山西省輸變電工程水土保持低擾動工程技術(shù)

1、山西省輸變電工程水土保持低擾動工程技術(shù)    摘要：輸變電工程跨度大，自然、社會經(jīng)濟條件及水土流失來源復(fù)雜多變，且臨時占地多，擾動范圍大。為探索輸變電工程水土保持低擾動工程技術(shù)，為輸變電主體工程及水土保持措施優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)，以山西省項輸變電工程為研究樣本，通過對比傳統(tǒng)與低擾動的主體工程及水土保持工程實施的擾動程度和水土流失量，發(fā)現(xiàn)長短腿配高低基礎(chǔ)的塔基和塔型設(shè)計、索道運輸、不落地放線技術(shù)等低擾動技術(shù)應(yīng)用于主體工程中能夠顯著縮小擾動范圍、減少水土流失量；在水土保持措施設(shè)計中根據(jù)各防治分區(qū)的水土流失特點及土壤條件采用相應(yīng)的表土剝離技術(shù)及在部分臨時占地采

2、用臨時覆蓋技術(shù)，則能減小水土保持工程的二次擾動，并且可以節(jié)省工程投資。建議在輸變電主體工程及水土保持工程設(shè)計中，根據(jù)實際情況盡量優(yōu)先采用這類有利于水土保持的低擾動工程技術(shù)。關(guān)鍵詞：輸變電工程；生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持；低擾動；山西省隨著我國國民經(jīng)濟的發(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

3、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。以山西省具有代表性的項輸變電工程為研究樣本，通過總結(jié)工程建設(shè)中的擾動特點及水土流失來源，對比分析采用低擾動工程技術(shù)后的水土流失防治效果，提出工程中可應(yīng)用的低擾動技術(shù)，為輸變電工程主體工程及水土保持措施優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。山西省個輸變電工程項目既有新建項目也有擴建項目，長度從不等，線路途徑區(qū)域

4、基本包括山西省所有典型地貌類型區(qū)，包含的水土流失類型全面。山西省地處中緯度內(nèi)陸，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量為，高度集中于月，且多以暴雨形式出現(xiàn)，年平均溫度。境內(nèi)地形復(fù)雜，有山地、丘陵、高原、平原、臺地多種地貌類型，并以山地、丘陵為主，占總面積的。土壤類型主要為黃土或其他母質(zhì)上發(fā)育的褐土、栗褐土等。植被覆蓋度低，以天然次生林為主，主要分布在管涔、關(guān)帝、呂梁、黑茶山、五臺、太岳、太行、中條大林區(qū)。境內(nèi)水土流失嚴重，且以水蝕為主，年土壤侵蝕模數(shù)介于，其中晉西黃土丘陵溝壑區(qū)及晉西南黃土殘塬溝壑區(qū)年土壤侵蝕模數(shù)在以上，水土流失最嚴重；土石山區(qū)植被較好，年土壤侵蝕模數(shù)為，侵蝕強度相對較輕。塔基區(qū)水土

5、流失主要來源于：在塔基保護范圍對植被破壞后形成裸露面及基坑開挖面；特別是在山區(qū)、丘陵區(qū)，塔基常位于相對高差、坡度都較大的斜坡或低山丘陵區(qū)的梯田上，在傳統(tǒng)的塔基設(shè)計中常需要進行降基，形成一個工作平臺，從而造成了較陡的開挖和堆填邊坡，破壞了原坡面的穩(wěn)定性。基坑開挖及降基產(chǎn)生的土石方臨時堆放在塔基附近坡面上，由于土體松散，降雨時極易產(chǎn)生嚴重的水土流失；并且堆土導(dǎo)致邊坡附加壓力增大，在水力和重力的雙重作用下還可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。施工結(jié)束后棄渣就地堆存于塔基占地范圍內(nèi)，渣體松散，具有一定坡度，在植被恢復(fù)前容易產(chǎn)生水土流失并且植被恢復(fù)難度相對較大；而在山丘區(qū)，由于降基及基礎(chǔ)修建產(chǎn)生的棄渣過多及地形限制，棄渣

6、無法全部堆存在塔基范圍內(nèi)，需另設(shè)棄渣點，造成新的水土流失。因此從減少水土流失的角度考慮，主體工程設(shè)計時應(yīng)優(yōu)化塔基型式，在保證塔基安全的前提下，減少對原地貌的破壞、土石方工程量及棄渣量。塔基根據(jù)施工工藝可分為大板式、臺階式、掏挖式、巖石嵌固、巖石錨桿等基礎(chǔ)形式，其中大板式和臺階式基礎(chǔ)為大開挖施工形式，對土層擾動相對劇烈；掏挖式、巖石嵌固、巖石錨桿等為原狀土基礎(chǔ)，對土層擾動相對較小。大開挖基礎(chǔ)由于回填土較原狀土抗剪強度大為減弱，因此為保證基礎(chǔ)穩(wěn)定性往往需要底板尺寸較大；另外，在山丘區(qū)，由于其要求的基面、施工作業(yè)范圍大，一般降基量也很大，所以這類基礎(chǔ)修建產(chǎn)生的臨時堆土和棄土量也大。而原狀土基礎(chǔ)由于其

7、作業(yè)范圍要求較小，單個塔基降基量一般很小，巖石錨桿基礎(chǔ)甚至無降基。有數(shù)據(jù)表明，在°坡度、基礎(chǔ)深度相同的情況下，非原狀土基礎(chǔ)的臨時堆土量是原狀土基礎(chǔ)的倍，棄渣量是原狀土基礎(chǔ)的倍。另外，在丘陵山區(qū)，由于對原地面擾動最嚴重及土方工程最大的施工過程是降基，因此塔型設(shè)計上應(yīng)盡量選用全方位長短腿并配合高低基礎(chǔ)來適應(yīng)塔位原地形的起伏，分四個塔腿分別降基，甚至不降基，保留基坑中間的土體，從而達到對原地貌的擾動最小、塔位處邊坡的穩(wěn)定性最大、土石方工程量和棄渣量最少的效果。研究表明，在一定坡度的坡面上、塔基基礎(chǔ)類型相同的情況下，長短腿配高低基礎(chǔ)的棄渣量及擾動面積均最少，分別為等長腿配等高基礎(chǔ)、等長腿配高

8、低基礎(chǔ)和長短腿配等高基礎(chǔ)棄渣量的，擾動面積的，?？傊?，在地質(zhì)條件適宜的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮原狀土基礎(chǔ)，并且在山丘區(qū)應(yīng)盡量選擇長短腿配合主柱加高基礎(chǔ)，降低輸電線路工程水土流失量同時穩(wěn)定塔基，減少征地和土石方工程量，降低工程造價和水土保持措施投資。在輸電線路施工過程中主要采用傳統(tǒng)的道路運輸方式向塔基、牽張場、材料站運輸材料、設(shè)備等，包括汽運道路和人抬道路。通過對研究對象工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析得出，施工道路一般占線路臨時占地的，產(chǎn)生水土流失量占總體水土流失量的，比例很大，是工程的主要水土流失區(qū)；施工道路長度與輸電線路長度呈明顯的線性相關(guān)關(guān)系，即線路越長，需要修建的汽運道路和人抬道路也就越長。施工道路布設(shè)在

9、不同地貌也有不同特點，其中在平原區(qū)運輸系統(tǒng)發(fā)達，公路、機耕路密布，施工汽運道路可直接利用或拓寬原有道路，一般僅需要修建少量人抬道路；而山區(qū)、丘陵區(qū)，交通不便，原有可利用道路較少，需新修較長的施工道路，在地形條件限制的區(qū)域主要通過砍去荊棘，開辟人抬道路，采用人力和畜力運輸，人抬道路占施工道路比例很大。臨時施工道路的修建會破壞其范圍內(nèi)植被，損壞水土保持設(shè)施，造成地表裸露；另外汽運道路修建過程中還會產(chǎn)生一定的土石方開挖和臨時堆存；在施工道路使用過程中汽車、人員和畜力頻繁來回擾動地表，這些都加劇了水土流失。因此需要采用新的運輸方式，以降低對地表植被和土體的擾動。在丘陵山區(qū)，向塔位運輸材料如果采用索道這

10、類低擾動運輸方式，僅需修建通往牽張場、材料站和部分位于緩坡地的塔基的施工道路，能夠極大減少施工道路的長度。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，汽運便道長度可減少，人抬道路長度減少。并且由于索道運輸是直線運輸，路徑可借用輸電線路通道，基本不新增占地，因此采用索道運輸比道路運輸可減少臨時占地。采用索道這類新的運輸方式，可大大減少輸電線路工程的擾動面積，同時提高施工效率，縮短擾動時間，顯著減少線路施工造成的水土流失量。傳統(tǒng)人工肩扛牽引線的架線方式，其水土流失來源包括：由于牽引線貼地牽引，因此線下走廊內(nèi)的地表及植被受到架線人員和牽引線的雙重擾動，尤其在線路跨越林區(qū)時，當牽引場的鋼繩卷車牽卷牽引線時，牽引線由貼地至騰空拉緊，

11、林木還易遭牽引線割傷，對植被破壞較為嚴重；當輸電線路與河流或各種工程設(shè)施有交叉跨越時，采用傳統(tǒng)架線方式，需臨時占地設(shè)置跨越區(qū)，修建跨越架等臨時設(shè)施，對地表產(chǎn)生擾動。由于架線施工還會產(chǎn)生一定面積的拆遷區(qū)，拆遷及架線過程均會對地表產(chǎn)生嚴重擾動，并且拆遷還會產(chǎn)生大量棄渣。目前先進的低擾動放線技術(shù)為不落地放線，應(yīng)用直升機、遙控飛艇、動力傘及繞牽法技術(shù)從而真正實現(xiàn)初導(dǎo)繩、導(dǎo)引繩、牽引繩、導(dǎo)地線的完全不落地展放。對研究對象的統(tǒng)計結(jié)果顯示，不落地放線技術(shù)的運用總體可以比常規(guī)放線技術(shù)減少地表擾動面積，其中線下走廊擾動面積減少，跨越區(qū)占地減少，拆遷面積減少。總之，不落地放線技術(shù)的實施，大大減少了送電線路施工中青

12、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。并且與常規(guī)放線方法相比，不落地放線技術(shù)減少了導(dǎo)引繩分散運輸、人力展放、放線通道內(nèi)地表附著物損壞及跨越架搭設(shè)的工作量及損壞賠償，工程施工質(zhì)量及架線施工效率大幅提高，節(jié)約工程投資。除了主體工程施工會擾動地表，產(chǎn)生水土流失，一些水土保持措施在實施時也會對地表產(chǎn)生一定的擾動，如表土剝離、土地整治等。因此在設(shè)計水土保持措施時，應(yīng)注意分析論證水土保持措施采取的必要性，在水保措施選擇上應(yīng)考慮以對地表擾動小的措施替代擾動強度較大的措施，盡量減少對地表的二次擾動。表土層包括自然土壤中的腐殖質(zhì)層、枯枝落葉層以及耕作土壤中的耕作層。表土剝離范圍需根據(jù)輸變

13、電工程各水土流失防治分區(qū)土地擾動特征及土壤類型、表層土壤狀況具體進行確定，對擾動較輕、以占壓為主或表層土壤肥力、理化性質(zhì)一般的區(qū)域，可不進行剝離，避免多余的擾動及表土臨時堆存防護措施的布設(shè)。表土剝離厚度根據(jù)原土層厚度、復(fù)墾土地利用方向及覆土土方需求量等確定。輸變電工程對土地的擾動方式包括挖損和占壓，不同的施工區(qū)域擾動方式及強度差異很大，對于擾動方式以挖損為主、擾動面積及強度大、土石方工程量大的區(qū)域應(yīng)在施工前剝離表土；而擾動方式以占壓為主、土石方工程量較小、擾動強度較弱的區(qū)域可不剝離表土。變電站工程區(qū)。站區(qū)擾動面積大，輸變電工程變電站占地約，土建施工期開挖建筑及各類配電裝置基礎(chǔ)、電纜溝等，土石方

14、工程量大，約，施工對地表的擾動以挖損為主，對土體結(jié)構(gòu)破壞強度大，并且場地回填標高時會嚴重破壞土體層次，因此需要剝離表土，用于后期站區(qū)綠化覆土。施工區(qū)一般位于站區(qū)永久占地區(qū)內(nèi)，面積約，主要用于材料加工、堆放，基礎(chǔ)開挖、回填土方堆放，場地回填標高時會破壞土體層次，因此需要剝離表土；少部分將施工生活區(qū)設(shè)置在站外臨時占地的，不需要剝離。進站道路為永久占地，路基處理過程會嚴重破壞土壤結(jié)構(gòu)層次，擾動強度大，施工前應(yīng)剝離表土，用于后期道路綠化。進站管線主要擾動過程為管溝土體的開挖、回填，只要嚴格按照開挖土方分層分別堆放，再順序回填的方法施工，對表土基本不產(chǎn)生破壞，因此不需要單獨剝離。鐵塔架立作為輸電線路工程

15、的主體，塔基區(qū)占地是永久性的，工程完工后塔基區(qū)占地將變?yōu)楣苍O(shè)施用地，其原有土地利用功能將不可恢復(fù)。塔基區(qū)占地面積約，施工擾動方式以挖損為主，基礎(chǔ)施工前先開挖基坑土方，待灌漿后再回填，土石方工程量根據(jù)塔型及基礎(chǔ)型式不同從到不等。區(qū)域內(nèi)土層結(jié)構(gòu)遭到徹底破壞，對土地擾動程度劇烈，因此塔基區(qū)需剝離表土、集中堆放并布設(shè)臨時防護措施，施工結(jié)束后回覆地表，以利于后期植被恢復(fù)或復(fù)耕。在修建鐵塔和線路過程中，沿線需要設(shè)置大量的施工生產(chǎn)區(qū)，包括鐵塔四周的塔基施工區(qū)、牽張場地，及當線路與河流或各種工程設(shè)施有交叉跨越時設(shè)置的跨越區(qū)等。其中塔基施工區(qū)主要用于施工材料及開挖土方的堆放、加工，同時亦是施工人員主要的活動場

16、所，面積一般為。對土地的破壞形式主要為壓占，無挖損破壞，僅在丘陵山區(qū)需要對場地進行粗平整時會產(chǎn)生少量的土石方，對地表土壤的影響主要表現(xiàn)在土壤緊實度提高、物理性質(zhì)惡化方面。牽張場地占地面積一般為，主要停放各種牽引機械。施工人員來回走動及牽引機械會擾動和壓占土地，同時為方便牽引，在牽張場地四周開挖地錨坑，以固定牽引裝置。因此牽張場地對土地的破壞形式主要為壓占，會嚴重影響區(qū)域內(nèi)土壤緊實度，并伴隨少量挖損，土石方量較小，約，擾動強度相對較弱。跨越區(qū)占地一般，在區(qū)域內(nèi)架設(shè)跨越架施工，擾動方式與塔基施工區(qū)相似，以占壓為主，主要影響土壤物理性質(zhì)?？傮w來說，輸電線路施工生產(chǎn)區(qū)施工過程中土石方工程較少，主要對表

17、土產(chǎn)生占壓破壞，擾動強度不大，因此可不剝離表土，在施工結(jié)束后進行場地平整，翻松表層土壤，也可根據(jù)土地恢復(fù)方向采取不同的方式改良土壤。比如，若土地恢復(fù)方向為林草地，則可種植有根瘤菌或其他固氮菌的綠肥植物；復(fù)耕的土地可通過施有機肥、無機肥和種植綠色植物等措施實現(xiàn)土壤培肥。修建施工汽運道路時部分路段需要進行開挖平整以滿足運輸要求，破壞了土壤結(jié)構(gòu)，徹底改變了土壤養(yǎng)分的初始條件，同時施工車輛來回運輸，碾壓地表。對土地的破壞形式是壓占和挖損，擾動強度較大，需剝離表土，施工結(jié)束后進行土地整治，覆表土恢復(fù)植被或復(fù)耕。人抬道路修建時需砍伐沿線植被，破壞水土保持設(shè)施，同時施工人員背扛施工材料來回走動，碾壓地表，但

18、一般擾動持續(xù)時間較短且路面較窄，對地表的破壞較小，因此可不剝離表土，施工結(jié)束后平整、翻松地表。山西省主要的土壤類型有棕壤、褐土、栗鈣土、栗褐土、初育土、草甸土、潮土、沼澤土、鹽土、水稻土十大類。由于成土母質(zhì)、自然環(huán)境、人為干擾強度的不同，各類型土壤表層理化性質(zhì)差異顯著，因此需根據(jù)地表是否有明顯腐殖質(zhì)層或經(jīng)過長期耕作熟化后產(chǎn)生的明顯耕作層、表土有機質(zhì)含量、保水保肥能力等土壤綜合特征，具體分析每類土壤表土剝離適宜性。山西省按水土流失特征可分為晉西黃土丘陵溝壑區(qū)、晉西南黃土殘塬溝壑區(qū)、晉西北黃土丘陵緩坡風(fēng)沙區(qū)、土石山區(qū)、沖積平原區(qū)、黃土丘陵階地區(qū)個區(qū)，每個區(qū)域主要分布的土壤類型都不同，因此每個分區(qū)的

19、可剝離表土分布范圍及位置也不同。晉西黃土丘陵溝壑區(qū)主要土地利用類型為在梁峁坡上大片開墾的旱地和其間間斷分布的退耕或人為破壞后形成的荒草地；其下的土壤主要是黃綿土和栗褐土，在少部分地區(qū)還分布有由于侵蝕切割作用強烈導(dǎo)致下伏紅色風(fēng)化殼裸露后形成的紅黏土及在河流沖積扇上的粗骨土。其中黃綿土、紅黏土、粗骨土等初育土由于侵蝕強烈，土壤處于初步發(fā)育階段，母質(zhì)特征明顯，土壤分層不明顯；栗褐土理化性質(zhì)雖略優(yōu)于初育土，但表層也無明顯熟化層或腐殖質(zhì)層，表土有機質(zhì)含量平均左右，因此這一區(qū)域通常不需要剝離表土。但在沿河流一級階地的狹長地帶分布的小面積耕地，土壤類型一般為潮土，表層有的 耕 作 熟 化 層，有 機 質(zhì) 含

20、 量左右，適宜剝離。晉西南黃土殘塬溝壑區(qū)土地利用類型主要為旱地、林地和荒草地，土壤類型以褐土類為主。林地內(nèi)土壤以褐土性土為主，零散分布有小面積的淋溶褐土，土壤表層有左右的腐殖質(zhì)層和左右的枯枝落葉層，土壤有機質(zhì)含量在以上，其中淋溶褐土有機質(zhì)含量較高，適宜剝離，因此工程施工擾動前應(yīng)剝離表層枯枝落葉層及腐殖質(zhì)層。旱地和荒草地土壤類型主要為褐土性土和石灰性褐土（有機質(zhì)含量左右），表層有左右腐殖質(zhì)層或耕作熟化層，適宜剝離表土。北部靠近黃土丘陵溝壑區(qū)的永和縣等地區(qū)分布有小面積的黃綿土，不需要剝離表土。晉西北黃土丘陵緩坡風(fēng)沙區(qū)內(nèi)主要的土地利用類型為旱地及其中零散分布的荒草地和小片疏林地，在西北角臨近內(nèi)蒙的地區(qū)有小塊零星分布的沙地。土壤類型中面積最大的為淡栗褐土，這類土常年處于風(fēng)、水侵蝕之下，土壤腐殖化過程與土壤侵蝕同時進行，成土過程微弱，母質(zhì)特征較明顯，土壤有機質(zhì)含量左右，不適宜剝離；其間分布有栗褐土，及小面積粗骨土、紅黏土、風(fēng)沙土，均不適宜剝離。僅在一些河流沿岸狹長地帶分布的林地、草地、耕地分布有潮土，擾動前需要剝離左右表土。土石山區(qū)，在海拔以上的山頂平臺、緩坡處分布著高山草甸，土壤類型為亞高山草甸土和山地草甸土，由于氣候濕冷、植被良好，土壤表層積累了大量的有機質(zhì)，含量約，形成了左右的氈狀