高海拔输电线路的冻土工程问题及对策研究

高海拔输电线路的冻土工程问题及对策研究

陆鑫梁蕊

青海送变电工程有限公司810001

摘要：青藏高原地区，±400千伏直流输电线路贯穿其中，冻土及不良冻土现象直接影响到其生存环境。因冻土存在冻胀、融沉及不良冻土等现象，对于输电线路的选线定位，必须要明确冻土工程存在的问题，才能确保输电线路实现全运行。基于此，本文主要论述了高海拔输电线路冻土工程问题与对策相关知识。

关键词：高海拔输电线路；冻土工程问题；对策

引言

近年来，随着社会经济的快速发展，西藏、青海、天山及东北等地区，输电线路工程建设规模不断扩大，而在我国这些地区多年冻土分布广泛，所以冻害影响输电线路工程问题备受关注。

1、高海拔输电线路冻土工程问题分析

作为一种特殊化的岩土体，相较之非冻土，冻土成分、结构、热物理与物理力学等方面有明显的特点，对输电线路会造成直接或间接性危害。在输电线路工程建设中，输电线路冻土工程影响主要体现为以下几方面：

1.1冻融性问题

作为一种土体介质，能够敏感的感受到冻土温度，地下冰资源丰富，水分迁移并发生相变变化。所以，相较之瞬时强度，冻土是会流变的，长期处于弱强度条件下，会出现融化下沉与冻胀问题。基于此种条件下，所以冻土区建造构筑物工程时，存在冻胀与融沉两大工程问题。结合冻土区输电线路实际运行情况，现阶段融沉造成的杆塔失稳现象比较少见，冻胀病害问题日益突出。比如，东北大庆110kv龙任线29号杆与220kv奇让线17号塔杆，因地基出现冻胀使得基础稳定性降低，造成倒塔及倒杆等各类安全事故。再例如1997年建成并运行的220kv海拉尔-牙克石输电线路项目，到2003年，东大泡子N29号塔灌注桩周围因发生冻胀，基础桩桩顶与铁塔出现倾斜，桩梁连接处发生开裂，对线路正常运行造成了严重的影响。例如，66kv伊图里河至阿里河段的输电线路项目，因铁塔设立于强冻胀沼泽与水位较高的山凹处，冻融反复循环，使得杆塔发生严重倾斜，基础向上突起，杆塔主材料弯曲并断裂，直接干扰到线路正常运行。所以，由输电线路损害实例可以发现，冻胀与融沉问题依然是影响其破坏的重要病害，特别是冻胀问题更为突出。

1.2铁塔基础切向变形

其是指斜坡低段输电线路铁塔基础，融冻泥石流与热融滑坍因素的影响，剪切变形发生几率比较大。而冰包裹体、固体矿物颗粒、不冻水与气体等四种不同比例的成分相互连结，冻土形成了不同冷生都早，促使冻土强度与变形有所差异。长时间处于外荷载力作用下，冻土应力出现松弛，达到一定条件后，发生衰减或费衰减蠕变，引起冰粘塑性流动与融化，向低应力区域进行迁移，重新再结晶。土壤颗粒与集合体发生位移，使得彼此间的连接性被破坏，土体结果被弱化，基础受剪出现切向变形问题。一般，斜坡与土丘基础切向变形发生几率较大，必须要表现为：（1）季节性活动层土体冻结时，基础不平衡受力切向冻胀力，导致变形。（2）冻融交替时，随着强度的持续减小，冻土活动层土体流变与长期蠕变出现变形。（3）人工开挖过程中，斜坡土体热平衡被影响，出现滑坍导致基础初选剪应力，形成变形，其可能会引起斜坡塔基出现向下位移或倾斜，必须要注意这一问题。

1.3弧垂与地面间距

相邻两导线悬挂点间，水平与导线最低点间的垂直距离就是弧垂间距。众所周知，青藏高原区域，覆冰是弧垂最大影响因素。结合不同电压等级，假若处于最大弧垂，导线与地面、建筑物、河流、树木、公路铁路及通信管道线路等之间距离有一定的要求。国家相关规定中，±400千伏高压线路与接地体间距超过1米，不良冻土区域有输电线路横跨时，因冻土层下水不急冻胀丘陵或冰锥高度达到十几米，如果其处于导线正下方，导线与地面间的安全距离就会受到影响，所以所选路径与塔基定位过程中，合理选用有效措施抵御不良冻土项目问题，提高线路施工的安全性。

1.4输电铁塔不均匀变形

±400千伏输电线路铁塔因有较大的根开，通常为8-15米，不同冻土地基上4个塔腿分别矗立着。冻土具有分异与复杂性，地段不同，其冻胀与融化特点也不同，比如厚层地下冰与活动断裂部位，如果4个塔腿位于含冰量、冻土岩性、年平均地温与岩体完整性等冻土地段，冻融特点也会明显不同，导致铁塔初选差异性冻胀与下沉融化问题，对线路安全运行造成严重影响。

1.5杆塔档距问题

输电线路项目施工中，规定了杆塔档距要求，其正常运行过程中，为了确保纵向有较低的不平衡张力，一般档距大小悬殊不能太大。但实际施工中，青藏高原地区直流联网输电线路，多年冻土区域有较好的横跨发育，其不良冻土现象有较小的冰锥与冻胀丘等问题，跨越难度低，沼泽湿地与地下厚层冰面积比较大，为冻胀或强冻胀，杆塔档距临界与最大档距范围内，出现不良冻土，从而加大了线路档距设置压力。

2、高海拔输电线路冻土工程问题对策

由上述分析可以发现，多年冻土区域项目性质特殊，线路建设中，相较之常规非冻土其与，出现的项目问题也是不同的，使得无法用非冻土地物思路解决线路工程勘测、设计及施工，以及其它项目问题。所以，工程建设中，深入调研项目所在地地质条件是非常重要的，充分搜集多年冻土区域气象、水文及地质等数据信息，沿线多年冻土区域性质与不良冻土现象分布范围、类型、规模及严重性的研究，了解其对输电线路可能造成的病害，合理选用解决办法，制定行之有效的解决方案。总体而言，项目建设中，要秉承“依照冻土特点、重视高原环境保护、加强保护高原人工安全作业、合理安排施工及科学选用勘探方法”等理念设计项目施工，具体表现为以下几方面：

（1）针对冻土特点，要尽可能做到“选高避低、选阳避阴、选干避湿、选融避冻及选裸避盖”的思路选择施工路径。高地势区域线路通过，而山坡坡脚则不适宜通过线路；线路在山坡中穿越时，通常是阳坡通过，阴坡不适宜通过；干燥且水含量小的区域通过线路，沼泽湿地区域不适宜通过；融区、冻融带与冻土区有线路穿越时，要首选融区；一般情况下，植被裸露地带适宜线路通过，植被覆盖好的区域，一般地下冰发育比较厚，不适宜线路通过。

（2）冻土区域施工过程中，要尽可能不在含冰量较高的冻土区域进行大规模的开挖，以防破坏植被，亦或是因热扰动造成热融滑塌与融冻泥流等问题，沼泽湿地区域不能开展项目活动。

（3）青藏高原地区有很高的海拔，气压高且氧气稀薄，一定程度上加大了人员作业难度，所以输电线路项目建设中，对于高原作业人员，做好生理健康与安全防护是十分必要的。

（4）每年7-9月期间，青藏高原均气温处于0℃以上，适宜开展项目施工，特别是7-8月，气候比较好，因此高原地区输电线路项目施工时，必须要充分考虑高原气候、施工难以性及成功率等因素，在每年7月到初冬时节适宜进行项目施工活动。

结束语

综上所述，因冻土缺乏稳定性，地下冰层厚且含冰量高，占比大，对于气候变暖有敏锐的反映、还有强烈的水热活动等，地基土冻胀与融沉问题发生几率大，冰锥、冻胀丘、地下厚冰层、热融滑塌与湖塘、冻土沼泽及融冻泥石流等不良冻土现象直接影响到其地基稳定性。另外，当前，全球气候变暖问题日益严峻，使得多年冻土区地温也发生了很大的改变，冻土分布规律与特点出现变化，与地温密切相关的多年冻土力学性质土体冻胀、融化压缩、冻结强度、冻结力与承载力、蠕变及冻胀力等发生了很大的改变，此种情况下，输电线路项目施工中，施工难度日益增加。

参考文献

[1]刘万福,曹阳,丛日立,赵明宇,张伟东.我国高纬度多年冻土区电力杆塔常见冻害问题分析及治理措施[J].低温建筑技术,2018,40(10):119-124.

[2]王光丽.高海拔地区电网工程冻土施工技术效果评价研究[D].华北电力大学,2016.

[3]刘占,严福章,吴文祥.谈东北岛状冻土区高压法［J］.科技创新导报,2015，（29）:132-133.