摘要：±500kV直流输电线路从青藏高原整体横穿，难免有冻土及不良冻土现象。因为冻土存在不良特性，包括冻胀与融沉等，所以为确保输电线路运行的安全性，在选择路线之前必须充分了解线路穿越范围内的冻土问题。
关键词：高海拔；输电线路；冻土工程；解决对策
引言：针对冻土而言，主要包括两个主体，一是土体，二是岩石，其温度小于等于零，且有一定的含冰量。而我国的冻土类型可分为两种，一种是高纬度多年冻土，另一种是高海拔多年冻土。前者主要在大小兴安岭，后者则存在于青藏高原等地区。因为将要开展施工的±500kV直流联网工程从青藏高原横穿，这一带具有高海拔多年冻土，所以要确保线路选择及运行等的安全，必须全面探究输电线路建设中的冻土问题。
一、输电线路的生存环境
1.沿线冻土类型及分布
调查表明，±500kV直流联网工程输电线路穿越了季节性冻土、岛状多年冻土及连续多年冻土等类型冻土地段。其中格尔木至西大滩地段为季节性冻土区；西大滩至安多为连续多年冻土区，长约550km。且该段高含冰量冻土约占总长的40%；安多至那曲为岛状多年冻土区。调研资料显示，多年冻土区，线路通过高温极不稳定区约199.7km，占多年冻土区总长的36.6%；高温不稳定区约74.5km，占总长的13.6%；低温基本稳定区约110.7km，占总长的20.3%；低温稳定区约59.7km，占总长的10.9%；融区约101.7km，占多年冻土区总长的18.6%。由此可见，在线路穿越的多年冻土区，大致有50%的里程是高温不稳定及极不稳定区。这些区域由于地温高、含冰量大，对温度的变化敏感，冻土的稳定性差，易扰动，将对线路路径优化，尤其是塔基的科学定位带来巨大挑战。
2.不良冻土现象
不良冻土现象可理解为与冻土作用直接相关的不良地质现象，是冷生作用的结果即在寒冷气候环境下，由岩土中水分的冻结与负温条件下温湿变化而产生的应力，引起水分迁移、冰的形成及融化、岩土变形及位移，沉积物的改造等一系列过程及其伴生的各类地貌形态和地表变形现象。在高原腹地区冻土现象极为发育，是引起大量冻融病害的主要因素。其类型主要以厚层地下冰、冰椎、冻胀丘、融冻泥流、热融滑坍、热融沉陷、沼泽湿地等湿地等与热融作用相关，而厚层地下冰、冰椎、冻胀丘、冰幔等是冻结作用的结果。分析可知，青藏高原不良冻土现象是一定气候、地形、岩性、水分等自然因素综合作用的产物，复杂多变的自然条件决定了青藏高原多年冻土区不良冻土现象的种类繁多。
二、冻土区输电线路的主要工程问题
1.冻融问题
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，水分产生迁移并具有相变变化特征，因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征，并具有融化下沉性和冻胀性。这些特性造成了在冻土区修筑工程构筑物时，将面临两大工程问题，即冻胀和融沉问题。由冻土区输电线路的运行情况来看，目前融沉引起的杆塔失稳问题并不多，而冻胀病害却尤为突出。如东北大庆地区110kV龙任线29号杆、220kV奇让线17号塔和二火线273号杆等多个塔位，均由于地基土冻胀使基础失稳而发生过倒塔和倒杆事故；又如海拉尔—牙克石220kV 送电线路工程于1997年底建成投产，到2003年时，位于东大泡子附近的N29号塔灌注桩基础因冻胀导致桩顶与铁塔倾斜、联梁与桩身联结处开裂，影响了线路的正常运行；再如伊图里河—阿里河66kV的输电线路，位于强冻胀的沼泽地及山凹地下水位较高地区的铁塔，由于受冻融循环的反复作用，使杆塔严重倾斜，基础向上拱起，铁塔主材弯曲断裂，严重影响了线路的正常运行。因此，从输电线路破坏实例来看，冻胀、融沉问题仍然是其破坏的主要病害，尤其是冻胀问题更得严加防范。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.切向变形问题
就切向变形来讲，在斜坡地段，因为融冻泥流等各种不良冻土所引发的铁塔基础剪切变形。冻土中存在固体矿物颗粒、气体、冰包裹体以及未冻水，四种物质所占比重不同，且相互之间产生一定联系，由此构成各类冻土冷生构造，进而导致冻土在强间作用之下，发生应力松弛现象，而且出现衰减与非衰减蠕变，不仅使冰产生粘塑流动，也使其发生一定数量的融化，逐渐迁移到应力较低的地区，重新进行结晶。同时土颗粒与集合体也进行了一定位移，破坏颗粒之间存在的联接关系，降低土体结构强度，出现基础受剪的切向变形。一般该现象出现于斜坡等地段，其表现主要有三种。其一，在季节活动层中，当土体开始冻结时，未达到均衡要求的切向冻胀力作用于基础，使其发生变形。其二，在冻融交替的整个过程中，冻土是很长一段时间中不断减小强度，在活动层中的土体出现流变现象，或者是长期存在蠕变现象，进而引发的变形。其三，在人工开挖施工过程中，作用于斜坡土体，对其热平衡造成干扰，导致滑塌现象出现，由此将剪应力施加于基础上，引发变形。
3.弧垂与地面距离问题
弧垂所指的是，主要在与导线相邻的两个悬挂点上，于两者间所形成的水平连线和导线最低点之间的垂直距离。通常覆冰为青藏高原上对弧垂产生最大影响的因素。以电压等级之间的差异为依据，在弧垂达到最大值时，对导线和地面、通信线以及建筑物等之间形成的最小距离均提出相应要求。当前国家针对供电制定了相应规范，对于500KV高压线路和接地体之间的距离提出一定要求，必须在1米以上。在输电线路从不良冻土穿越时，因为冻土层水补给冰锥等可高达数十米，在处于导线正下方的时候，会对导线和地面之间应保持的安全距离产生较大影响。所以，在选择具体路径以及进行塔基的定位时，需要运用科学有效的对策，以避免不良冻土对线路安全产生影响。
三、工程对策
1.基于冻土特性采取对策
就冻土特性而言，应做到“选高不选低、选阳不选阴、选干不选湿、选融不选冻、选裸不选盖”的路径选择思路。即：线路宜选择在地势相对较高的地方通过，而不宜在山坡坡脚通过；当线路穿越山坡时，一般选择在阳坡通过，而不宜选择在阴坡；线路应选择在干燥、含水量少的地方通过，而不宜在沼泽湿地通过；当线路穿越融区、冻融过渡带及冻土区时，尽量选择在融区通过；线路一般穿越植被裸露的地段，植被覆盖度好的地段往往厚层地下冰发育，不宜通过。
2.避免高寒冰量冻土地段大范围开挖
冻土区施工应做到尽量避免在高含冰量冻土地段大范围开挖，避免对植被破坏，避免由于热扰动使热融滑塌及融冻泥流等产生，严禁在沼泽湿地开展工程活动等。
3.在线路全防护
青藏高原由于海拔高、气压低、缺氧严重，给人工作业造成了极大的挑战，因而，在线路全防护措施。
4.合理选择施工时间
每年的7月至9月，气候恶劣的青藏高原上平均气温能保持在0℃以上，是有效施工期中的黄金季节，尤其是7～8月更是一个“气候宜人”的好季节。因此，高原施工在综合考虑高原气候、施工难易度及施工成功率等情况下，建议在每年7月份至初冬这段时间施工为宜。
结语：综上所述，本文阐述了高海拔冻土地区输电线路生存条件，分析了在该地区具体输电线路施工中出现的问题，并且提出了相关工程对策。
参考文献：
[1]黄文芳，李畅，马宇，李惠民.高海拔多年冻土调查方法及分布模型研究进展[J].人民长江，2017，48（S2）：123-128.
[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]严福章，李鹏，程东幸.高海拔多年冻土区基础工程主要工程问题及对策[J].中国电力，2012，45（12）：34-41.
论文作者:肖勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/3
标签：冻土论文; 线路论文; 青藏高原论文; 多年论文; 现象论文; 工程论文; 不良论文; 《电力设备》2019年第3期论文;