◎本報記者 張 蘊(yùn) 通訊員 董生成

　　青藏高原，平均海拔4000米，這片被稱為“世界屋脊”的土地，多年凍土分布面積約106萬平方公里，是全球中低緯度地區(qū)多年凍土分布最廣泛的地區(qū)。

　　青藏鐵路、青藏公路、青藏聯(lián)網(wǎng)工程的建設(shè)，相繼為青藏高原經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展注入了強(qiáng)大動力。而被譽(yù)為“電力天路”的青藏聯(lián)網(wǎng)工程，途經(jīng)青藏高原大片連續(xù)多年凍土及季節(jié)性凍土地帶565公里，冬季凍脹、夏季融沉的凍土，成為威脅輸電線路安全穩(wěn)定運行的最大隱患。

　　面對困局，及時開展凍土基礎(chǔ)投運后凍土基礎(chǔ)穩(wěn)定關(guān)鍵技術(shù)體系及應(yīng)用研究尤為重要。2月14日，由國網(wǎng)青海電科院牽頭承擔(dān)的《高原凍土地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)失穩(wěn)演化機(jī)制及防控關(guān)鍵技術(shù)》項目通過青海省科技廳專家成果評價。該項目由國網(wǎng)青海電科院、中科院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、國網(wǎng)黑龍江電科院等6家單位自2012年歷時8年聯(lián)合攻關(guān)完成。

　　凍土影響輸電線路穩(wěn)定性

　　青藏聯(lián)網(wǎng)工程的投運，徹底結(jié)束了西藏電網(wǎng)孤網(wǎng)運行和西藏缺電的歷史，為雪域人民送去光明與希望。這項工程跨越大范圍高含冰量多年凍土區(qū)，凍土地基的力學(xué)強(qiáng)度對氣候變化和人為擾動極為敏感。隨著多年凍土區(qū)輸電線路的持續(xù)落地，保障凍土基礎(chǔ)的安全運維、工程的長期穩(wěn)定運行是必須面對的問題。

　　多年凍土與人工開挖基礎(chǔ)的相互作用過程、機(jī)理及其對基礎(chǔ)穩(wěn)定性的互饋關(guān)系、不同凍土地質(zhì)條件下的工程措施對基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響機(jī)制、桿塔基礎(chǔ)變形機(jī)理尚不明確，且在凍土區(qū)桿塔基礎(chǔ)性能檢測、補(bǔ)強(qiáng)措施、環(huán)境保護(hù)、恢復(fù)措施的研究也存在短板。

　　2月24日，國網(wǎng)青海電科院輸電技術(shù)室主管蔣玲在接受科技日報記者采訪時介紹：“高原凍土區(qū)具有空間分布復(fù)雜，對熱擾動、人類工程活動敏感，生態(tài)環(huán)境脆弱等特點。凍土退化、地下冰融化等是凍土區(qū)公路、鐵路、輸電線路等工程基礎(chǔ)病害頻發(fā)的主要原因，但輸電工程的桿塔基礎(chǔ)，是一種點線工程，與公路、鐵路等線性工程有顯著區(qū)別，其基礎(chǔ)與凍土互相作用，次生工程病害或災(zāi)害類型和程度也存在差異。”

　　蔣玲表示，隨著外界環(huán)境變化，凍土中冰體的融化會導(dǎo)致桿塔基礎(chǔ)的快速、極度弱化，對工程穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。以格爾木—拉薩±400千伏青藏聯(lián)網(wǎng)直流輸電工程為例，該線路全長1038千米，沿線平均海拔4650米，最高海拔5300米，是世界上首次在海拔4000米以上地區(qū)建設(shè)的高壓直流輸電線路，是世界上海拔最高、高寒地區(qū)建設(shè)規(guī)模最大、穿越多年凍土區(qū)最長、施工難度最大的輸變電工程。該線路穿越大片連續(xù)多年凍土區(qū)550千米，凍土區(qū)內(nèi)桿塔1207座。由于輸電線路桿塔基礎(chǔ)直接深入多年凍土內(nèi)部，環(huán)境和工程影響直接疊加作用在多年凍土層上，作用過程和影響直接而快捷。同時凍土區(qū)內(nèi)70%桿塔基礎(chǔ)為大開挖式基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)的周圍形成了大量的回填土，由此根本改變了原有凍土層內(nèi)的結(jié)構(gòu)特征、凍融變化過程，使得輸電線路桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性影響因素更為多樣、變化更為復(fù)雜、凍土問題更為突出。

　　面對這些問題，只有通過建立輸電線路沿線典型條件下凍土基礎(chǔ)綜合長期監(jiān)測系統(tǒng)，獲得回填土凍融特性、變化過程等關(guān)鍵數(shù)據(jù)才能對桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性的變化趨勢做出準(zhǔn)確判斷，并對可能出現(xiàn)的工程病害提早做出科學(xué)預(yù)防和診斷。因此，項目研究對保證青藏直流輸電線路的長期安全穩(wěn)定，對建設(shè)世界一流的凍土區(qū)輸電線路都具有重要意義。

　　破解施工、運維等方面難題

　　記者了解到，在此之前，國內(nèi)外相關(guān)研究對復(fù)雜工況條件下的桿塔基礎(chǔ)水熱變化規(guī)律和穩(wěn)定機(jī)制尚不明確，凍土基礎(chǔ)凍融監(jiān)測、預(yù)測困難，并且缺乏桿塔基礎(chǔ)運維成套技術(shù)，嚴(yán)重制約了輸電線路安全運維、桿塔基礎(chǔ)長期穩(wěn)定等關(guān)鍵目標(biāo)的實現(xiàn)。

　　《高原凍土地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)失穩(wěn)演化機(jī)制及防控關(guān)鍵技術(shù)》項目在國內(nèi)外首次獲取了桿塔基礎(chǔ)受力特征，闡明了凍土地基穩(wěn)定性的主要控制因素，掌握了青藏直流線路桿塔基礎(chǔ)總體變形特征；提出了高原凍土地區(qū)桿塔基礎(chǔ)工程“加強(qiáng)凍結(jié)、提升承載力”的設(shè)計及運維新原則。

　　同時，該項目揭示了大孔隙回填土中空氣對流和水分下滲的加速降溫和融化效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了經(jīng)歷凍融循環(huán)后回填土密實度的時空變化規(guī)律，確定了桿塔基礎(chǔ)對凍土的升溫效應(yīng)和熱棒處置措施對凍土的降溫效果。項目研究還構(gòu)建了凍土區(qū)桿塔基礎(chǔ)設(shè)計、建設(shè)及運維保障技術(shù)體系。研發(fā)了熱管性能檢測儀，無動力地降低凍土溫度以提高桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定新技術(shù)，人工凍結(jié)對凍土快速降溫以增強(qiáng)桿塔基礎(chǔ)承載力的新技術(shù)新工法，凍土區(qū)植被移植以保護(hù)凍土新技術(shù)等多項新型技術(shù)。

　　據(jù)悉，這一項目屬于輸變電工程設(shè)計施工與環(huán)保領(lǐng)域，涉及凍土區(qū)域輸電線路桿塔基礎(chǔ)地溫及變形監(jiān)測、回填土回凍過程及工程措施效能檢測、桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析等專業(yè)，是圍繞多年凍土區(qū)桿塔基礎(chǔ)長期穩(wěn)定性開展的綜合性研究課題，由國家自然科學(xué)基金和國家電網(wǎng)公司科學(xué)研究項目共同支持。項目從輸電線路基礎(chǔ)對多年凍土的水熱擾動、基礎(chǔ)變形機(jī)理和穩(wěn)定性變化趨勢等方面開展了關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建了高原凍土區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)運維指導(dǎo)原則，研發(fā)了新型修筑關(guān)鍵技術(shù)和病害防控技術(shù)，取得了一系列世界原創(chuàng)性成果，標(biāo)志著在高原凍土區(qū)桿塔基礎(chǔ)施工、運維和監(jiān)測預(yù)警評估領(lǐng)域突破了技術(shù)障礙，項目成果整體達(dá)國際領(lǐng)先水平。

　　輸電工程實現(xiàn)長期安全運行

　　“以上研究在國內(nèi)外同類研究中尚屬首次，為確保高原凍土地區(qū)輸電工程的長期安全運行提供了重要科技保障，填補(bǔ)了高海拔凍土地區(qū)超特高壓輸電線路基礎(chǔ)穩(wěn)定技術(shù)研發(fā)多項空白，極大地提升了我國高海拔多年凍土區(qū)電力工程建設(shè)水平，為我國乃至世界高海拔凍土區(qū)工程建設(shè)發(fā)揮引領(lǐng)示范和強(qiáng)勁推動作用?！眹W(wǎng)青海電科院總工程師李春來向科技日報記者表示。

　　李春來介紹，目前隨著輸電線路的安全穩(wěn)定運行，項目的社會和經(jīng)濟(jì)效益凸顯。項目首次全面建立了高原多年凍土區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)綜合監(jiān)測體系，系統(tǒng)獲取桿塔基礎(chǔ)在施工、運維等關(guān)鍵階段和節(jié)點的科學(xué)數(shù)據(jù)，為±400千伏青藏直流輸電線路穩(wěn)定性運行維護(hù)提出50余條建議，有效排除潛在凍土基礎(chǔ)隱患對線路穩(wěn)定性的影響。給出了氣候變暖條件下高原凍土區(qū)桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性補(bǔ)強(qiáng)措施，為多條凍土區(qū)線路提供了整治參考，有效排除可能潛在凍土工程隱患對輸電線路桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響，避免了線路因凍土工程隱患導(dǎo)致故障停運。項目還研制了高原植被快速恢復(fù)新技術(shù)，有效恢復(fù)了青藏聯(lián)網(wǎng)工程桿塔基礎(chǔ)植被，為青海省落實好保護(hù)好地球第三極生態(tài)，承擔(dān)維護(hù)生態(tài)安全、保護(hù)三江源、保護(hù)“中華水塔”的重大使命提供了科學(xué)支撐。

　　目前，這一項目已在國內(nèi)高海拔凍土區(qū)輸電線路設(shè)計、建設(shè)及運維中成功應(yīng)用，有力保障了青海、西藏等地區(qū)國家重大電力工程的長期穩(wěn)定運行，提升了我國凍土區(qū)電力工程建設(shè)水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。借鑒青藏直流輸電線路成功經(jīng)驗，基于桿塔基礎(chǔ)地溫監(jiān)測、回填土檢測、沉降變形觀測等方面的系統(tǒng)研究成果，項目為青海玉樹與主網(wǎng)330千伏聯(lián)網(wǎng)工程、果洛聯(lián)網(wǎng)工程項目沿線凍土區(qū)桿塔基礎(chǔ)選型、桿塔基礎(chǔ)防沉降、凍脹施工設(shè)計等提供了科學(xué)依據(jù)，有效減少了線路因凍土工程設(shè)計、施工隱患導(dǎo)致的后期維護(hù)改造及線路故障停運，累計挽回直接經(jīng)濟(jì)損失超3億元。

　　不僅如此，面對覆蓋多地的凍土區(qū)，該項目成果將在青藏高原、我國東北地區(qū)、尼泊爾高原等地“大顯身手”。下一步，青海電科院將協(xié)調(diào)各聯(lián)合單位，實時更新補(bǔ)充數(shù)據(jù)，共享相關(guān)經(jīng)驗，進(jìn)一步提升凍土地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)失穩(wěn)防控工作質(zhì)效。