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        輸電線路塔基防洪問題探討

        2020-11-11 12:02:07王永豪鄭博候恒
        中國電氣工程學(xué)報 2020年18期
        關(guān)鍵詞:輸電線路

        王永豪 鄭博 候恒

        摘要:輸電線路由于線路路徑長,跨越的地貌單元多樣,不可避免地存在著跨越河流、湖泊、溝渠等水文條件較為復(fù)雜地域的情形。在這些地段,輸電線路塔基防洪問題尤為關(guān)鍵,對于工程造價有著直接影響。如果考慮過大,則容易造成經(jīng)濟浪費;反之如果考慮過小,輕則造成經(jīng)濟損失,重則關(guān)乎工程的安全穩(wěn)定運行,因此在設(shè)計各個階段都給予了特別關(guān)注。工程實踐中,需要結(jié)合水文條件、地質(zhì)條件、周邊已運行工程實踐經(jīng)驗等綜合分析計算判斷,昀終確定一個合理的設(shè)計值,滿足工程實際設(shè)計需要。本文以工程實例作為研究對象,分析輸電線路塔基基礎(chǔ)防洪問題,對防洪問題中涉及的沖刷計算和人類活動影響等問題進行探討,以期為類似輸電線路工程提供有益參考。

        關(guān)鍵詞:輸電線路;塔基;防洪問題

        1 沖刷計算

        輸電線路基礎(chǔ)沖刷計算歷來沒有自己獨立成體系的計算公式,采用公式來源于公路和鐵路的橋梁沖刷計算,沖刷深度為天然沖刷、一般沖刷和局部沖刷三者之和。

        天然沖刷指河道天然演變所導(dǎo)致的沖刷,這種沖刷更多地緣于地質(zhì)營力所形成,諸如風(fēng)蝕、水蝕等,天然沖刷目前尚無可靠的計算方法,其幅度較難量化。此外,由于輸電線路工程壽命相對于地質(zhì)年代很短,且由于這部分計算需要多年的觀測資料,而極少數(shù)河流才進行監(jiān)測,一般河流較難以獲取,因此,工程實踐中很少考慮天然沖刷對輸電線路基礎(chǔ)的影響。多年工程實踐證明,這種考慮是可以保障線路的安全穩(wěn)定運行的。但對于一些多沙質(zhì)游蕩型河流,人類活動對河床改變較大,導(dǎo)致河床被重新塑造,如黃河流域的水庫沖沙活動,這類活動導(dǎo)致的天然沖刷需要單獨考慮,后面的人類活動影響將專門分析。

        一般沖刷計算是輸電線路沖刷計算的焦點,也是難點所在,是指由于工程建成,行洪斷面被壓縮,過流流速增加,從而河流被重新塑造,上述過程所導(dǎo)致的沖刷。輸電線路的沖刷計算具有其不同于橋梁沖刷計算前提的特殊性,如在電力行業(yè)中比較普遍的觀點認為輸電線路檔距較大,因而基礎(chǔ)壓縮河流斷面甚少,且基礎(chǔ)截面與河寬相比占比很小,對于流速影響可忽略不計,從而可以不考慮一般沖刷。但上述成果由于缺少理論和實踐支撐,在水利部門完成的防洪影響評價中,經(jīng)常持完全不同的觀點,即同時考慮一般沖刷和局部沖刷。從工程安全角度考慮,同時考慮到水利部門對工程監(jiān)管的需要,此外,一般輸電線路跨越河流相對較少,采用差異化的跨河設(shè)計滿足工程的需要,本文建議按水利部門的沖刷計算考慮,即同時考慮一般沖刷和局部沖刷。這樣既滿足了工程安全的需要,同時在相關(guān)政府監(jiān)管中也是有利的。一般沖刷計算中同時需要的另一個問題是現(xiàn)有塔位處于灘地和主槽的情形,這種情形對于游蕩型河流尤為關(guān)鍵,游蕩型河流主槽不定,由于人類活動、大的洪水過程皆可能對河道進行重新塑造,因此在這些河段必須要考慮主槽演變對塔位沖刷的影響。對于一些游蕩性河床沖刷深度計算,半理論半經(jīng)驗公式存在一定局限性,需進行模型試驗進行對比分析。

        局部沖刷指河道中設(shè)置塔基后,塔基周圍的水流情況與原始天然狀態(tài)會發(fā)生很大變化,由于塔基對水流的阻擋作用,因此在塔基上游不遠處導(dǎo)致水面壅高,至塔基位置達到昀高,兩側(cè)水流收縮集中,動能增加,水面逐漸下降,在塔基后一定范圍內(nèi)水面都很不穩(wěn)定。塔基的阻水作用使塔基前形成較強的螺旋流并向下游傳播發(fā)展,同時在塔基下游形成回流區(qū),回流區(qū)會形成旋渦將泥沙卷往下游,引起床面沖刷。水流在壓差的作用下產(chǎn)生漩流,在與縱向水流匯合后,產(chǎn)生圍繞塔基卷繞的馬蹄形漩渦,漩渦是引起局部沖刷的主要原因。局部沖刷的計算主要與一般沖刷后水深、基礎(chǔ)型式、與水流的夾角等相關(guān),在基礎(chǔ)型式中,目前采用群樁基礎(chǔ)沖刷的,根據(jù)工程實踐,將群樁折算到單樁的迎水截面,從而采用與單樁相同的公式,可以在一定程度上解決復(fù)雜問題。對于特殊復(fù)雜的群樁沖刷深度計算,通過模型試驗,研究成果可為設(shè)計、相關(guān)專題所需的沖刷問題提供有利的技術(shù)支撐。

        2 人類活動影響

        人類活動很大程度上改變了原有的自然地形地貌條件,具有巨大的自然再塑力,導(dǎo)致流域形態(tài)、水流流向、流速等改變,與原有自然地形地貌條件有很大不同,將可能導(dǎo)致很大的破壞力。因而,在人類活動頻繁地區(qū)需考慮工程建設(shè)期內(nèi)人類活動對塔基防洪可以能影響,提前采取技術(shù)和工程措施,以避免由于人類活動導(dǎo)致的工程措施變更。下面以典型工程實例進行分析。

        由于修建截洪溝改變了原有的溝道來水量,導(dǎo)致來水量增大,同時地層為圓礫及砂土,顆粒間無黏性,抗沖刷能力差,因此水流對沖溝的切割逐漸加大,塔位沖溝不斷向下深切,溝底兩側(cè)直立陡坎相對高度不斷增加,不斷坍塌或引發(fā)滑塌,進而在不斷循環(huán)交替過程中向塔基方向發(fā)展,昀終威脅塔基的安全穩(wěn)定性,經(jīng)現(xiàn)場踏勘后,采取了塔基移位的措施,造成了一定程度上的經(jīng)濟損失。

        根據(jù)現(xiàn)場踏勘調(diào)查,分析原因主要有:(1)河道整治改變了河勢,2011年陜西渭河段綜合整治工程開工,整治工程西起渭南與臨潼交界,東至渭河潼關(guān)入黃口。包括防洪工程、河道清障、污水治理、生態(tài)景觀四大建設(shè)內(nèi)容。按照城區(qū)段百年、農(nóng)防段 50年一遇標準,對渭河河灘區(qū)進行全線清障。由于綜合整治工程開工,改變了原有河道河勢,使河道主槽發(fā)生了比較大的變化。此外,在距線路上游約 500~1000m內(nèi)修建了 2個挑流丁壩,使水流偏向塔基處,導(dǎo)致塔基處水流流速、水深改變,從而導(dǎo)致沖刷深度加大,使塔基基礎(chǔ)裸露。(2)梯級電站聯(lián)合調(diào)度調(diào)水調(diào)沙對渭河河道形態(tài)的影響,上游連續(xù)進行了利用并優(yōu)化桃汛洪水過程沖刷降低潼關(guān)高程試驗,均取得明顯效果。潼關(guān)河段河勢調(diào)整理順,形成單一的規(guī)則主槽,導(dǎo)致潼關(guān)高程下降,由于排沙的上溯性,導(dǎo)致塔位處的高程逐年下降。

        3 討論

        針對上述問題,如何避免輸電線路在跨越河流、湖泊、溝渠等水文條件較為復(fù)雜的地域,可能導(dǎo)致工程變更,主要有以下考慮:

        進行充分現(xiàn)場踏勘和資料收集,現(xiàn)場踏勘是設(shè)計的前提,只有充分現(xiàn)場踏勘,才能為后續(xù)工作提供基礎(chǔ),在現(xiàn)場踏勘過程中,要充分注意周邊工程情況,要留意工程名稱、承建單位等信息,為后續(xù)收資奠定基礎(chǔ)。在資料收集過程中,不但要收集現(xiàn)有工程資料,同時還應(yīng)收集規(guī)劃工程資料。資料收集是進行內(nèi)業(yè)工作的基礎(chǔ),只有充分的資料收集,才能與內(nèi)業(yè)的分析計算進行比較對比,從而為提供合理的結(jié)果奠定基礎(chǔ)。

        對線路經(jīng)過人類活動影響強烈地區(qū),盡量避免河中立塔,應(yīng)在前期階段,相關(guān)專業(yè)進行充分溝通,進行跨河方案比選,從而昀大程度上減少河道、湖泊、溝渠中立塔的情形,如無法避免,應(yīng)優(yōu)選立塔位置,通過影像圖對比不同時期歷史影像,避開分洪口門、河道演變劇烈地段等不利位置,如無法避開,從工程安全角度出發(fā),應(yīng)適當留有裕度,對于游蕩型河流,可采取灘地立塔按主槽考慮,這樣在前期階段就留有一定的安全裕度,從而昀大程度上避免因水文條件變化導(dǎo)致塔基不穩(wěn)定等狀況。

        4 結(jié)語

        輸電線路由于線路路徑長,跨越的地貌單元多樣,在水文條件復(fù)雜地段輸電線路塔基防洪問題尤為關(guān)鍵,對于工程造價有著直接影響。本文以工程實例為研究對象,分析輸電線路塔基基礎(chǔ)防洪問題,對防洪問題中涉及的沖刷計算和人類活動影響等問題進行探討,以期為類似輸電線路工程提供有益參考。

        參考文獻

        [1]JTG C30—2002,公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范[S].

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        [3]王朝品,戎曉洪,曾偉雄.鄧塘洲高壓輸電線路河中立塔沖刷問題研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2009,42(S1):335-340.

        [4]王遲,丘海珊,李興凱,王堯.關(guān)于游蕩型河道塔基沖刷問題的探討[J].電力勘測設(shè)計,2019(S1):29-31.

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