某山區風電場設備進場公路設計

劉偉

（湖南省交通規劃勘察設計院 湖南長沙 410008）

某山區風電場設備進場公路設計

劉偉

（湖南省交通規劃勘察設計院 湖南長沙 410008）

近年來，隨著新能源開發的熱潮，各種替代能源如太陽能、水電、風能、核能的應用技術日新月異，國家在這方面予以了大力扶持，相關基礎設施建設如火如荼。本文以某山區風電場進場公路為背景，通過對地形地質條件、老路狀況及各種控制因素的分析，探討特殊設備公路建設的基本思路和可行方案，供相關技術人員探討和參考。

山區；風電場設備進場公路；車輛轉彎軌跡模擬

1 概述

某山區風電場選址位于高程1300m以上的山頂一帶。風電設備可通過高速公路、國省干道運輸至鄉鎮。主要是鄉鎮至山頂風電場址區的縣鄉道路中大量盤山彎道無法滿足風電設備運輸的要求，需要進行改造后方能使用。

2 地形地質及老路現狀

項目道路盤山而上，山高林深，地形起伏較大，溝壑縱橫，危巖陡峭，且道路內側邊坡高、路陡，外側多為深溝、斷崖。

老路道路情況描述如下：

第一段：從山下往山上走，約5.5km的水泥道，主要通過村莊、居民區。路幅寬5m。

第二段：從5.5km開始到18km處的越嶺盤山路，為5m寬的柏油路，主要通過山腰到山頂。此路段多處急彎和陡坡。

第三段：為約5km的泥沙路面一直到山頂。路幅僅3～4m寬。

老路修建于90年代初，完全隨地形起伏修建，平縱指標極低，平面最小半徑為10m/10處，最大縱坡11%/6處，綜合來看，勉強滿足四級公路指標。

場址區基巖為燕山期侏羅紀淺灰、灰白色斑狀二長花崗巖，在山頂寬緩地帶和山間低洼地帶為第四系殘坡積層覆蓋，在陡崖以下斜坡地帶為第四系崩坡積層覆蓋。根據道路開挖邊坡分析，巖體風化較強烈，礦物多已蝕變，巖質較疏松，多呈灰白、褐黃色風化砂及少量塊球體。一般寬緩的山包、山間洼地及山腳較厚，山坡及梁狀山脊相對較薄，厚度一般3.0～5.0m，部分地段厚6.0～10.0m，局部厚達15m左右。

圖1 老路現狀

3 風電設備基本情況

風電場需要的重件設備主要包括1500kW風電機組的機艙、輪轂、葉片、塔筒和基礎環、110kV主變壓器、GIS、無功補償裝置、風機吊裝機械等。

其中最重運輸件為風電機組的發電機（重達66t），最大運輸件為風電機組的葉片（長42m）。

風電場內主要大型施工機械是風機吊裝設備，目前工程上采用較多的就是50t履帶吊：吊機履帶長9.7m，履帶寬8.2m，高3.19m。

運輸車輛通常采用平板運輸車。

綜合以上設備，最不利情況有兩種：①重載，即平板車拖裝發電機，初步設計考慮，運輸道路需滿足承載能力不小于15t/m2；②運輸設備長，風機葉片加運輸車有42m長。

4 設計基本原則和要求

（1）道路按照運輸速度為15km/h的道路改造。

（2）場內道路最小直線寬度為6m。彎道采用掛車運輸（輪距為20m）時，內側彎道半徑R必須不小于20m。當內側轉彎半徑大于20m時，應對路面予以加寬加固，保證車輛安全轉彎。

（3）運輸道路需滿足承載能力不小于15t/m2；路面縱坡：i≤8%；路面凈空高度H=5m。

（4）運輸時應保證葉片掃尾處不得有任何障礙物（包括電線桿、灌木、房屋、公路護墻、路塹邊坡等）。

（5）道路運輸設備雖然是臨時性的，但考慮到設備檢修更換的需要，道路設計應堅持臨時與永久相結合的原則。

5 路線設計的關鍵問題及解決方案

項目主要基于風電設備的運輸，需要對盤山公路進行改造，實際上最主要就是解決路線平縱橫設計，以滿足運輸需求。

5.1 小半徑彎道路面寬度加寬的確定

考慮最不利情況，風電設備最長葉片長42.13m，運輸掛車輪距為20m。根據車輛轉彎軌跡模擬，以路線中線半徑30m（即內側半徑R=20.88m）和路線中線半徑40m為例，當R=30m時，路面寬度不能小于11.06m（為安全計，以車體輪廓線控制，如以輪胎運行軌跡線控制，則為10.11m）；當R=40m時，路面寬度不能小于8.48m。同時其路線中心線兩側的路面寬度也完全不同。

圖2 車輛運行軌跡示意圖

因此需嚴格參照車輛運行軌跡來設置路幅加寬，以最優化的橫斷面設計滿足運輸需求。

5.2 路面外側無障礙物范圍的確定及對路線方案的影響

（1）通過車輛轉彎軌跡模擬，同樣可以模擬出當葉片伸出車體時葉片尾端的運行軌跡圖，以此歸納出不同半徑下的無障礙物范圍最小寬度。

（2）根據葉片尾端的運行軌跡，結合現場實測的路基典型橫斷面和房屋等障礙物坐標，以確定拆遷量和工程填挖方量。

（3）結合不同半徑下路面寬度加寬、路面外側無障礙物范圍的歸納數據，實地反復優化線位，以找到最優方案。

5.3 路線平縱面的優化

（1）不滿足運輸最小半徑的改造

最小內側平面半徑應不小于20m（即路線中線半徑為30m），盤山路多處出現半徑低于最低極限值的情況，必須加大平面半徑。

（2）大于極限最小半徑，受地形限制彎道需要加寬

由于運輸車過長，車輛在拐彎時實際運行需要的路面寬度大于6.5m，此時受地形限制彎道半徑無法加大，只能加寬路面以滿足運輸需求。同時由于風機葉片長達42.13m，在拐彎時其葉片將掃出彎道路面外側很遠，如外側為高挖方，則需要大大增加挖方工程量和加寬彎道（如圖3挖方加寬彎道）。

圖3 彎道處治現場示意圖

（3）大于極限最小半徑，有條件區域彎道加寬和加大半徑同時考慮。

（4）有條件情況下裁彎取直

由于風機葉片掃過范圍較大，在有條件區域可考慮裁彎取直，有利于減少挖方區域的工程量和拆遷量，同時也利于其后回頭轉彎半徑的加大（如圖4填方拉直彎道）。

圖4 彎道處治現場示意圖

（5）老路縱坡過大，需要平面展線以減少縱坡

經現場調查，老路從山腳180m的標高需爬至山頂約1570m的高程，但路線里程僅20.6km，即平均縱坡達到了6.75%。

①超過極限縱坡段，平面現場定線，通過展線來克服高差。

②對于連續陡坡爬坡段，中間設置緩坡，以避免事故發生。

③對于陡坡路段，設置防滑路面。

④對于連續下坡段，可考慮適當位置設置避險車道，該避險車道同時也可充當錯車輔道。

5.4 空車試運行模擬

通過紙上定線和實地調研，確定了基本的優化思路。考慮到該空間模型的復雜性，建議空車拖運進行現場試行車，實地辨識各路段的不利情況，與理論設計相對照，做到萬無一失。

6 其他問題及解決方案

6.1 舊有路面的處治利用

（1）水泥混凝土路面段：結構形式為20cm混凝土面層+1cm瀝青表處封層+透層+15cm5%水泥穩定碎石基層+15cm4%水泥穩定碎石底基層。從路線起點5.5km皆為水泥路，設計考慮利用原有路面結構，僅在破損路段予以修補。

（2）瀝青路面段：結構形式為2.5cm瀝青表處+稀釋瀝青透層+ 20cm5%水泥穩定碎石+15cm級配碎石。項目有17km柏油路，3km泥沙路，這段盤山路平縱指標低，需要改造的路段較多，因此設計該段路面工程皆以重新鋪設計量。

6.2 舊有橋涵的處治利用

經實地調查，項目全線橋梁170m/2座，皆為石拱橋。根據檢測和計算，橋梁遠不滿足荷載需求，如拆除重建，至少需310萬，代價太大，且會中斷周邊交通。設計建議在枯水季節在拱橋下設置臨時支撐，滿足設備運輸的需求。

圖5 舊橋照片

6.3 安全保障措施

（1）設備運輸應選擇天氣較好、溫度適宜的時候，以避開濕滑、冰凍、霧霜或者過度炎熱等情況。

（2）設備運輸過程中，應實行交通管制，考慮到設備運輸車體量大，運輸中應禁止雙向通行。

（3）多設置警示標志和防眩、反光凸透鏡等安全設施。

7 結語

在風力發電廠的建設中，進場公路的設計規劃是影響風電場建設的重要因素。雖然道路投資在整個風電場的總投資中所占的比重并不大，但是道路設計的合理性直接影響風電場的規劃容量和整個風電場的投資，本文通過對具體項目的設計實施，總結出這種特殊設備運輸公路的基本設計要點和設計思路，其關鍵點還是在于道路平縱橫的立體設計與運輸設備的匹配。

[1]中華人民共和國交通部.《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）.人民交通出版社.

[2]湖南省交通運輸廳.《湖南省公路改建工程前期工作技術指導意見》（湘交計統字[2005]221號）.

[3]楊永紅，陳志達，等.風電場大型風機運輸道路平曲線半徑指標研究.公路工程，2014（6）.

U421

A

1673-0038（2015）35-0303-02

2015-6-30

劉偉（1978-），男，中級，本科，主要從事公路橋梁工作。