王 濱，李惠民，黃文芳，李源亮，羅 菲

(1.國網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 成都城電電力工程設(shè)計有限公司， 四川 成都 610041；2.成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實驗室， 四川 成都 610059)

茂縣—銀杏220 kV輸電線路沿線地質(zhì)災(zāi)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(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 成都城電電力工程設(shè)計有限公司， 四川 成都 610041；2.成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實驗室， 四川 成都 610059)

地處三個構(gòu)造帶間三角地帶的茂縣—銀杏220 kV輸電線路是四川電力網(wǎng)絡(luò)中重要的輸電工程，崩塌、滑坡、泥石流等等災(zāi)害，嚴(yán)重影響輸電線路的安全和正常運(yùn)行。為探究其與研究區(qū)內(nèi)的崩塌、滑坡之間的關(guān)系，在線路沿線地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取工程地質(zhì)巖組、坡度、坡向、斷裂構(gòu)造、區(qū)域交通建設(shè)共5個影響因子，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害成因與分布特征研究。結(jié)果表明：變質(zhì)巖類半堅硬巖巖組、巖漿巖類堅硬侵入巖巖組中災(zāi)害數(shù)量最多，達(dá)災(zāi)害總數(shù)的71.6%； 20°～60°的坡度范圍內(nèi)災(zāi)害數(shù)量占總數(shù)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(fā)生災(zāi)害；斷層對崩滑災(zāi)害的顯著控制范圍約800 m； 區(qū)域交通建設(shè)的影響范圍在400 m。研究成果對復(fù)雜山區(qū)輸電線路的規(guī)劃設(shè)計及防災(zāi)減災(zāi)具有重要參考價值。

地質(zhì)災(zāi)害；輸電線路；崩塌；滑坡；發(fā)育特征

我國西部地區(qū)是“全國電力網(wǎng)絡(luò)”的主要能源產(chǎn)地。電力建設(shè)中的輸電線路、變電站大多位于高山峽谷等極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的建設(shè)和正常運(yùn)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(fā)生大面積崩滑災(zāi)害，導(dǎo)致多數(shù)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(yùn)營期間屢遭地質(zhì)災(zāi)害威脅，地災(zāi)治理、塔基改造花費(fèi)巨大[2]。2008年，汶川發(fā)生里氏8.0級大地震，地震及其誘發(fā)的大量山體滑坡和崩塌災(zāi)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(yùn)，導(dǎo)致四川地區(qū)損失約400萬kW的電能，為電網(wǎng)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)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(nèi)，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(shù)架空輸電線路分布于山區(qū)，跨越多種地形地貌，地層巖性復(fù)雜多變且發(fā)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(zāi)害發(fā)生的密集區(qū)域。但仍有大量零星分布的一些潛在災(zāi)害，這些災(zāi)害具有隱蔽、敏感的特點(diǎn)。由于實際調(diào)查的難度、研究范圍和深度不夠，導(dǎo)致了這些潛在災(zāi)害成為了輸電線路的主要威脅[4-6]。本文基于1∶50000地質(zhì)災(zāi)害詳查資料收集、遙感解譯的優(yōu)勢和現(xiàn)場調(diào)查驗證，對茂縣—銀杏輸電線路2.5 km范圍內(nèi)的崩塌、滑坡災(zāi)害的發(fā)育特征展開研究，系統(tǒng)探明走廊帶內(nèi)崩塌、滑坡的空間分布規(guī)律及其與地質(zhì)環(huán)境因子的關(guān)系[7-10]。研究成果對220 kV茂縣—汶川輸電線路防災(zāi)減災(zāi)措施的制定具有直接的指導(dǎo)意義，對復(fù)雜山區(qū)輸電線路的規(guī)劃設(shè)計及防災(zāi)減災(zāi)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(jīng)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(jīng)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(xù)走線，經(jīng)高東山、草坡鄉(xiāng)、沙坪關(guān)村，最終進(jìn)入銀杏變電站。

1.2 地質(zhì)環(huán)境

整條線路走廊位于青藏高原東南邊緣的高山峽谷區(qū)，區(qū)內(nèi)地貌以中、低山地貌為主，區(qū)內(nèi)海拔最高3 187 m，最低處為岷江，海拔923 m，相對高差最大達(dá)2 264 m。研究區(qū)地層巖性復(fù)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?guī)r、千枚巖為主。同時，區(qū)內(nèi)山高坡陡、河谷深切、河網(wǎng)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(jīng)茂縣、汶川。

整條線路走廊位于秦嶺東西向構(gòu)造帶、龍門山北東向構(gòu)造與馬爾康構(gòu)造帶間的三角地帶，構(gòu)造復(fù)雜，新老構(gòu)造活動十分強(qiáng)烈[11-12]。走廊帶內(nèi)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(jīng)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(yán)重的影響。

1.3 災(zāi)害發(fā)育類型

茂縣—銀杏輸電走廊帶內(nèi)地震活動頻繁不斷，不良地質(zhì)現(xiàn)象極為發(fā)育，具有點(diǎn)多面廣、分布不均、規(guī)模大、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)，對輸電線路、輸電塔基具有嚴(yán)重的威脅。主要發(fā)育災(zāi)害類型有滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡4種。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)育災(zāi)害354處，其中崩塌206處、滑坡93處、泥石流34處、不穩(wěn)定斜坡21處。以崩塌為主，其次為滑坡，其他災(zāi)害發(fā)育相對較少。因此，本文以輸電線路走廊帶較為發(fā)育的崩塌、滑坡災(zāi)害為重點(diǎn)(見圖1)。

圖1茂縣—銀杏220 kV輸電走廊崩塌、滑坡災(zāi)害分布圖

1.4 相關(guān)因素的選取

研究區(qū)內(nèi)山高谷深、溝壑縱橫，地層巖性復(fù)雜且新老構(gòu)造發(fā)育，同時人類工程活動十分活躍。因此，我們選取工程地質(zhì)巖組、地表坡度、地表坡向、地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域交通建設(shè)5個影響因子進(jìn)行分析，探究沿線災(zāi)害發(fā)育及空間分布規(guī)律。

2 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境因子的關(guān)系

2.1 與工程地質(zhì)巖組的關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)地層、巖性出露眾多，根據(jù)巖土體類型、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造特征劃分工程地質(zhì)巖組。其巖組劃分方案見表1。災(zāi)害點(diǎn)與工程地質(zhì)巖組關(guān)系見圖2。

表1 走廊帶巖(土)體工程地質(zhì)類型及其巖組

圖2災(zāi)害點(diǎn)與工程地質(zhì)巖組關(guān)系

從走廊帶內(nèi)不同工程地質(zhì)巖組類型中的災(zāi)害數(shù)量統(tǒng)計來看，松散巖類、碎屑巖類半堅硬巖巖組、變質(zhì)巖類半堅硬巖巖組，災(zāi)害密度均接近1個/km2；巖漿巖類堅硬噴出巖巖組災(zāi)害密度最高，為1.6/km2。結(jié)果表明，走廊帶內(nèi)巖性變化大，巖組空間變化復(fù)雜，以變質(zhì)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(zhì)巖類半堅硬巖巖組區(qū)內(nèi)以千枚巖、片巖等巖石組成，此類巖石易風(fēng)化、抗剪強(qiáng)度較低、在外營力作用下，極容易發(fā)生崩滑災(zāi)害。比較而言，崩塌更容易發(fā)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(zāi)害高達(dá)101個，占總災(zāi)害比例的33.8%。因此工程地質(zhì)巖組是地質(zhì)災(zāi)害的分布的重要控制因素。

2.2 與坡度關(guān)系

根據(jù)所選擇的區(qū)域，通過ArcGIS對DEM進(jìn)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(jīng)計算得到災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量與坡度關(guān)系圖見圖3。

圖3災(zāi)害點(diǎn)與坡度關(guān)系

結(jié)果表明：整體上，災(zāi)害集中分布在10°～50°，占災(zāi)害總量的81.6%。災(zāi)害點(diǎn)密度在40°～50°達(dá)到峰值1.72個/km2，占災(zāi)害總量的23.1%?；录蟹植荚?0°～30°的范圍內(nèi)，主要是20°～30°的坡面，巖質(zhì)和土質(zhì)共存，相較緩坡而言，其易碎性更大，因此容易發(fā)生滑坡。當(dāng)坡度大于30°時，破壞方式逐漸由滑坡轉(zhuǎn)變?yōu)楸浪?；而崩塌集中分布?0°～60°的范圍內(nèi)，一般該范圍內(nèi)巖體較為破碎且具有較好的臨空面，所以崩塌災(zāi)害尤為發(fā)育。坡度大于60°時，坡面基本為巖體，其整體性較好，則不易發(fā)生災(zāi)害。而小于10°的范圍內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量亦存在一定數(shù)量，其主要原因是在該范圍內(nèi)，有較多的人類工程擾動，影響了巖體的穩(wěn)定性，從而誘發(fā)災(zāi)害。所以在輸電線路重建塔位位置選定時，應(yīng)該盡量繞避災(zāi)害密集發(fā)生的坡度范圍，從而提高線路的安全性。

2.3 與坡向關(guān)系

根據(jù)所選擇的區(qū)域，通過ArcGIS對DEM進(jìn)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(qū)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(zāi)害點(diǎn)數(shù)量與坡向關(guān)系圖見圖4。結(jié)果表明：E、W坡向上，災(zāi)害數(shù)量較多，E向共發(fā)生災(zāi)害79個，其中崩塌54個，滑坡25個，占災(zāi)害總數(shù)的26.42%；W向共發(fā)生災(zāi)害58個，其中崩塌40個，滑坡18個，占災(zāi)害總數(shù)的19.4%。造成該現(xiàn)象的原因可能是由于太陽輻射強(qiáng)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(fā)育、水分蒸發(fā)量、坡面侵蝕等諸多要素，導(dǎo)致巖體易風(fēng)化、更為松散破碎，影響斜坡巖土體物理力學(xué)特征及穩(wěn)定性。因此，其E、W坡向發(fā)生的災(zāi)害數(shù)量更多，輸電線路的走線方向選取時，其走線方向應(yīng)盡快通過垂直于E、W向斜坡。

圖4災(zāi)害點(diǎn)與坡向關(guān)系

2.4 與斷裂構(gòu)造的關(guān)系

經(jīng)多位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)：在地震發(fā)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(cè)5km的范圍內(nèi)，距離斷層越遠(yuǎn)，滑坡分布的數(shù)量越少。因此，斷層對崩滑災(zāi)害的控制效應(yīng)極為顯著。根據(jù)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(jìn)行緩沖區(qū)劃分成5個區(qū)間：0 m～400 m、400 m～800 m、800 m～1200 m、1200 m～1600 m、1600 m～2000 m?？傻脼?zāi)害點(diǎn)與斷層關(guān)系圖見圖5。

圖5災(zāi)害點(diǎn)與斷層關(guān)系

圖5表明：隨著距斷層距離的增加，災(zāi)害數(shù)量逐漸降低。距斷層400 m的范圍內(nèi)，災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)高達(dá)141個，其中崩塌98個，滑坡43個，占災(zāi)害總數(shù)的47.2%。距斷層1600 m～2000 m，災(zāi)害點(diǎn)僅13個，占總數(shù)的4.3%。研究發(fā)現(xiàn)：斷層縱切沿線，有許多大型滑坡、崩塌災(zāi)害發(fā)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?guī)r構(gòu)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?；虑熬壸冃蚊黠@，至今處于緩慢變形狀態(tài)，嚴(yán)重威脅距離滑坡600 m的一處輸電塔。后者發(fā)育于志留系茂縣群(Smx3)千枚巖、灰?guī)r構(gòu)成的陡坡上，汶茂斷裂端從中部切過，危巖面積達(dá)2.4×104m2，周邊中小型崩塌十分發(fā)育。而輸電線拐點(diǎn)及路徑從該崩塌體附近通過，落石導(dǎo)致線路受損，對輸電線路的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅。

圖6滑坡與崩塌

2.5 與區(qū)域交通建設(shè)的關(guān)系

區(qū)域交通建設(shè)包括公路、鐵路的修建。尤其是公路的建設(shè)，不可避免的要對斜坡坡腳進(jìn)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(jié)構(gòu)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)內(nèi)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(yán)重影響邊坡的穩(wěn)定性，成為災(zāi)害隱患。同時誘發(fā)災(zāi)害對公路周邊的輸電線路構(gòu)成嚴(yán)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(xiāng)，該崩塌規(guī)模達(dá)1.25×105 m3。由于道路開挖，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，最后發(fā)生崩塌。該走廊帶內(nèi)存在大量區(qū)域交通建設(shè)而引起的潛在災(zāi)害，嚴(yán)重影響下方輸電塔及線路的安全。因此，根據(jù)搜集的災(zāi)害點(diǎn)資料及分布與道路距離大小，對道路進(jìn)行多環(huán)緩沖區(qū)統(tǒng)計分析。將道路按照400 m的間距劃分成5個區(qū)間：0～400 m、400 m～800 m、800 m～1200 m、1200 m～1600 m、1600 m～2000 m。得到災(zāi)害點(diǎn)與道路的關(guān)系見圖8。

圖8災(zāi)害點(diǎn)與道路關(guān)系

圖8表明：在距離道路400 m的范圍內(nèi)，災(zāi)害數(shù)量最多，密度最大。其中崩塌災(zāi)害116個，滑坡災(zāi)害73個，共計189個，占災(zāi)害總量的63.2%，災(zāi)害點(diǎn)密度高達(dá)1.74個/km2。其主要原因有：道路工程開挖坡腳，破壞巖體結(jié)構(gòu)，使坡形發(fā)生改變，導(dǎo)致局部產(chǎn)生應(yīng)力集中，逐步破壞范圍擴(kuò)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(dǎo)致滑坡的穩(wěn)定性降低6%～12%。

3 建 議

在復(fù)雜山區(qū)的輸電工程，由于很多線路追求路徑優(yōu)勢而強(qiáng)行跨越地質(zhì)條件復(fù)雜且災(zāi)害易發(fā)的區(qū)域，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害對線路的危害嚴(yán)重。因此，在前期勘察中應(yīng)：

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

(2) 當(dāng)線路必須跨越某些災(zāi)害易發(fā)地區(qū)，必須進(jìn)行仔細(xì)的勘察研究，在不同的地質(zhì)條件下采用合理的基礎(chǔ)形式及防護(hù)措施，切忌進(jìn)行基礎(chǔ)大開挖及對巖體過大的擾動。

(3) 建立有效的輸電線路地質(zhì)災(zāi)害防治信息管理系統(tǒng)，對復(fù)雜地質(zhì)條件下的塔位及線路實施有效的監(jiān)管。并開展電網(wǎng)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測和分析的方法研究，不斷提高電網(wǎng)系統(tǒng)的實時監(jiān)測和應(yīng)急處理的水平和電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

4 結(jié) 論

本文選取工程地質(zhì)巖組、坡度、坡向、斷裂構(gòu)造、區(qū)域交通建設(shè)共5個影響因子，分析了地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境影響因子在輸電線路走廊帶的空間分布關(guān)系。研究成果對復(fù)雜山區(qū)輸電線路的規(guī)劃設(shè)計及防災(zāi)減災(zāi)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(wǎng)公司科技研究項目(SGSCJY00JHJS201600026); 國家自然科學(xué)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(wǎng)建設(shè)及規(guī)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(zhì)災(zāi)害及巖土體穩(wěn)定性。E-mail：546842543@qq.com

P642.2

A

1672—1144(2017)05—0183—05