山地風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)要素分析

史東瑞

(中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)一步深化，新能源的占比持續(xù)增加。作為新能源的重要組成部分，風(fēng)力發(fā)電蓬勃發(fā)展，截至2021年8月底，全國發(fā)電裝機(jī)容量22.8億kW，其中風(fēng)電裝機(jī)約3.0億kW，同比增長(zhǎng)33.8%，可見風(fēng)電在碳中和目標(biāo)中有著不可低估的潛力。為最大限度利用風(fēng)資源，很多陸上風(fēng)電選址在丘陵、山區(qū)，風(fēng)機(jī)多位于山脊或山脈頂部，布置較為分散，需要大量的施工檢修道路聯(lián)絡(luò)，但受到丘陵、山區(qū)特定地形地質(zhì)、費(fèi)用、工期、當(dāng)?shù)赝恋卣叩葪l件限制，風(fēng)場(chǎng)道路設(shè)計(jì)指標(biāo)多采用臨界值，線形條件差，安全設(shè)施缺失，交通事故時(shí)有發(fā)生。

為從根本上提升山地風(fēng)電場(chǎng)道路的安全水平，本文吸收相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和公路安全改善技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合山地風(fēng)電場(chǎng)道路特點(diǎn)，篩選出針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)道路的風(fēng)險(xiǎn)要素，在設(shè)計(jì)中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)隱患采取“主動(dòng)”預(yù)防和適當(dāng)容錯(cuò)措施，必要時(shí)輔以“被動(dòng)”的防護(hù)措施，同時(shí)提出施工和運(yùn)行安全過程的風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)，以期全方位提高風(fēng)電場(chǎng)道路交通安全水平。

1 山地風(fēng)電道路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的風(fēng)險(xiǎn)要素

風(fēng)電道路交通量小、設(shè)計(jì)車速低、交通組成單一，參照2015版《公路安全生命防護(hù)工程實(shí)施技術(shù)指南(試行)》[1]，結(jié)合人、車、路、環(huán)境、交通管理[2]五要素，秉承事前預(yù)防的原則，對(duì)篩選后的風(fēng)電場(chǎng)道路的風(fēng)險(xiǎn)要素，主要包含道路幾何線形、路側(cè)危險(xiǎn)、路面狀況、交通環(huán)境等，逐一進(jìn)行分析。

1.1 山地風(fēng)電道路幾何線形

山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)檢修道路受地形地質(zhì)、工期、用地以及投資的影響，幾何線形普遍較差，存在車道寬度小、縱坡大、平曲線半徑小、平縱組合及交叉口線形不良等問題。

1.1.1 平曲線、縱坡指標(biāo)及平縱組合

表1列舉了不同規(guī)程規(guī)范中對(duì)設(shè)計(jì)車速在15～20 km/h 的道路平曲線半徑、縱坡指標(biāo)及坡彎組合的規(guī)定。

表1 不同規(guī)程規(guī)范15～20 km/h設(shè)計(jì)速度主要平、縱技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

從上表可知，在15～20 km/h的可比設(shè)計(jì)速度下，風(fēng)電場(chǎng)道路平曲線最小轉(zhuǎn)彎半徑大于三、四級(jí)公路的轉(zhuǎn)彎半徑，因山地風(fēng)電場(chǎng)葉片多采用舉升車運(yùn)輸，圓曲線最小半徑按最長(zhǎng)一節(jié)塔筒的運(yùn)輸尺寸設(shè)計(jì)，運(yùn)輸塔筒的特種車輛軸距常接近甚至超過20 m，大于一般車輛，故其圓曲線最小半徑也大于行駛一般車輛的三、四級(jí)公路；風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)最大允許縱坡遠(yuǎn)超三、四級(jí)公路，主要原因是風(fēng)電場(chǎng)道路交通量不足150輛/a，大件運(yùn)輸車輛功率普遍較大(超過300馬力)，且上下坡困難時(shí)可以配備牽引車，故縱坡指標(biāo)較大。

JTGD 20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]與《公路安全生命防護(hù)工程實(shí)施技術(shù)指南(試行)》[4]未明確坡彎組合限制，按合成坡度控制縱坡；NB/T 10209—2019《風(fēng)電場(chǎng)工程道路設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)轉(zhuǎn)向角超過90°的情況有明確的坡彎組合規(guī)定，原因是風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸車輛重量大，急彎陡坡路段易受離心力影響沖出路側(cè)；另外一個(gè)原因是急彎陡坡路段駕駛員視線易被山體邊坡、樹木等阻擋，視距不足易導(dǎo)致交通事故。

其他的不良線形組合包括采用規(guī)范中最大(或最小)值的平縱線形組合不當(dāng)或不協(xié)調(diào)的路段，如連續(xù)下坡或陡坡接彎道。由于風(fēng)電輪轂、機(jī)艙設(shè)備重量超過百噸，陡坡末端接小半徑平曲線時(shí)可能由于車速過快、駕駛員操作失誤等問題造成車輛沖出路面外，若彎道外側(cè)邊坡較高或有水體存在，事故后果嚴(yán)重。

對(duì)于場(chǎng)地受限無法避免不良線形組合的情況，應(yīng)移除彎道內(nèi)側(cè)障礙物，設(shè)置凸面鏡、限速標(biāo)、護(hù)欄，曲線外側(cè)設(shè)置視線誘導(dǎo)等措施，以便于駕駛?cè)苏_判斷道路行駛環(huán)境，避免事故發(fā)生。

另外，山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路豎曲線設(shè)計(jì)應(yīng)合理，否則會(huì)引起掛車托底前后軸車輪架空、葉片刮擦地面的情況，造成設(shè)備損壞甚至人員受傷，豎曲線半徑及長(zhǎng)度應(yīng)滿足NB/T 10209—2019《風(fēng)電場(chǎng)工程道路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，在坡差較大時(shí)，豎曲線半徑及長(zhǎng)度不應(yīng)選取極限值。

1.1.2 橫斷面及圓曲線加寬

風(fēng)電場(chǎng)道路路基寬度通常為5.5～6 m，大件運(yùn)輸車輛車板寬度常在3.2～3.5 m之間，無法滿足錯(cuò)車要求，故在考慮施工平臺(tái)的錯(cuò)車功能后，需每隔500 m設(shè)置錯(cuò)車道；橫斷面設(shè)計(jì)宜以挖方為主，盡量避免陡坡填方以保證路基穩(wěn)定；運(yùn)輸葉片及塔筒的車輛，需要根據(jù)具體的轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸方案及選用車型計(jì)算車道加寬及掃尾、內(nèi)側(cè)侵占等尺寸，除了依據(jù)NB/T 10209—2019《風(fēng)電場(chǎng)工程道路設(shè)計(jì)規(guī)范》提供的計(jì)算理論公式，還應(yīng)充分考慮運(yùn)輸車輛的載重、路基壓實(shí)度、承載力、安全距離等因素，必要時(shí)留有適宜的容錯(cuò)裕度，避免車輪駛出路基造成事故。

1.1.3 交叉口線形

交叉口設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免不良線形，平面交叉口不宜位于小半徑彎道路段、陡坡或陡坡底部，如無法避免，需通過增加平曲線半徑、平面交叉移位、調(diào)整縱坡、設(shè)置標(biāo)志牌等措施改善行車條件，同時(shí)要保證視距，交叉口存在樹木、山體等時(shí)，應(yīng)盡量清除通視三角區(qū)內(nèi)的障礙物，提高交叉口的安全性。

1.2 山地風(fēng)電道路路側(cè)危險(xiǎn)路段

路側(cè)危險(xiǎn)路段包含路肩擋墻段、原地面線陡于1：3的填方邊坡、路側(cè)陡崖或深溝深于4～6 m、路側(cè)常有水體、高速公路或干線鐵路、高壓出線塔、危險(xiǎn)品倉庫等情況。路肩擋墻宜按接近機(jī)艙運(yùn)輸車輛的“掛-120”荷載進(jìn)行擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算，路側(cè)危險(xiǎn)路段應(yīng)設(shè)置護(hù)欄或防撞墩、連續(xù)的石砌擋墻以提供必要的防護(hù)，并設(shè)置警示設(shè)施提醒駕駛員謹(jǐn)慎駕駛，同時(shí)宜適當(dāng)加寬路基，預(yù)留一定的“容錯(cuò)”空間，改善交通安全。對(duì)可能存在滑坡、山石滾落的路段應(yīng)盡量繞避，無法避讓時(shí)設(shè)置警示牌，必要時(shí)加裝主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。

1.3 山地風(fēng)電道路路基路面狀況

路基穩(wěn)定性對(duì)道路交通安全有重大意義，路線應(yīng)繞避滑坡、崩塌等地質(zhì)不良區(qū)域，路基設(shè)計(jì)宜避免高路堤與深路塹，高邊坡、特殊巖土和不良地質(zhì)段路基設(shè)計(jì)，應(yīng)合理確定線位、路基橫斷面形式和邊坡坡率，采取適當(dāng)預(yù)加固措施后方可開挖邊坡。對(duì)原地面線坡度大于1：2.5的陡坡路堤和高度大于20 m高填方路堤應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況、路基邊坡高度、邊坡防護(hù)形式、填料性質(zhì)等因素進(jìn)行穩(wěn)定性核算，同時(shí)完善排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)置截水溝、排水溝和急流槽等排水設(shè)施，避免路基在自重、道路荷載以及雨水沖刷綜合作用下產(chǎn)生滑坡、沉降變形、邊坡坍塌等病害；陡坡上的半填半挖路基，應(yīng)避免薄填土的 “貼皮”和挖方“剝山皮”現(xiàn)象，填挖結(jié)合部存在地下水出露時(shí)應(yīng)設(shè)置必要的地下排水設(shè)施，避免路基遇水軟化失穩(wěn)。

山區(qū)風(fēng)電道路多采用簡(jiǎn)易路面，如泥結(jié)碎石路面、山皮石路面等，風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸車輛如塔筒運(yùn)輸車輛，受公路運(yùn)輸限高控制，運(yùn)輸車輛底盤較低，車輛離地間隙僅100～300 mm，對(duì)路面平整度要求較高；機(jī)艙作為最重件，裝載后總重超過100 t，對(duì)路面的承載力要求很高，需因地制宜選用合適填料填筑路基保證路基填筑質(zhì)量，提高路面強(qiáng)度及平整度。當(dāng)路面縱坡采用臨界值時(shí)，可結(jié)合路基承載力及車輛情況，對(duì)局部路面進(jìn)行硬化以滿足車輛爬坡要求。

1.4 交通環(huán)境

在道路安全評(píng)估模型中，交通環(huán)境包括交通量、運(yùn)行速度和不同車型運(yùn)行速度差、自然環(huán)境等要素，風(fēng)電施工道路如果僅考慮自用，交通量小和運(yùn)行速度差小對(duì)交通安全是有利的，但需要注意部分風(fēng)電場(chǎng)道路除了滿足風(fēng)電設(shè)備安裝檢修之外，還兼顧當(dāng)?shù)夭糠执迕竦母N等出行要求，這部分道路的交通安全要特別考慮，建議適當(dāng)提高線形標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)從源頭上監(jiān)管駕駛?cè)?，?duì)村民進(jìn)行交通安全教育，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)車速行駛，避免惡劣天氣及夜間行駛，部分線形較差不適合一般車輛行駛的道路應(yīng)設(shè)立禁止非施工檢修車輛駛?cè)氲木九疲岣呓煌▍⑴c者的安全意識(shí)，保證出行安全。

2 施工過程風(fēng)險(xiǎn)控制

除了設(shè)計(jì)階段對(duì)線路線形的優(yōu)化及安全設(shè)施的完善，施工質(zhì)量對(duì)道路安全也有著重要的影響。山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路由于施工問題導(dǎo)致的安全事故時(shí)有發(fā)生，風(fēng)險(xiǎn)控制要素主要集中在路基及邊坡、支擋設(shè)施等方面。

2.1 路基路面及邊坡施工

路基是路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，承受路面?zhèn)鱽淼男熊嚭奢d。風(fēng)電場(chǎng)道路多采用碎石或泥結(jié)石路面，路基施工質(zhì)量好壞直接影響道路的安全穩(wěn)定，但填方路基尤其是高填方路基，常存在路基沉降變形、邊坡失穩(wěn)的問題，需要注意基底處理及路基壓實(shí)、填料選擇、坡面防護(hù)及排水。

2.1.1 基底處理及路基壓實(shí)

路基填筑前首先要將基底的植物、腐殖質(zhì)土及淤泥徹底清除，并對(duì)基底進(jìn)行壓實(shí)處理，壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到85%，特殊地段軟弱路基需要按照設(shè)計(jì)要求處理后再填筑。高填方路基應(yīng)及早開工，留出較為充分的沉降時(shí)間；位于斜坡或谷底時(shí)應(yīng)挖臺(tái)階處理；路基應(yīng)分層填筑以保證路基壓實(shí)度，每層填料鋪設(shè)時(shí)應(yīng)超出路堤的設(shè)計(jì)寬度300 mm，以保證刷坡后的路堤邊緣有足夠的壓實(shí)度；提高路基邊緣碾壓遍數(shù)，確保邊緣帶碾壓頻率不低于行車帶[5]，避免車輛駛?cè)脒吘壦缮⒌貛?dǎo)致車輛失穩(wěn)側(cè)翻。

路塹開挖應(yīng)保證邊坡穩(wěn)定，需自上而下開挖，不得掏底開挖，土石方開挖施工時(shí)避免危及山坡或山腳行人和車輛安全。需要爆破施工時(shí)，應(yīng)有專人指揮。

半填半挖路基填方一側(cè)基底為斜坡時(shí)應(yīng)挖橫向臺(tái)階后填筑，滑坡風(fēng)險(xiǎn)地段加強(qiáng)沉降及位移觀測(cè)。

2.1.2 路基填料選擇

優(yōu)先選用集配較好的粗粒土作為填料，填料最大粒徑不超過15 cm；不得直接使用淤泥、高液限黏土、膨脹土填筑路基，不得使用腐殖土等病害土體，保證填料的CBR值，并在最佳含水量±2%時(shí)進(jìn)行分層碾壓。路基受水浸部分應(yīng)采用水穩(wěn)定性好、透水性好的填料，坡比不宜小于1：2，必要時(shí)可設(shè)拋石防護(hù)、石籠或漿砌、干砌護(hù)坡。高填路基應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)邊坡填筑，如果現(xiàn)場(chǎng)條件無法達(dá)到設(shè)計(jì)邊坡要求，應(yīng)采取如反壓護(hù)道、砌筑矮墻、用土工材料包裹等措施。

2.1.3 坡面防護(hù)及排水

施工時(shí)應(yīng)根據(jù)沿線氣候特征，開挖、填方量過大的路段應(yīng)盡量避開汛期施工，路基土石方工程完成后，立即進(jìn)行坡面的保護(hù)。路基施工時(shí)，還應(yīng)修筑好截、排水工程，防止暴雨導(dǎo)致路基填土流失。

2.2 支擋設(shè)施

在地面橫坡較陡且基底存在滑動(dòng)可能或場(chǎng)地受限地段，路基需要采取擋土墻或其他加固措施，較為常見的是漿砌塊石擋土墻。為保證漿砌片(塊)石擋土墻施工質(zhì)量，應(yīng)保證材料合格、測(cè)量放樣準(zhǔn)確、基底地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求、砌體施工符合技術(shù)規(guī)范?；娱_挖要注意天氣，避免下雨導(dǎo)致基坑被泡、地基承載力大幅下降；同時(shí)砂漿拌制要嚴(yán)格控制水泥、砂和水的用量，利用砂漿攪拌機(jī)拌合均勻達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)號(hào)，避免人工拌合不均的現(xiàn)象；擋墻填料應(yīng)選用礫石土或碎石土等透水性材料填筑壓實(shí)，保證泄水孔通暢，避免雨季時(shí)滲入土體的雨水不能及時(shí)排出導(dǎo)致側(cè)壓力增加、擋墻失穩(wěn)垮塌。

2.3 驗(yàn)收

進(jìn)場(chǎng)道路修建完成后、大件運(yùn)輸車輛進(jìn)入前，必須通過聯(lián)合驗(yàn)收，道路建設(shè)單位需要對(duì)驗(yàn)收不合格項(xiàng)進(jìn)行整改。

3 運(yùn)行過程風(fēng)險(xiǎn)控制

除了設(shè)計(jì)、施工階段對(duì)風(fēng)電場(chǎng)施工檢修道路進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，大件設(shè)備運(yùn)輸過程中的各項(xiàng)安全管控同樣重要。

3.1 進(jìn)場(chǎng)道路路勘及運(yùn)輸方案確定

設(shè)備到場(chǎng)前，大件運(yùn)輸單位應(yīng)提前到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行道路勘察，路勘報(bào)告應(yīng)查明道路兩側(cè)的建筑物、固定設(shè)施、電力線路等限制條件，列出大件設(shè)備的重量、尺寸、運(yùn)輸車輛的尺寸以及轉(zhuǎn)彎半徑要求等信息[6]，提出舉升車及拖車對(duì)轉(zhuǎn)向、高度、掃尾及掃空的要求并制訂針對(duì)性措施，保證道路寬度、坡度及凈空滿足要求。當(dāng)葉片采用舉升車運(yùn)輸時(shí)，若存在道路與高壓線交叉，要保證翹起并晃動(dòng)的葉片與高壓線之間滿足安全距離的要求，并留有一定的晃動(dòng)余量。

3.2 施工安裝的天氣條件

運(yùn)輸風(fēng)機(jī)大件設(shè)備的車輛宜盡量避免雨雪天氣，連續(xù)降雨可能引起道路路基受雨水浸濕軟化，故雨水天氣后應(yīng)對(duì)道路的密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，不達(dá)標(biāo)部分應(yīng)換填土石或鋪設(shè)鋼板。

3.3 大件運(yùn)輸過程中交通管理

鑒于風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸車輛均為特種車輛，在運(yùn)輸過程中應(yīng)安排開道車疏通前方道路，到達(dá)預(yù)先識(shí)別的危險(xiǎn)地段后應(yīng)停車警戒并安排安全員全程監(jiān)督，根據(jù)預(yù)定措施調(diào)整運(yùn)輸設(shè)備的高度和方向，保證車輛安全通過。在縱坡超限的路段應(yīng)合理調(diào)配牽引車輛，滿足大件運(yùn)輸要求。

4 結(jié)語

為了保證山地風(fēng)電場(chǎng)道路運(yùn)輸安全，必須從設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收及運(yùn)行三方面進(jìn)行全階段風(fēng)險(xiǎn)管控。在山地風(fēng)場(chǎng)道路設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合考慮地形地質(zhì)、土地利用工期和造價(jià)因素，做到平面線形和縱坡協(xié)調(diào)兼顧，安全防護(hù)設(shè)施配套、路側(cè)危險(xiǎn)物安全措施到位、路基路面穩(wěn)定密實(shí)、交通環(huán)境安全可控；施工過程中對(duì)材料、工藝及施工工序嚴(yán)格管理；大件設(shè)備運(yùn)輸過程中，做好對(duì)運(yùn)輸車輛及道路的安全評(píng)估，本著全方位、全階段落實(shí)各項(xiàng)安全措施的原則，最大限度減少風(fēng)電道路風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，切實(shí)提高山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路交通安全水平。