韓冰 呂斌 鄭樹海 李莉

摘 要：開發(fā)建設(shè)項目特高壓輸電線路工程建設(shè)中不同施工工藝，對生態(tài)環(huán)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(shù)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(jìn)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(hù)生態(tài)環(huán)境的綜合效益進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：索道式跨越架；高低腿鐵塔；生產(chǎn)建設(shè)項目；環(huán)境影響；生態(tài)效益；水土保持；特高壓輸電工程

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電量持續(xù)增長，高壓輸變電工程項目持續(xù)增多，輸變電工程所產(chǎn)生的水土流失日益受到重視，已往研究對項目建設(shè)中的水土流失來源及特點作了大量的總結(jié)，并提出了相應(yīng)的防治措施。輸變電工程水土流失的“防治”，最先應(yīng)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(qiáng)度，減少水土流失來源。輸變電水土流失主要來源于線路區(qū)塔基開挖及牽張場、塔基施工區(qū)、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(chǎn)生一定的擾動及水土流失，但卻容易被忽略。這就要求在進(jìn)行主體工程及水土保持措施設(shè)計時采用低擾動工程技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證主體工程質(zhì)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(jié)省水土保持投資。目前我國在建設(shè)不同電壓等級的輸變電工程，以滿足經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的需求。輸變電工程的建設(shè)，勢必對項目建設(shè)區(qū)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(shù)的合理應(yīng)用是十分重要的，其對于施工效率與質(zhì)量的影響也是不容忽視的。隨著國內(nèi)電力事業(yè)改革步伐的不斷加快，以及各種電力施工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用，其為索道式跨越送電線路架線施工技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了有利的條件，也是促進(jìn)國內(nèi)高壓電力工程建設(shè)事業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。如何采取有效的水土保持措施，減輕工程建設(shè)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(shè)計源頭和水土保持措施專項設(shè)計兩方面探討輸變電工程水土保持措施設(shè)計，望能為其他輸變電工程建設(shè)提供一定的借鑒和參考。

1.項目區(qū)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(jìn)山西能源基地開發(fā)與能源外送，擴(kuò)大新能源消納范圍，滿足華東地區(qū)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(qū)主要有中溫帶亞干旱區(qū)、暖溫帶亞濕潤區(qū)和北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量421.1～988mm，20年一遇24h 最大降雨量140.5～289.6mm，年蒸發(fā)量1362.5～2000mm，年均風(fēng)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(nèi)屬落葉小葉林，河北、山東和河南境內(nèi)主要以北方暖溫帶大陸性季風(fēng)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(qū)的西北黃土高原區(qū)，侵蝕強(qiáng)度為輕度，容許土壤流失量為1000t/km2·a；水力侵蝕類型區(qū)的北方土石山區(qū)，侵蝕強(qiáng)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(qū)南方紅壤區(qū)，侵蝕強(qiáng)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(yù)防區(qū)6 個縣、重點治理區(qū)11 個縣（區(qū)），省級水土流失重點預(yù)防（保護(hù)）區(qū)5 個縣（區(qū)）、重點治理區(qū)（監(jiān)督區(qū)）18 個縣（市、區(qū)）。本工程線路路徑經(jīng)過優(yōu)化后已避開了多處飲用水水源保護(hù)區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園、濕地公園、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等生態(tài)敏感區(qū)。在線路優(yōu)化的基礎(chǔ)上，本工程輸電線路仍需穿（跨）越19 處生態(tài)敏感區(qū)。

2.水土流失現(xiàn)狀

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

3.輸變電工程對環(huán)境的擾動

由于輸變電工程建設(shè)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(dá)數(shù)百公頃。輸變電工程在施工中進(jìn)行挖、填、棄、平等活動，使得地表土壤原有覆著物遭受嚴(yán)重破壞，改變了土壤的理化性質(zhì)，使得土壤顆粒的緊密結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的水土流失強(qiáng)度往往高出自然侵蝕強(qiáng)度。經(jīng)過統(tǒng)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(shè)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(qū)或是傳送相鄰電網(wǎng)的電力，構(gòu)成相互連接的統(tǒng)一電網(wǎng)，并保持電網(wǎng)間供應(yīng)和需求相平衡。建設(shè)輸變電工程主要有建設(shè)變電站和架設(shè)輸電線路兩部分內(nèi)容。輸電線路多數(shù)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(shù)量多、線路長，所以，輸變電工程和普通建設(shè)項目不同，它跨越的地區(qū)較多，影響區(qū)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(shè)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(tǒng)構(gòu)成。

在跨越檔兩端的桿塔上懸掛導(dǎo)、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(dǎo)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(nèi)，將另一條引繩放入導(dǎo)線滑車內(nèi)。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(shè)玻璃鋼橫桿→牽引地線和導(dǎo)引繩。索位置的確定對擬選取的各種架設(shè)位置進(jìn)行現(xiàn)場實地調(diào)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(yōu)選取。架設(shè)位置確定后使用全站儀對其平斷面進(jìn)行精確測量。

其優(yōu)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(fēng)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(jìn)行跨越施工的技術(shù)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(huán)節(jié)，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(yōu)選擇，且是減少擾動土石方的最好的施工工藝。本項目優(yōu)化設(shè)計，采用全方位高低腿塔和主柱加高基礎(chǔ)，盡量減少降基，最大限度地適應(yīng)山地地形變化的要求，同時盡量采用原狀土開挖基礎(chǔ)，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(jìn)行開挖，使用高低腿與長短主柱結(jié)合，土方挖填較少，塔基區(qū)開挖多余的土方，盡量避免土方重復(fù)開挖調(diào)用，在施工完工后回填至塔基征地范圍內(nèi)，不另設(shè)棄渣處置點，進(jìn)而減少對地表擾動。在山丘區(qū)塔基根據(jù)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(jīng)濟(jì)一體化建設(shè)進(jìn)程不斷加劇與城市化建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的推動作用之下，電力系統(tǒng)建設(shè)事業(yè)在整個國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展體系中所占據(jù)的重要地位不斷凸顯，其所發(fā)揮的意義也尤為關(guān)鍵?？梢哉f.新時期的電力系統(tǒng)建設(shè)不僅關(guān)系到社會大眾生活水平的穩(wěn)定提升，同時也關(guān)系到現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會的優(yōu)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(xì)的分析與闡述，并據(jù)此論證了索道式跨越施工方式在提高送電線路運行質(zhì)量與運行穩(wěn)定性的過程中所發(fā)揮的至關(guān)重要的作用與意義。

一是符合綠色環(huán)保施工的要求。輸變電工程給周圍環(huán)境帶來影響主要表現(xiàn)為變電站及輸電線路對其周圍產(chǎn)生的電磁環(huán)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(fā)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(jī)械活動頻繁，輸變電工程建設(shè)造成的水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕呈時空交錯分布、突發(fā)、歷時短、強(qiáng)度大等特點。輸變電工程要進(jìn)行施工，實現(xiàn)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(huán)保、土地和林業(yè)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(yè)簡單、勞動效率高、受天氣及外部環(huán)境因素影響小等優(yōu)點，同時避免了因修筑運輸?shù)缆范加么罅客恋?，損毀樹木和植被。

二是勞動強(qiáng)度減小。工程建設(shè)地位于西北黃土高原區(qū)、北方土石山區(qū)、南方紅壤區(qū)，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?shù)缆房梢岳茫こ滩牧?、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(tǒng)的人力或畜力運輸，除需要修筑簡易的運輸?shù)缆吠猓瑒趧訌?qiáng)度高，施工效率低，運輸周期長。另外，塔材單件最重達(dá)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(qū)和林區(qū)施工材料和器材的運輸難題具有較高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能，減少山區(qū)碎弱的地表植被，起到了很好的保護(hù)生態(tài)環(huán)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(guān)指標(biāo)的對比研究得出，利用索道運輸方式產(chǎn)生的施工臨時道路占地較傳統(tǒng)方式減少73%～92%。

三是減少水土流失?；A(chǔ)型式對比研究輸電線路桿塔地下部分的總體統(tǒng)稱為基礎(chǔ)。它的作用是用來支撐輸電線路的桿塔?；A(chǔ)型式按開挖方式可分為原狀土基礎(chǔ)和大開挖基礎(chǔ)。原狀土基礎(chǔ)包括插入式基礎(chǔ)、掏挖式基礎(chǔ)、巖石嵌入式基礎(chǔ)；大開挖基礎(chǔ)包括臺階式基礎(chǔ)、板式基礎(chǔ)、灌注樁類基礎(chǔ)。在項目建設(shè)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(yīng)措施，勢必會造成較為嚴(yán)重的水土流失，直接危害項目區(qū)及周邊的生態(tài)與環(huán)境，并對項目的生產(chǎn)運行構(gòu)成潛在威脅。統(tǒng)計結(jié)果顯示，索道式跨越架工程技術(shù)的運用總體可以比常規(guī)放線技術(shù)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(qū)占地減少20%～60%，拆遷面積減少6%～33%?？傊?，索道式跨越架工程技術(shù)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(shè)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(qū)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(jìn)而影響區(qū)域鳥類的種群結(jié)構(gòu)。由于利用索道式跨越架為點狀的線性工程，施工擾動區(qū)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(huán)境，這種現(xiàn)象在高大樹木稀少的平原地區(qū)尤其明顯。

五是提高了施工效率。跨越架主要設(shè)備廣泛采用絕緣技術(shù)，提高了帶電施工的安全可靠性，最主要的設(shè)備如迪尼瑪承載繩、尼龍安全網(wǎng)、杜邦循環(huán)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(shè)備，做到處處絕緣，環(huán)環(huán)絕緣；采用專用雙層絕緣滑車，使迪尼瑪承載繩及杜邦循環(huán)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(xué)和先進(jìn)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(jié)約型、環(huán)境友好型”工程。

線路沿線山地及丘陵區(qū)考慮不等高基礎(chǔ)，根據(jù)地形條件大量使用高低腿塔基、掏挖基礎(chǔ)、人工挖孔基礎(chǔ)等，避免了基坑大開挖，充分利用原狀土力學(xué)性能，提高了基礎(chǔ)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(wěn)定以及減緩水土流失。經(jīng)過林區(qū)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(jìn)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(dá)的地段設(shè)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(jìn)的索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝，加強(qiáng)施工組織管理。施工過程中采用機(jī)械施工與人工施工相結(jié)合的方法，統(tǒng)籌、合理、科學(xué)安排施工工序，避免重復(fù)施工和土方亂流，嚴(yán)格水土保持相關(guān)規(guī)范要求，施工單位嚴(yán)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(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jié)論 經(jīng)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(shè)施面積均小于傳統(tǒng)施工工藝，提倡在輸變線路工程建設(shè)中大力推廣索道式跨越架、高低腿鐵塔施工工藝。

根據(jù)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(jī)械和人工配合進(jìn)行，工程基礎(chǔ)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(yōu)化施工工藝、提高防治標(biāo)準(zhǔn)、采取各項水土保持措施后，水土流失防治效果可達(dá)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(shè)單位按照水土流失防治措施實施后的基礎(chǔ)效益和生態(tài)效益，在此基礎(chǔ)上綜合考慮措施實施所帶來的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。水土保持是一項社會公益事業(yè)，其效益分析必須在國家生態(tài)建設(shè)規(guī)劃的指導(dǎo)下，本著可持續(xù)發(fā)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(chǎn)生的保水、保土、改善生態(tài)環(huán)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(fā)建設(shè)項目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》（GB50434-2008）進(jìn)行。以該項目河北段輸電線路工程進(jìn)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(jié)束語

在我國，輸電線路建設(shè)正在迅猛發(fā)展，在輸電線路架設(shè)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(tài)環(huán)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(xué)發(fā)展觀，堅持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)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(xù)利用的重要舉措。利用索道式跨越架工程具有以下優(yōu)點： 一是使用索道式跨越架進(jìn)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(yīng)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(xiàn)象將大為減少，這對國防、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、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(jìn)行跨越施工，不但經(jīng)濟(jì)效益高，而且社會效益也很顯著；三是由于索道承力繩為內(nèi)絞外織結(jié)構(gòu)，因此可保證承力繩有足夠的強(qiáng)度和一定的剛度，以及較小的伸長變形；保證過線保護(hù)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(hù)網(wǎng)，在跨越運行線路時，可保證跨越施工發(fā)生意外的情況下，新建線路的導(dǎo)、地線不與運行線路發(fā)生接觸。高低腿鐵塔施工是減少擾動地表面積的最優(yōu)選擇，減少水土流失量，減少破壞水土保持設(shè)施面積，且是減少擾動土石方的最好的施工工藝。開發(fā)建設(shè)項目特高壓輸電線路工程建設(shè)中索道、高低腿等先進(jìn)施工工藝應(yīng)當(dāng)大力推廣。

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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(jié)水工程

呂斌（1984—），男，漢，陜西南鄭人，助理工程師，多年從事生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持方案編制、水土保持監(jiān)理、水土保持設(shè)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(zhì)量和環(huán)水保管理工作。

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