山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計問題研究

陳湘蓉

摘要：風(fēng)能是重要的可再生的清潔能源，在我國有著廣泛的應(yīng)用。山地風(fēng)能充沛，因此風(fēng)電場多建于山地。在山地風(fēng)電場建設(shè)過程中，如何設(shè)計建設(shè)能夠滿足超大風(fēng)電設(shè)備運輸要求的道路是關(guān)鍵。相較于普通道路工程，山地風(fēng)電場道路工程在平、縱、橫設(shè)計方面都有著更高的要求，為保證山地風(fēng)電場道路工程質(zhì)量，應(yīng)結(jié)合山地風(fēng)電場設(shè)備運輸需求做好道路工程設(shè)計。基于此，分析了山地風(fēng)電場道路工程的特點與設(shè)計問題，并結(jié)合實例探究山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計方法。

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

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

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

1山地風(fēng)電場道路工程的特點

1.1造價高且工程量估算難度大

因山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計標準高以及施工難度大，因此工程造價相對較高。山地風(fēng)電場道路工程每公里平均造價為100萬元左右，遠遠高于普通道路工程造價。另外由于不同的山地風(fēng)電場涉及的地形地貌不同，使得不同的山地風(fēng)電場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)電場道路工程工期要求比較嚴格，有時為了追求工期會在未經(jīng)地質(zhì)詳勘的情況下進行招投標以及施工。由于對工程所在地的地質(zhì)條件了解不全面，也會導(dǎo)致難以準確估算工程量^[2]。

1.2技術(shù)要求特殊

山地風(fēng)電場道路工程不僅所處的地形地貌復(fù)雜，而且主要用于運輸風(fēng)電機組設(shè)備，涉及的運輸車輛普遍具有超重、超長、超寬的特點，設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合這些特點與實際需求進行設(shè)計。以2 MW機組葉片為例，在運輸過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，在機艙運輸過程中，車輛與運輸?shù)呢浳镏g的總重量可達100 t左右。而為了滿足運輸需求，則應(yīng)對山地風(fēng)電場道路工程進行特殊設(shè)計。

1.3對后續(xù)工程影響大

在山地風(fēng)電場建設(shè)過程中，道路工程是整個山地風(fēng)電場建設(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)電場后續(xù)其他工程建設(shè)的順利開展，同時道路工程的施工效率與施工質(zhì)量會對山地風(fēng)電場后續(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)電場道路工程的主要特點^[3]。

2山地風(fēng)電場道路工程問題

2.1風(fēng)機設(shè)備運輸要求高

為風(fēng)機設(shè)備提供運輸條件是山地風(fēng)電場道路工程的主要功能，風(fēng)機設(shè)備的重量與尺寸較大，因此對山地風(fēng)電場道路也有著較高的要求，相應(yīng)的設(shè)計難度也更高。目前我國山地風(fēng)電場單機容量常見的包括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)機塔筒的寬度超過4 m（如圖1所示），塔筒最下節(jié)的重量為80 t左右，風(fēng)機葉片長度大于40 m，風(fēng)機機艙重量為80 t左右。由此可見，風(fēng)電場風(fēng)機設(shè)備比較特殊，普通的運輸車輛以及道路無法滿足風(fēng)機設(shè)備運輸需求，因此風(fēng)機設(shè)備運輸對山地風(fēng)電場道路有著較高的要求，同時也會對山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計帶來更大的挑戰(zhàn)^[4]。

2.2設(shè)計影響因素多

相較于平原地區(qū)的風(fēng)電場道路，山地風(fēng)電場道路工程面臨的環(huán)境條件更加復(fù)雜，因此會給設(shè)計工作帶來更多的影響因素。山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計面臨著更加復(fù)雜的地形、地質(zhì)以及環(huán)境，要想滿足風(fēng)機設(shè)備運輸要求，設(shè)計過程中需要綜合考慮多方面的影響因素。以進場道路為例，在設(shè)計過程中不僅要確保交通便利，而且還要綜合考慮運輸便捷、施工建設(shè)方便，同時還要考慮到山地風(fēng)電場投運后的運營維護需求等。除此之外，山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計過程中還應(yīng)考慮環(huán)保與生態(tài)問題，盡量減少對生態(tài)造成的破壞以及對環(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)電場道路工程建設(shè)成本^[5]?？傊降仫L(fēng)電場道路工程設(shè)計會受到多方面因素影響，相較于普通道路工程，山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計的難度更高。

3山地風(fēng)電場道路工程技術(shù)指標

3.1平曲線指標

3.1.1平曲線最小半徑與彎道加寬值

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

公式中：e為曲線內(nèi)側(cè)加寬取值；d為運輸車輛控制長度內(nèi)彎曲時為全部尺寸，外彎時除去挑空長度；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)電場道路設(shè)計過程中，應(yīng)確保最小轉(zhuǎn)彎半徑大于運輸車輛車長的50%，最小極限轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)為20 m。由于山地風(fēng)電場道路路面外側(cè)會設(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，在對山地風(fēng)電場道路平曲線加寬取值時，應(yīng)在計算值的基礎(chǔ)上減小0.5 m。以XE105-2000kW機型山地風(fēng)電場運輸?shù)缆吩O(shè)計為例，設(shè)計平曲線加寬值，詳見表1。

3.2山地風(fēng)電場道路縱斷面設(shè)計指標

3.2.1最小坡長與最小豎曲線半徑

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

3.2.2最大縱坡

山地風(fēng)電場道路工程的主要職責(zé)便是為風(fēng)機設(shè)備運輸服務(wù)，而在眾多風(fēng)機設(shè)備中，機艙的重量最大，因此在山地風(fēng)電場道路設(shè)計過程中，最大縱坡應(yīng)滿足機艙運輸需求，最大縱坡取值不僅要考慮機艙重量，而且還要綜合考慮道路阻力以及空氣阻力等方面因素。要確保運輸車輛的驅(qū)動力小于車輪與路面之間的摩擦力，同時大于各種阻力之和，這樣才能實現(xiàn)風(fēng)機設(shè)備的安全運輸。通常情況下山地風(fēng)電場道路設(shè)計中，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提升輪胎與路面之間的摩擦力^[6]。

4山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計

4.1工程概述

本文以某山風(fēng)電場道路工程設(shè)計為例，某山風(fēng)電場坐落于湖南省境內(nèi)，是典型的南方山地風(fēng)電場。場區(qū)規(guī)劃面積為9.9 km²，所處山地不僅地勢高，而且起伏大。某山風(fēng)電場計劃安裝1臺單機容量為1 500 kW的機組與24臺單機容量為2 000 kW的機組，風(fēng)機輪轂高度為80m。某山電廠施工周期為12個月，工期比較緊張。結(jié)合山地風(fēng)電場所在地的地形地貌特點，決定采用特種車運輸風(fēng)機設(shè)備，因此在山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合特種車運輸要求制定相應(yīng)的山地風(fēng)電場道路設(shè)計方案。

4.2確定山地風(fēng)電場道路工程主要設(shè)計指標

4.2.1風(fēng)機設(shè)備參數(shù)

某山風(fēng)電場選用南車WT2000D110H80機組，輪轂高度為80 m。風(fēng)機設(shè)備中寬度最大的為第一節(jié)塔筒，長度最長的為風(fēng)機葉片，重量最重的為機艙。具體參數(shù)如表2所示。

4.2.2道路主要技術(shù)指標

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

4.3道路選線設(shè)計

4.3.1路線布設(shè)原則

首先，由于運輸?shù)娘L(fēng)機設(shè)備長度較大，在線路布設(shè)過程中應(yīng)確保線路平面轉(zhuǎn)彎半徑滿足實際運輸需求。另外避免采用連續(xù)長距離陡坡形式，以免影響行車的安全性。將縱坡控制在14%以內(nèi)，針對坡長限制較大的情況，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)，以此來保障行車安全。其次，線路布設(shè)過程中應(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)電場道路工程建設(shè)成本，同時還有助于降低后續(xù)的運輸成本，并且可以減少山地風(fēng)電場道路工程建設(shè)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成的破壞。最后路線布設(shè)過程還應(yīng)盡量避開不良地質(zhì)區(qū)域，以免影響山地風(fēng)電場道路工程質(zhì)量和增加施工難度。

4.3.2場內(nèi)道路選線

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

4.4路基路面工程設(shè)計

4.4.1路基設(shè)計

路基開挖坡度為1∶0.5，第二級邊坡坡度為1∶0.75，邊坡挖方高度為10 m，同時設(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)計挖方邊坡高度，路基填方第一級邊坡采用1∶1.2，第二級采用1∶1.5，主要應(yīng)用石方回填，同時設(shè)置1 m寬的馬道。如果以土方回填為主，則路基填方第一級邊坡采用1∶1.5，第二級采用1∶1.75。路基設(shè)計中除了確定路基開挖坡度與路基填方坡度之外，還要明確路基壓實標準以及壓實度（如表4所示）。

4.4.2路面設(shè)計

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

4.5路基路面排水與防護工程設(shè)計

4.5.1路面路基排水

針對彎道加寬部分，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)計方面，針對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作用，避免其在水流的沖刷作用下被破壞。

4.5.2路基防護

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

5 結(jié)語

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)電場建設(shè)越來越受到人們的關(guān)注。道路工程是山地風(fēng)電場建設(shè)的重要內(nèi)容，但受山地地形復(fù)雜以及風(fēng)機設(shè)備運輸難度大等方面因素的影響，使得山地風(fēng)電場道路工程的質(zhì)量要求更加嚴格，需要做好山地風(fēng)電場道路工程設(shè)計，保證山地風(fēng)電場道路工程質(zhì)量，滿足相關(guān)風(fēng)機設(shè)備運輸需求，助力山地風(fēng)電場建設(shè)。

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