陳湘蓉

摘要：風(fēng)能是重要的可再生的清潔能源，在我國(guó)有著廣泛的應(yīng)用。山地風(fēng)能充沛，因此風(fēng)電場(chǎng)多建于山地。在山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中，如何設(shè)計(jì)建設(shè)能夠滿足超大風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸要求的道路是關(guān)鍵。相較于普通道路工程，山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程在平、縱、橫設(shè)計(jì)方面都有著更高的要求，為保證山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程質(zhì)量，應(yīng)結(jié)合山地風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備運(yùn)輸需求做好道路工程設(shè)計(jì)?；诖?，分析了山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)問(wèn)題，并結(jié)合實(shí)例探究山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：山地風(fēng)電場(chǎng)? 道路工程? 設(shè)備運(yùn)輸? 平曲線指標(biāo)

Research on the Problems of the Road Engineering Design of Mountain Wind Farms

CHEN Xiangrong

（China Gezhouba Group Electric Power Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei Province， 430000 China）

Abstract： Wind energy is an important renewable and clean energy source， and it is widely used in China. There is abundant wind energy in mountainous areas， so wind farms are mostly built in mountainous areas. In the process of constructing mountain wind farms， the key is how to design and construct roads that can meet the transportation requirements of ultra-large wind power equipment. Compared to ordinary road engineering， road engineering for mountain wind farms has higher requirements in terms of horizontal， vertical and horizontal design. To ensure the quality of road engineering for mountain wind farms， it is necessary to do a good job in road engineering design in combination with the transportation needs of mountain wind farm equipment. Based on this， this article analyzes the characteristics and design issues of road engineering for mountain wind farms， and explores the design methods of road engineering for mountain wind farms in combination with examples.

Key Words： Mountain wind farm; Road engineering; Equipment transportation; Horizontal curve indicator

近年來(lái)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展，山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)數(shù)量與規(guī)模也在不斷增加。目前我國(guó)已建成的山地風(fēng)電場(chǎng)主要集中在灘涂、平原以及山地地區(qū)，對(duì)于山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)而言，為了滿足相關(guān)材料與風(fēng)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)輸需求，需要在山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的同時(shí)修建相應(yīng)的道路。山地樹木茂盛、地勢(shì)較高、地形復(fù)雜，這些都給山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。應(yīng)結(jié)合具體的地形地貌以及風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)需求做好山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)，助力風(fēng)電場(chǎng)的高效建設(shè)與高效運(yùn)行^[1]。

1山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程的特點(diǎn)

1.1造價(jià)高且工程量估算難度大

因山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高以及施工難度大，因此工程造價(jià)相對(duì)較高。山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程每公里平均造價(jià)為100萬(wàn)元左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通道路工程造價(jià)。另外由于不同的山地風(fēng)電場(chǎng)涉及的地形地貌不同，使得不同的山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程量也存在較大的差異，因此估算工程量難度大。山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程工期要求比較嚴(yán)格，有時(shí)為了追求工期會(huì)在未經(jīng)地質(zhì)詳勘的情況下進(jìn)行招投標(biāo)以及施工。由于對(duì)工程所在地的地質(zhì)條件了解不全面，也會(huì)導(dǎo)致難以準(zhǔn)確估算工程量^[2]。

1.2技術(shù)要求特殊

山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程不僅所處的地形地貌復(fù)雜，而且主要用于運(yùn)輸風(fēng)電機(jī)組設(shè)備，涉及的運(yùn)輸車輛普遍具有超重、超長(zhǎng)、超寬的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合這些特點(diǎn)與實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。以2 MW機(jī)組葉片為例，在運(yùn)輸過(guò)程中要求車板寬度為3 m，葉片尖部與車頭之間的距離不小于50 m，在機(jī)艙運(yùn)輸過(guò)程中，車輛與運(yùn)輸?shù)呢浳镏g的總重量可達(dá)100 t左右。而為了滿足運(yùn)輸需求，則應(yīng)對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

1.3對(duì)后續(xù)工程影響大

在山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中，道路工程是整個(gè)山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)工程施工的首要環(huán)節(jié)，需要完成道路工程建設(shè)才能保證山地風(fēng)電場(chǎng)后續(xù)其他工程建設(shè)的順利開展，同時(shí)道路工程的施工效率與施工質(zhì)量會(huì)對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)后續(xù)的建設(shè)產(chǎn)生重要影響。這既是道路工程建設(shè)重要性的體現(xiàn)，也是山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程的主要特點(diǎn)^[3]。

2山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程問(wèn)題

2.1風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸要求高

為風(fēng)機(jī)設(shè)備提供運(yùn)輸條件是山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程的主要功能，風(fēng)機(jī)設(shè)備的重量與尺寸較大，因此對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)道路也有著較高的要求，相應(yīng)的設(shè)計(jì)難度也更高。目前我國(guó)山地風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)容量常見的包括1.5 MW、2.0 MW以及2.5 MW，其中2.0 MW的使用得最為廣泛，2.0 MW的風(fēng)機(jī)塔筒的寬度超過(guò)4 m（如圖1所示），塔筒最下節(jié)的重量為80 t左右，風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度大于40 m，風(fēng)機(jī)機(jī)艙重量為80 t左右。由此可見，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)設(shè)備比較特殊，普通的運(yùn)輸車輛以及道路無(wú)法滿足風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸需求，因此風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)道路有著較高的要求，同時(shí)也會(huì)對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)^[4]。

2.2設(shè)計(jì)影響因素多

相較于平原地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)道路，山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程面臨的環(huán)境條件更加復(fù)雜，因此會(huì)給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)更多的影響因素。山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)面臨著更加復(fù)雜的地形、地質(zhì)以及環(huán)境，要想滿足風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸要求，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮多方面的影響因素。以進(jìn)場(chǎng)道路為例，在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要確保交通便利，而且還要綜合考慮運(yùn)輸便捷、施工建設(shè)方便，同時(shí)還要考慮到山地風(fēng)電場(chǎng)投運(yùn)后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)需求等。除此之外，山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)考慮環(huán)保與生態(tài)問(wèn)題，盡量減少對(duì)生態(tài)造成的破壞以及對(duì)環(huán)境造成的污染，并且還要盡量做到就地取材，以便降低山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程建設(shè)成本^[5]。總之山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)會(huì)受到多方面因素影響，相較于普通道路工程，山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)的難度更高。

3山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程技術(shù)指標(biāo)

3.1平曲線指標(biāo)

3.1.1平曲線最小半徑與彎道加寬值

以湘電XE105-2000塔筒運(yùn)輸車輛為例，該車輛的外輪廓最寬可達(dá)4.4 m，在山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，路面寬度在不包含路肩的情況下應(yīng)為5 m（b）。不考慮葉片挑空長(zhǎng)度的情況下，特種運(yùn)輸車輛的長(zhǎng)度為最長(zhǎng)塔筒運(yùn)輸車d取30 m。

公式中：e為曲線內(nèi)側(cè)加寬取值；d為運(yùn)輸車輛控制長(zhǎng)度內(nèi)彎曲時(shí)為全部尺寸，外彎時(shí)除去挑空長(zhǎng)度；R為道路中心線曲線半徑；Rb為道路路面外邊緣半徑；Rn為道路路面內(nèi)邊緣半徑；b為道路直線段路面設(shè)計(jì)寬度。

3.1.2最小半徑與平面曲線彎道加寬值

在山地風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)確保最小轉(zhuǎn)彎半徑大于運(yùn)輸車輛車長(zhǎng)的50%，最小極限轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)為20 m。由于山地風(fēng)電場(chǎng)道路路面外側(cè)會(huì)設(shè)置排水溝或者土路肩，排水溝與土路肩的寬度均為0.5 m，在對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)道路平曲線加寬取值時(shí)，應(yīng)在計(jì)算值的基礎(chǔ)上減小0.5 m。以XE105-2000kW機(jī)型山地風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆吩O(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)平曲線加寬值，詳見表1。

3.2山地風(fēng)電場(chǎng)道路縱斷面設(shè)計(jì)指標(biāo)

3.2.1最小坡長(zhǎng)與最小豎曲線半徑

山地風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備運(yùn)輸車輛行進(jìn)速度普遍較低，通常不會(huì)高于每小時(shí)15 km，因此在山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及的最小坡長(zhǎng)與最小豎曲線半徑取值可以直接忽略車速，以確保運(yùn)輸車輛不托底以及運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備不碰觸地面為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)。相較于普通平板車，特種運(yùn)輸車的車長(zhǎng)相對(duì)更小，因此在應(yīng)用特種運(yùn)輸車運(yùn)輸風(fēng)機(jī)設(shè)備的情況下，涉及的限制條件相對(duì)更加寬松。設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合特種運(yùn)輸車的尺寸，確定最小坡長(zhǎng)為60 m。最小豎曲線半徑為200 m。

3.2.2最大縱坡

山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程的主要職責(zé)便是為風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸服務(wù)，而在眾多風(fēng)機(jī)設(shè)備中，機(jī)艙的重量最大，因此在山地風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)過(guò)程中，最大縱坡應(yīng)滿足機(jī)艙運(yùn)輸需求，最大縱坡取值不僅要考慮機(jī)艙重量，而且還要綜合考慮道路阻力以及空氣阻力等方面因素。要確保運(yùn)輸車輛的驅(qū)動(dòng)力小于車輪與路面之間的摩擦力，同時(shí)大于各種阻力之和，這樣才能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)輸。通常情況下山地風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)中，主干道最大縱坡應(yīng)采用14%，支路或者特殊路段可以將最大縱坡增大至18%，并借助瀝青路面或者混凝土路面來(lái)提升輪胎與路面之間的摩擦力^[6]。

4山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)

4.1工程概述

本文以某山風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)為例，某山風(fēng)電場(chǎng)坐落于湖南省境內(nèi)，是典型的南方山地風(fēng)電場(chǎng)。場(chǎng)區(qū)規(guī)劃面積為9.9 km²，所處山地不僅地勢(shì)高，而且起伏大。某山風(fēng)電場(chǎng)計(jì)劃安裝1臺(tái)單機(jī)容量為1 500 kW的機(jī)組與24臺(tái)單機(jī)容量為2 000 kW的機(jī)組，風(fēng)機(jī)輪轂高度為80m。某山電廠施工周期為12個(gè)月，工期比較緊張。結(jié)合山地風(fēng)電場(chǎng)所在地的地形地貌特點(diǎn)，決定采用特種車運(yùn)輸風(fēng)機(jī)設(shè)備，因此在山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合特種車運(yùn)輸要求制定相應(yīng)的山地風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)方案。

4.2確定山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

4.2.1風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)

某山風(fēng)電場(chǎng)選用南車WT2000D110H80機(jī)組，輪轂高度為80 m。風(fēng)機(jī)設(shè)備中寬度最大的為第一節(jié)塔筒，長(zhǎng)度最長(zhǎng)的為風(fēng)機(jī)葉片，重量最重的為機(jī)艙。具體參數(shù)如表2所示。

4.2.2道路主要技術(shù)指標(biāo)

結(jié)合某山風(fēng)電場(chǎng)所在地的地形地貌以及風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)確定山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程主要技術(shù)指標(biāo)。具體如表3所示。

4.3道路選線設(shè)計(jì)

4.3.1路線布設(shè)原則

首先，由于運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)機(jī)設(shè)備長(zhǎng)度較大，在線路布設(shè)過(guò)程中應(yīng)確保線路平面轉(zhuǎn)彎半徑滿足實(shí)際運(yùn)輸需求。另外避免采用連續(xù)長(zhǎng)距離陡坡形式，以免影響行車的安全性。將縱坡控制在14%以內(nèi)，針對(duì)坡長(zhǎng)限制較大的情況，應(yīng)在中間設(shè)置相應(yīng)的緩和坡段，緩和坡段的坡度應(yīng)控制在5%以內(nèi)，以此來(lái)保障行車安全。其次，線路布設(shè)過(guò)程中應(yīng)盡量保持路線平直，以便縮短里程。這不僅有助于降低山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程建設(shè)成本，同時(shí)還有助于降低后續(xù)的運(yùn)輸成本，并且可以減少山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成的破壞。最后路線布設(shè)過(guò)程還應(yīng)盡量避開不良地質(zhì)區(qū)域，以免影響山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程質(zhì)量和增加施工難度。

4.3.2場(chǎng)內(nèi)道路選線

某山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)分布于山脊或者山頂之上，風(fēng)機(jī)布置范圍廣，并且比較分散，風(fēng)機(jī)之間的高差較大，因此場(chǎng)內(nèi)道路路線規(guī)劃難度大。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部分布著部分森林防火通道與鄉(xiāng)村道路，在場(chǎng)內(nèi)道路選線過(guò)程中充分利用場(chǎng)內(nèi)既有道路，并對(duì)其進(jìn)行截彎取直以及擴(kuò)寬處理，使其能夠滿足風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸需求。通過(guò)這種方式既能降低山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程的工程量，也能減少對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成的破壞。結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃方案以及風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸需求，決定在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部設(shè)計(jì)3條主干道，其中涉及既有道路改造長(zhǎng)度為13.6 km，新建道路長(zhǎng)度為25.6 km。

4.4路基路面工程設(shè)計(jì)

4.4.1路基設(shè)計(jì)

路基開挖坡度為1∶0.5，第二級(jí)邊坡坡度為1∶0.75，邊坡挖方高度為10 m，同時(shí)設(shè)置2 m寬的馬道。路基填方邊坡開挖邊坡高度應(yīng)小于設(shè)計(jì)挖方邊坡高度，路基填方第一級(jí)邊坡采用1∶1.2，第二級(jí)采用1∶1.5，主要應(yīng)用石方回填，同時(shí)設(shè)置1 m寬的馬道。如果以土方回填為主，則路基填方第一級(jí)邊坡采用1∶1.5，第二級(jí)采用1∶1.75。路基設(shè)計(jì)中除了確定路基開挖坡度與路基填方坡度之外，還要明確路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)以及壓實(shí)度（如表4所示）。

4.4.2路面設(shè)計(jì)

路面由級(jí)配碎石基層與泥結(jié)碎石面層構(gòu)成，前者厚度為8 cm，后者厚度為10 cm。針對(duì)必經(jīng)的鄉(xiāng)村水泥混凝土路段，盡量減少對(duì)原有路面的破壞，設(shè)計(jì)中只對(duì)那些不符合風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸要求的彎道進(jìn)行了加寬處理，其他部分依然保持原貌。

4.5路基路面排水與防護(hù)工程設(shè)計(jì)

4.5.1路面路基排水

針對(duì)彎道加寬部分，根據(jù)2%的橫坡排除路面積水，并將積水引向排水溝或者邊溝。在排水設(shè)計(jì)方面，針對(duì)挖方路段在填方路基以及路線兩側(cè)設(shè)置邊溝，保障路基排水效果。除此之外還要合理設(shè)置截水溝，截水溝應(yīng)設(shè)置在開口線外側(cè)2m的位置，借助截水溝阻擋坡面水流，并將其引向附近沖溝。設(shè)置截水溝能夠?qū)﹂_挖坡面起到有效的保護(hù)作用，避免其在水流的沖刷作用下被破壞。

4.5.2路基防護(hù)

某山風(fēng)電場(chǎng)道路工程采用設(shè)置擋土墻的方式對(duì)路基起到保護(hù)作用，借助擋土墻設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)路肩、路堤擋墻，同時(shí)為節(jié)約山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程造價(jià)，采用M7.5漿砌片石砌筑擋土墻。

5 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)能是清潔的可再生資源，在能源短缺以及環(huán)境污染日益加劇的背景下，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。道路工程是山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，但受山地地形復(fù)雜以及風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸難度大等方面因素的影響，使得山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，需要做好山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程設(shè)計(jì)，保證山地風(fēng)電場(chǎng)道路工程質(zhì)量，滿足相關(guān)風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸需求，助力山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)。

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