞，減少地面擾動。

四是減少棲息地生境的干擾和破壞。輸變電工程變電站和線路塔基永久占地施工、臨時施工道路都會對區域鳥類的生境造成干擾和破壞，但同時也為部分人居型鳥類提供了適宜的生存空間，進而影響區域鳥類的種群結構。由于利用索道式跨越架為點狀的線性工程，施工擾動區域面積很小且分散，因此輸變電工程施工期施工擾動對鳥類棲息地的影響較小。輸變電工程桿塔在一定程度上為某些喜歡在高處筑巢的鳥類提供了有利的棲息環境，這種現象在高大樹木稀少的平原地區尤其明顯。

五是提高了施工效率。跨越架主要設備廣泛采用絕緣技術，提高了帶電施工的安全可靠性，最主要的設備如迪尼瑪承載繩、尼龍安全網、杜邦循環繩、玻璃鋼撐桿、專用雙層滑車、小滑輪及吊帶等全部是絕緣設備，做到處處絕緣，環環絕緣；采用專用雙層絕緣滑車，使迪尼瑪承載繩及杜邦循環繩兩根主繩各行其道，避免了相互干擾，提高了施工效率。

6.索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝水土保持分析評價

6.1索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝與布局分析評價

本工程采用科學和先進的索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝，山西晉北～江蘇南京±800 千伏特高壓直流輸電工程是一個典型的“資源節約型、環境友好型”工程。

線路沿線山地及丘陵區考慮不等高基礎，根據地形條件大量使用高低腿塔基、掏挖基礎、人工挖孔基礎等，避免了基坑大開挖，充分利用原狀土力學性能，提高了基礎抗拔能力，減少了土方開挖量，使塔位原狀土未受破壞，有利于塔基的穩定以及減緩水土流失。經過林區的采用加高桿塔跨越方式，并采用飛艇放線和動力傘放線等先進施工架線工藝；施工簡易道路盡量利用已有的道路，在汽車無法到達的地段設置人抬便道，采用畜力和人力運輸，能有效減少土石方開挖和擾動地表面積、水土流失量，減輕對線路沿線走廊植被的破壞。

工程總體布局合理，符合水土保持要求。

6.2索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝水土保持分析評價

本工程施工過程中采用先進的索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝，加強施工組織管理。施工過程中采用機械施工與人工施工相結合的方法，統籌、合理、科學安排施工工序，避免重復施工和土方亂流，嚴格水土保持相關規范要求，施工單位嚴格按照施工組織大綱施工。工程施工方法（工藝）分析評價見表6-1。

從水土保持角度進行技術經濟比較分析，評價索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝的合理性，比較情況詳見表6-2。

水土保持分析評價結論 經比較、分析，采用索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝土方工程量、新增水土流失量、損害水土保持設施面積均小于傳統施工工藝，提倡在輸變線路工程建設中大力推廣索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝。

根據主體工程特點，本工程采用索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝以盡量減少擾動面積、盡量減少耕地占用。施工時合理安排工序，采用機械和人工配合進行，工程基礎開挖、放線、牽張、架線等過程中都將采用有利于水土保持的施工工藝。

從水土保持角度對工程占地、土石方平衡、施工組織、施工方法及工藝、施工時序等方面分析評價，本工程在優化施工工藝、提高防治標準、采取各項水土保持措施后，水土流失防治效果可達到水土保持要求。

6.3索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝水土保持效益分析

采取索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝后，建設單位按照水土流失防治措施實施后的基礎效益和生態效益，在此基礎上綜合考慮措施實施所帶來的社會效益和經濟效益。水土保持是一項社會公益事業，其效益分析必須在國家生態建設規劃的指導下，本著可持續發展的原則，著重分析采取索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝后，采取水土保持措施在控制人為水土流失方面所產生的保水、保土、改善生態環境的作用和效益其效益分析以減輕和控制水土流失為主，其次才考慮其他方面的效益。效益分析按《開發建設項目水土流失防治標準》（GB50434-2008）進行。以該項目河北段輸電線路工程進行水土保持效益分析見表6-3，該項目河北段輸電線路工程水土流失防治效果非常顯著。

7.結束語

在我國，輸電線路建設正在迅猛發展，在輸電線路架設過程中將臨時占用大量土地，因挖損、 壓占、施工等造成土地及生態環境的破壞。土地資源是國家重要的自然資源，在土地資源日益緊張的今天， 搞好索道式跨越架、高低腿鐵塔工作是貫徹落實科學發展觀，堅持最嚴格的耕地保護制度， 實施土有施工場地、牽張場地、施工簡易道路、施工人抬道地可持續利用的重要舉措。利用索道式跨越架工程具有以下優點： 一是使用索道式跨越架進行跨越施工，不受地形的限制，也不受被跨物的高度、寬度的限制，因此索道式跨越架的應用范圍廣；二是由于索道式跨越架工程簡捷、便利、省時、省力，不存在占地賠償問題，也不受地形限制，因此，索道式跨越架工程所需費用較大開挖低得多。因此，在新建線路時停電現象將大為減少，這對國防、經濟建設、人民生活的影響也大為減少。所以，使用索道式跨越架工程進行跨越施工，不但經濟效益高，而且社會效益也很顯著；三是由于索道承力繩為內絞外織結構，因此可保證承力繩有足夠的強度和一定的剛度，以及較小的伸長變形；保證過線保護裝置在承力繩上牽動省力，移動靈活，并減少對承力繩的磨損；四是由于采用了特制的絕緣保護網，在跨越運行線路時，可保證跨越施工發生意外的情況下，新建線路的導、地線不與運行線路發生接觸。高低腿鐵塔施工是減少擾動地表面積的最優選擇，減少水土流失量，減少破壞水土保持設施面積，且是減少擾動土石方的最好的施工工藝。開發建設項目特高壓輸電線路工程建設中索道、高低腿等先進施工工藝應當大力推廣。

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[7]《山西晉北～江蘇南京±800 千伏特高壓直流輸電工程》可研報告、水土保持方案書、水土保持專項設計文件、水土保持監測、監理資料、施工資料等資料。

作者簡介：

韓冰（1965—），男， 漢，陜西武功人，副研究員，研究方向：水土保持及節水工程

呂斌（1984—），男，漢，陜西南鄭人，助理工程師，多年從事生產建設項目水土保持方案編制、水土保持監理、水土保持設施竣工驗收。

鄭樹海（1973-），男，漢，河北蔚縣人，高級工程師，工程碩士，研究方向：多年從事特高壓直流工程安全質量和環水保管理工作。

李莉（1976-），女，漢，山東濟南人，高級工程師，碩士，研究方向：多年從事生產建設項目水土保持方案編制、水土保持設施竣工驗收、土壤侵蝕。