山西采动影响区输电线路塔基区水土流失特点及防治措施

刘继武，韩 恺，闫炜炀

（国网山西省电力公司经济技术研究院，山西太原030021）

0 引言

能源是当今社会发展及经济持续增长的重要基础，如何实现对能源的更好更充分利用，是山西电网建设中需重点考虑的问题。要想把山西的电力输送到全国各地，就必须建立庞大的输电线路体系。而山西由于煤矿开采而形成的采动影响区已达到2万km2，约占山西国土面积的1/8[1]。随着电力建设的快速发展，省内输电线路不可避免地要经过采动影响区。目前输电线路在途经采动影响区时，主要采取的防止不均匀沉降措施为基础采用防护大板基础和板式直柱基础[2]，防护大板基础需要整体大开挖，严重破坏了原自然地面，势必引起大量的水土流失，让原本脆弱的生态环境雪上加霜，只有全面了解山西省输变电线路途经采动影响区的水土流失特点并采取相应的防治措施，才能保障山西电网的绿色发展。

1 输电线路基础施工对水土保持的影响

1.1 铁塔基础施工对水土保持的影响

采动影响区输电杆塔的基础形式主要为由板式直柱基础和防护大板基础组成的大开挖基础形式（如图1所示）。山西省地处高原地带，山区和丘陵面积较大，据统计境内山丘及沟壑区域地面坡度多数在20°以上，沟壑密度大[3]，在山区整体开挖将产生较大的基面土石方量，同时基坑开挖亦会产生大量的土石方，随着电压等级的提高，铁塔根开和基础尺寸将数量级地增大，土石方也会随之增加。大量松散的土壤或岩石如果不及时进行保护，则会造成水土的严重流失，如果保护处理措施不当，甚至会造成水土的完全流失。在基坑开挖过程中所进行的爆破等操作会破坏地层的结构，使地层结构更加松动，甚至会造成塌陷等更严重的危害。

图1 采动影响区基础形式（mm）

1.2 铁塔基础施工工艺对水土保持的影响

采动影响区杆塔基础均为大开挖基础形式，对于交通运输条件较好的平丘地段，基础施工均采用机械化施工，大型机械设备在基础开挖时，需要较大的场地和空间，将对周围地表产生不同程度的碾压和破坏，造成一定的水土流失。

位于山区地段的杆塔基础，由于机械无法到达杆塔施工现场，一般采用人工开挖。由于防护大板基础基坑较大，为保证施工人员安全，均采取放坡措施，减少基坑边坡坍塌的风险，导致开挖方量增大，进一步造成水土流失。塔基位于岩石地段时，人工无法开挖，需爆破岩石，爆破会破坏基坑周边原状土体，进一步造成生态环境的恶化。

对于每个工程，由于电压等级以及所处地形地貌的不同，基坑的开挖量也有所差别。但是110 kV及以上电压等级每基的土方量都在300 m3以上，易造成严重水土流失。基坑开挖的土方是需要处理的，山区很难保证挖方和填方的土石方平衡，不能平衡的，或堆弃或另作他用。

2 采动影响区水土流失特点分析

2.1 水土流失特点

线路铁塔荷载大，基础作用力大，安全等级高，侵蚀方式是面蚀。在输电线路施工过程中因产生水土流失程度不同，土壤侵蚀形式各异，单个铁塔侵蚀面积较小但治理强度较大，土地恢复困难。采动影响区水土流失的特点表现如下。

a）塔基范围内整体大面积开挖，使地表层土壤直接裸露，同时施工基面范围内的林木均需砍伐，对原有土壤结构及地形地貌产生了严重破坏。

b）在建设期间较大基坑的开挖，改变了开挖面坡度，使原有边坡稳定性变差，极易造成严重的水蚀和重力侵蚀；为了保证边坡稳定，在塔基周围需修建护坡、排水沟等，同样在一定程度上破坏了地表结构。

c）在输变电工程建成后，杆塔仍存在倾斜的可能；当杆塔发生倾斜需纠偏时，需要大型机械吊装铁塔，为此修筑的施工基面、护坡、排水沟等措施，将对立塔完成后恢复地面重新造成破坏，加剧了对土壤结构的损伤。

2.2 影响因素分析

采动影响区铁塔基础施工较常规线路突出的特征是基础基坑为一个整体大基坑，开挖时原状土破坏严重，产生的余土较多。以220 kV双回线路工程常用的2E2-SZC2和2E2-SJC2塔型为例，对原状土基础、板式直柱基础和板式直柱基础+防护大板基础进行计算分析，基坑土石方量如表1所示。

由表1可知，防护大板基础基坑土石方量较常规基础至少增加2.5倍；若考虑基面土石方，防护大板的基础土石方量将更大，水土流失将更严重。故造成采动影响区水土流失的最主要原因是基坑土石方量较大。

表1 基坑土石方量表

3 防治措施

3.1 工程设计措施

a）针对采动影响区基坑土石方量较大的问题，可针对防护大板进行改进。中空大板基础是一种优势明显的基础形式，即防护大板中间有孔洞；该形式基础材料量较常规防护大板基础少，可将部分余土合理利用，回填至中空孔洞内，从而减少水土的流失。

b）防护大板施工时，在保证大板基础尽量位于原状土的前提下，采用挖高补低的方式（如图2所示），可以大大减少基面土石方和基坑土石方的开挖，减少对原地表土壤的破坏，保护植被完整性。

图2 挖高补低施工措施

c）坡面防护工程包括拦渣工程和护坡工程。在基础临空面或降基形成的高陡边坡，以及在塔基下堆放弃渣或本身土体稳定性较差而形成的不稳定边坡，应在坡脚设计挡土墙以拦挡土体。

d）当塔基位于斜坡面时，为防止雨水在塔基周围汇集，应沿杆塔设置环状排水沟，使水流有序流入自然沟道。在地势较陡的地段，为减少径流对自然沟道的冲刷，在排水口与自然沟道衔接处，采用浆砌石进行防护或设置消力池，从而减少水流对自然沟道的冲刷[4]。

e）填沟式弃土石场在下游末端宜修建挡渣墙，并根据上游汇水情况适当布设排水措施。进行土地整治，充分利用施工产生的表土，将其覆盖于表层，而后进行植被建设工程。在土体表面铺设三维植被网，然后种草；或直接种草、灌木。

3.2 施工措施

在施工过程中，除施工必须有保护措施外，应尽量减小对塔基周围植被的碾压和破坏。塔基开挖时，表层弃土用编织袋分装，堆置于临时场地周围，以便用于基坑回填。临时堆土需用填土草袋进行四周拦挡，表层用塑料布或防尘网等覆盖，防止水土流失及粉尘危害[5-6]。

3.3 植物措施

根据当地气候条件及土质情况，因地制宜地选择适宜草籽类型对破坏土体进行植被恢复，且草籽播撒应尽量选择雨水较充沛的时间[7]。对于塔基施工临时占地范围，如需栽植树木，以矮灌木为主，或采用灌草混交方式。

3.4 工程实例

以山西省的寿阳明泰电厂、西上庄电厂点对网500 kV送出工程为例，介绍防治措施。该线路沿线途径寿阳县、阳泉市郊区，全线100%山地，本工程全线共计220基铁塔，196基铁塔位于煤炭采空区，需采用板式直柱基础＋复合防护大板基础方案，以防止地基不均匀沉降。

本工程海拔为840～1 350 m，起伏较大，全线铁塔平均降基2.8 m。若采用常规设计方案，全线基面土石方量约140 835 m3（640.2 m3/基），对塔基周围水土破坏十分严重。为了降低基面土石方量，本工程采用挖高补低的方式，同时结合块石砂浆挡墙，保证塔基周围土体的稳定性。常规方案与挖高补低方案基面土石方量如表2所示。

表2 常规方案与挖高补低方案基面土石方量对比表

由表2可知，线路途经采空区时，采用挖高补低方案，平均每基塔土石方量较常规方案减少约100 m3，节省费用约2万元，对减少基面土石方量具有明显的效果，较大地降低了塔基施工对水土的破坏，且节省了工程造价。

此外，该工程采用的其他水土保持措施有设置排水沟2.8 km，表土回覆14 100 m3，复耕5.24 hm2等；根据气候条件及地势情况，在开挖的非农田地，本工程采用的树种主要为油松和紫穗槐，选用的草籽类型为野牛草，在塔基区、弃土堆放处等，共栽植苗木2.97万株，播撒草籽9 hm2。

同时，对于土质松软且易滑坡地区，本工程采用主动柔性防护网措施对土体或块石进行保护，进而实现了环境保护，避免了水土流失。

4 结论与建议

a）采动影响区输电线路塔基区水土流失的主要原因是基面土石方和基坑土石方开挖较大，严重破坏原地表土壤；同时余土随意堆放，也会加剧水土流失。

b）采动影响区杆塔倾斜后纠偏将会对环境造成二次破坏。

c）优先采用中空防护大板是减少采动影响区开挖土石方量的有效措施。

d）施工过程中，采用挖高补低、合理规划弃土等措施，可有效减少水土流失。

e）输电线路途经采动影响区造成的水土流失是一个非常突出的问题，需针对采动影响区的特征做更深入的研究，采取更有效的措施，真正实现山西电网的绿色、可持续发展。