高陡邊坡地區(qū)輸電線路設(shè)計(jì)對(duì)策研究

馮 勇，鄢秀慶，李彥民，何松洋，劉 強(qiáng)，周建軍

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，線路走廊日益緊張，山區(qū)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(lái)越惡劣。由于鐵塔傳統(tǒng)的高低腿組合方式級(jí)差有限，在坡度超過(guò)40°的陡坡立塔非常困難，一方面基面開(kāi)方和邊坡高度大，基礎(chǔ)工程量大，經(jīng)濟(jì)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(shí)有發(fā)生，不利于塔位的安全運(yùn)行[1-3]。本文依據(jù)西南山區(qū)高陡邊坡輸電線路的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合高陡邊坡地區(qū)的特點(diǎn)，從鐵塔設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、環(huán)水保設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)設(shè)計(jì)四個(gè)方面展開(kāi)了研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)對(duì)策，以便指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，為以后該類(lèi)地區(qū)的設(shè)計(jì)提供參考。

1 高陡邊坡對(duì)輸電線路的影響

高陡邊坡地區(qū)對(duì)輸電線路的不利影響多表現(xiàn)為陡坡面的滑坡和小型崩塌，主要因?yàn)橹脖黄茐摹⒈┯隂_刷和棄土堆砌而引起[4]。

表1總結(jié)了近年來(lái)山區(qū)輸電線路高陡邊坡地質(zhì)災(zāi)害情況。

表1 高陡邊坡區(qū)已建輸電線路地質(zhì)災(zāi)害案例

因此，協(xié)調(diào)鐵塔級(jí)差與地形的適應(yīng)性、降低邊坡開(kāi)方量是處理陡峭地區(qū)輸電線路的重點(diǎn)，本文將從鐵塔設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、環(huán)水保設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)設(shè)計(jì)四個(gè)方面展開(kāi)工程措施研究。

2 高陡邊坡地區(qū)輸電線路設(shè)計(jì)對(duì)策

2.1 鐵塔設(shè)計(jì)對(duì)策

基于高陡邊坡地區(qū)的特殊性，可根據(jù)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(yōu)化方式[5]。

2.1.1 窄基塔應(yīng)用

窄基塔是一種占地小、塔高與根開(kāi)之比通常大于6的塔型，其根開(kāi)比常規(guī)塔小得多，如圖1所示。在高陡邊坡地區(qū)，窄基塔的優(yōu)勢(shì)更明顯，對(duì)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(guī)塔對(duì)比

2.1.2 單極塔應(yīng)用

對(duì)于特高壓直流線路而言，由于鐵塔基礎(chǔ)根開(kāi)大，占地面積較大，高陡邊坡區(qū)域塔位選取困難。若采用兩個(gè)單極塔走線，將大大縮小鐵塔根開(kāi)，提高塔位選擇靈活性和適應(yīng)性。

1)懸垂塔型式

將同塔雙極直線塔拆分為兩個(gè)單極塔運(yùn)行，以減小鐵塔根開(kāi)，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(qū)過(guò)大的扭距和扭轉(zhuǎn)變形問(wèn)題。

圖2 單極運(yùn)行酒杯塔示意圖

2)耐張塔型式

將傳統(tǒng)的同塔雙極耐張塔改成一塔一極的單極耐張塔，將導(dǎo)線掛點(diǎn)位置移到塔身上，則所產(chǎn)生扭距的扭力臂為零，改善了鐵塔受扭情況。由于單極導(dǎo)線荷載小，口寬和坡度比常規(guī)干字型耐張塔可大大縮小，使得鐵塔根開(kāi)減小，適應(yīng)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(qū)鐵塔對(duì)地(樹(shù))距離不足問(wèn)題，避免樹(shù)木砍伐、土石開(kāi)方及大規(guī)模的升高鐵塔，可采用跳線上繞掛線方式進(jìn)行處理，即把導(dǎo)線跳線串通過(guò)地線懸垂串掛在地線支架的飛機(jī)架上。工程應(yīng)用表明，在邊坡坡度大于28°時(shí)，采用耐張塔跳線上繞布置具有明顯經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義，如圖4所示。

圖4 耐張塔跳線上繞設(shè)計(jì)

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對(duì)策

為緩解鐵塔級(jí)差不足、基礎(chǔ)主柱外露過(guò)高等帶來(lái)的問(wèn)題，可采取鋼架延長(zhǎng)腿、斜柱深基礎(chǔ)、連梁挖孔基礎(chǔ)等措施優(yōu)化鐵塔與基礎(chǔ)的連接[6-7]。

2.2.1 鋼架

鋼架延長(zhǎng)腿主要采用的技術(shù)方案分為三種：整體鋼架、獨(dú)立鋼柱和獨(dú)立小塔，各種鋼架型式簡(jiǎn)介見(jiàn)表2所列。

表2 三種主要鋼架型式簡(jiǎn)介

結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，鋼架延長(zhǎng)腿可結(jié)合以下原則選取：

1)當(dāng)塔位地形坡度在35°以內(nèi)時(shí)，各型鐵塔均可使用整體鋼架。

2)當(dāng)塔位坡度不大于40°時(shí)，可采用獨(dú)立格構(gòu)柱，同時(shí)格構(gòu)柱高度不宜高于6 m。

3)當(dāng)塔位坡度超過(guò)40°時(shí)，宜采用獨(dú)立小塔，小塔高度一般為8.0～11.0 m。

2.2.2 斜柱深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

目前，處理陡坡塔位普遍采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，但當(dāng)人工挖孔樁基礎(chǔ)主柱外露過(guò)大(大于3.0 m)時(shí)，其基礎(chǔ)抗傾覆力矩急劇增加，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)，且大噸位的塔腳板運(yùn)輸和安裝也比較困難。

斜柱深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案結(jié)合高陡邊坡地區(qū)基礎(chǔ)的特點(diǎn)，在低腿挖孔樁基礎(chǔ)上部設(shè)置斜向立柱，其樁身部分與常規(guī)直柱式樁基礎(chǔ)相同，上部與鐵塔連接的基礎(chǔ)立柱部分與斜柱式基礎(chǔ)類(lèi)似，如圖5所示。斜柱深基礎(chǔ)結(jié)合了斜插式基礎(chǔ)受力良好和原狀土挖孔樁基礎(chǔ)環(huán)保好的特點(diǎn)，能有效解決高陡邊坡地區(qū)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)外露過(guò)高(超過(guò)3.0 m)帶來(lái)基礎(chǔ)工程量增大的弊端，滿足高陡邊坡地區(qū)較大地形坡度的需要。

圖5 斜柱深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.2.3 連梁挖孔樁基礎(chǔ)

連梁挖孔樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案是在塔腿各單樁基礎(chǔ)之間設(shè)置矩形截面的混凝土連梁，四個(gè)基礎(chǔ)相互連接，共同組成框架式結(jié)構(gòu)，改善原單個(gè)基礎(chǔ)的受力狀態(tài)，增加基礎(chǔ)整體剛度，四個(gè)基礎(chǔ)協(xié)同工作受力性能更好，如圖6所示。

圖6 連梁挖孔樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.3 高陡邊坡地區(qū)環(huán)保水保設(shè)計(jì)對(duì)策

高陡邊坡地區(qū)設(shè)計(jì)中常用的環(huán)水保措施類(lèi)型主要有[8]：

1)植物措施：撒播草籽、生態(tài)護(hù)坡等；

2)工程措施：漿砌塊石護(hù)坡、擋土墻、棄土處理、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、抗滑樁、砂漿抹面和噴錨支護(hù)等；

3)臨時(shí)措施：苫蓋、臨時(shí)排水溝等。

影響高陡邊坡區(qū)環(huán)保設(shè)計(jì)的不良因素主要表現(xiàn)為棄土處理、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌等，高陡邊坡地區(qū)環(huán)水保設(shè)計(jì)主要是對(duì)上述影響因素因地制宜的采取合理的設(shè)計(jì)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(jié)合以往處理的多處地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)嚴(yán)格禁止將棄土堆放在塔位下邊坡，防止暴雨后導(dǎo)致的牽引式滑坡，影響塔位安全運(yùn)行。

2.3.2 植被恢復(fù)

撒播草籽是植被恢復(fù)的重要方式，高陡邊坡地區(qū)塔位施工過(guò)程中植被遭破壞的場(chǎng)地(如塔基場(chǎng)地、臨時(shí)施工道路、牽張場(chǎng)、棄土堆放點(diǎn)等)在施工完成后均應(yīng)根據(jù)塔位原始植被狀態(tài)因地制宜地采取撒播草籽的方式對(duì)植被進(jìn)行恢復(fù)。

2.3.3 生態(tài)護(hù)坡

生態(tài)護(hù)坡主要用于覆蓋高陡邊坡地區(qū)各種軟質(zhì)巖層和較破碎巖石邊坡或是坡面易于受侵蝕的土質(zhì)邊坡，避免邊坡進(jìn)一步垮塌，同時(shí)可以通過(guò)生態(tài)護(hù)坡使植被較好的恢復(fù)。生態(tài)護(hù)坡如圖7所示。

圖7 生態(tài)護(hù)坡實(shí)景

2.4 高陡邊坡地區(qū)運(yùn)行維護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)策

高陡邊坡地區(qū)輸電線路設(shè)計(jì)，除考慮鐵塔和基礎(chǔ)的合理設(shè)計(jì)方案外，還應(yīng)充分結(jié)合運(yùn)維階段的特點(diǎn)，預(yù)留相關(guān)措施。

2.4.1 走道和拉索設(shè)計(jì)

高電壓等級(jí)輸電塔的水平隔面寬度往往較大，若不采取防護(hù)措施，運(yùn)維人員檢修時(shí)行走存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，為保障運(yùn)維人員的安全，在鋼架水平隔面上設(shè)計(jì)0.6～1.0 m寬的人行走道，并設(shè)置好拉索，拉索在運(yùn)維人員行走時(shí)主要起到護(hù)欄作用，如圖8所示。

圖8 整體鋼架設(shè)置走道和拉索示意圖

2.4.2 運(yùn)維棧道設(shè)計(jì)

高陡邊坡地區(qū)塔位地形坡度大，運(yùn)維人員行走十分不便，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形情況，在保證塔基穩(wěn)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(cè)修筑運(yùn)維棧道，并在棧道兩側(cè)設(shè)置簡(jiǎn)易護(hù)欄裝置如圖9所示。

圖9 塔位運(yùn)行棧道修筑示意圖

2.4.3 多腿腳釘設(shè)計(jì)

采用塔架延伸腿時(shí)，考慮延伸腿側(cè)坡度陡峭的特點(diǎn)，為保證運(yùn)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(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)西南地區(qū)高陡邊坡的特點(diǎn)，分析了高陡邊坡地區(qū)對(duì)輸電線路的影響因素。結(jié)合高陡邊坡的地形地質(zhì)條件，在綜合考慮工程造價(jià)與環(huán)境保護(hù)的前提下，從高陡邊坡地區(qū)鐵塔設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、環(huán)保水保設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了高陡邊坡地區(qū)設(shè)計(jì)的對(duì)策，以便指導(dǎo)工程實(shí)踐。