山地風電場道路工程設計問題研究

陳湘蓉

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

關鍵詞：山地風電場? 道路工程? 設備運輸? 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

近年來我國風力發電技術快速發展，山地風電場建設數量與規模也在不斷增加。目前我國已建成的山地風電場主要集中在灘涂、平原以及山地地區，對于山地風電場建設而言，為了滿足相關材料與風電機組設備運輸需求，需要在山地風電場建設的同時修建相應的道路。山地樹木茂盛、地勢較高、地形復雜，這些都給山地風電場道路工程設計帶來了巨大挑戰。應結合具體的地形地貌以及風電場建設需求做好山地風電場道路工程設計，助力風電場的高效建設與高效運行^[1]。

1山地風電場道路工程的特點

1.1造價高且工程量估算難度大

因山地風電場道路工程設計標準高以及施工難度大，因此工程造價相對較高。山地風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電場涉及的地形地貌不同，使得不同的山地風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地質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條件了解不全面，也會導致難以準確估算工程量^[2]。

1.2技術要求特殊

山地風電場道路工程不僅所處的地形地貌復雜，而且主要用于運輸風電機組設備，涉及的運輸車輛普遍具有超重、超長、超寬的特點，設計過程中應結合這些特點與實際需求進行設計。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，車輛與運輸的貨物之間的總重量可達100 t左右。而為了滿足運輸需求，則應對山地風電場道路工程進行特殊設計。

1.3對后續工程影響大

在山地風電場建設過程中，道路工程是整個山地風電場建設工程施工的首要環節，需要完成道路工程建設才能保證山地風電場后續其他工程建設的順利開展，同時道路工程的施工效率與施工質量會對山地風電場后續的建設產生重要影響。這既是道路工程建設重要性的體現，也是山地風電場道路工程的主要特點^[3]。

2山地風電場道路工程問題

2.1風機設備運輸要求高

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

2.2設計影響因素多

相較于平原地區的風電場道路，山地風電場道路工程面臨的環境條件更加復雜，因此會給設計工作帶來更多的影響因素。山地風電場道路工程設計面臨著更加復雜的地形、地質以及環境，要想滿足風機設備運輸要求，設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、施工建設方便，同時還要考慮到山地風電場投運后的運營維護需求等。除此之外，山地風電場道路工程設計過程中還應考慮環保與生態問題，盡量減少對生態造成的破壞以及對環境造成的污染，并且還要盡量做到就地取材，以便降低山地風電場道路工程建設成本^[5]。總之山地風電場道路工程設計會受到多方面因素影響，相較于普通道路工程，山地風電場道路工程設計的難度更高。

3山地風電場道路工程技術指標

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，在山地風電場道路工程設計過程中，路面寬度在不包含路肩的情況下應為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為曲線內側加寬取值；d為運輸車輛控制長度內彎曲時為全部尺寸，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為道路路面內邊緣半徑；b為道路直線段路面設計寬度。

3.1.2最小半徑與平面曲線彎道加寬值

在山地風電場道路設計過程中，應確保最小轉彎半徑大于運輸車輛車長的50%，最小極限轉彎半徑應為20 m。由于山地風電場道路路面外側會設置排水溝或者土路肩，排水溝與土路肩的寬度均為0.5 m，在對山地風電場道路平曲線加寬取值時，應在計算值的基礎上減小0.5 m。以XE105-2000kW機型山地風電場運輸道路設計為例，設計平曲線加寬值，詳見表1。

3.2山地風電場道路縱斷面設計指標

3.2.1最小坡長與最小豎曲線半徑

山地風電場設備運輸車輛行進速度普遍較低，通常不會高于每小時15 km，因此在山地風電場道路工程設計過程中，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的設備不碰觸地面為目的進行設計。相較于普通平板車，特種運輸車的車長相對更小，因此在應用特種運輸車運輸風機設備的情況下，涉及的限制條件相對更加寬松。設計過程中，結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

山地風電場道路工程的主要職責便是為風機設備運輸服務，而在眾多風機設備中，機艙的重量最大，因此在山地風電場道路設計過程中，最大縱坡應滿足機艙運輸需求，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，這樣才能實現風機設備的安全運輸。通常情況下山地風電場道路設計中，主干道最大縱坡應采用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山地風電場道路工程設計

4.1工程概述

本文以某山風電場道路工程設計為例，某山風電場坐落于湖南省境內，是典型的南方山地風電場。場區規劃面積為9.9 km²，所處山地不僅地勢高，而且起伏大。某山風電場計劃安裝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。結合山地風電場所在地的地形地貌特點，決定采用特種車運輸風機設備，因此在山地風電場道路工程設計過程中應結合特種車運輸要求制定相應的山地風電場道路設計方案。

4.2確定山地風電場道路工程主要設計指標

4.2.1風機設備參數

某山風電場選用南車WT2000D110H80機組，輪轂高度為80 m。風機設備中寬度最大的為第一節塔筒，長度最長的為風機葉片，重量最重的為機艙。具體參數如表2所示。

4.2.2道路主要技術指標

結合某山風電場所在地的地形地貌以及風機設備參數確定山地風電場道路工程主要技術指標。具體如表3所示。

4.3道路選線設計

4.3.1路線布設原則

首先，由于運輸的風機設備長度較大，在線路布設過程中應確保線路平面轉彎半徑滿足實際運輸需求。另外避免采用連續長距離陡坡形式，以免影響行車的安全性。將縱坡控制在14%以內，針對坡長限制較大的情況，應在中間設置相應的緩和坡段，緩和坡段的坡度應控制在5%以內，以此來保障行車安全。其次，線路布設過程中應盡量保持路線平直，以便縮短里程。這不僅有助于降低山地風電場道路工程建設成本，同時還有助于降低后續的運輸成本，并且可以減少山地風電場道路工程建設對當地生態環境造成的破壞。最后路線布設過程還應盡量避開不良地質區域，以免影響山地風電場道路工程質量和增加施工難度。

4.3.2場內道路選線

某山風電場風機分布于山脊或者山頂之上，風機布置范圍廣，并且比較分散，風機之間的高差較大，因此場內道路路線規劃難度大。風電場內部分布著部分森林防火通道與鄉村道路，在場內道路選線過程中充分利用場內既有道路，并對其進行截彎取直以及擴寬處理，使其能夠滿足風機設備運輸需求。通過這種方式既能降低山地風電場道路工程的工程量，也能減少對當地生態環境造成的破壞。結合風電場規劃方案以及風機設備運輸需求，決定在風電場內部設計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路基路面工程設計

4.4.1路基設計

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，同時設置2 m寬的馬道。路基填方邊坡開挖邊坡高度應小于設計挖方邊坡高度，路基填方第一級邊坡采用1∶1.2，第二級采用1∶1.5，主要應用石方回填，同時設置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路面設計

路面由級配碎石基層與泥結碎石面層構成，前者厚度為8 cm，后者厚度為10 cm。針對必經的鄉村水泥混凝土路段，盡量減少對原有路面的破壞，設計中只對那些不符合風機設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計

4.5.1路面路基排水

針對彎道加寬部分，根據2%的橫坡排除路面積水，并將積水引向排水溝或者邊溝。在排水設計方面，針對挖方路段在填方路基以及路線兩側設置邊溝，保障路基排水效果。除此之外還要合理設置截水溝，截水溝應設置在開口線外側2m的位置，借助截水溝阻擋坡面水流，并將其引向附近沖溝。設置截水溝能夠對開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

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

5 結語

風能是清潔的可再生資源，在能源短缺以及環境污染日益加劇的背景下，風電場建設越來越受到人們的關注。道路工程是山地風電場建設的重要內容，但受山地地形復雜以及風機設備運輸難度大等方面因素的影響，使得山地風電場道路工程的質量要求更加嚴格，需要做好山地風電場道路工程設計，保證山地風電場道路工程質量，滿足相關風機設備運輸需求，助力山地風電場建設。

參考文獻

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[3]曲思源.某風電場電氣系統設計與研究[D].株洲：湖南工業大學，2022.

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[6]楊衛剛，馬建剛.山地風電場強風化地貌植被恢復技術探討[J].現代農業研究，2023，29（5）：116-118.