山地風電場道路設計、施工及運行風險要素分析

史東瑞

(中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

隨著“雙碳”目標的提出，我國能源結構調整進一步深化，新能源的占比持續增加。作為新能源的重要組成部分，風力發電蓬勃發展，截至2021年8月底，全國發電裝機容量22.8億kW，其中風電裝機約3.0億kW，同比增長33.8%，可見風電在碳中和目標中有著不可低估的潛力。為最大限度利用風資源，很多陸上風電選址在丘陵、山區，風機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絡，但受到丘陵、山區特定地形地質、費用、工期、當地土地政策等條件限制，風場道路設計指標多采用臨界值，線形條件差，安全設施缺失，交通事故時有發生。

為從根本上提升山地風電場道路的安全水平，本文吸收相關標準、規范和公路安全改善技術的經驗，結合山地風電場道路特點，篩選出針對風電場道路的風險要素，在設計中對風險隱患采取“主動”預防和適當容錯措施，必要時輔以“被動”的防護措施，同時提出施工和運行安全過程的風險控制要點，以期全方位提高風電場道路交通安全水平。

1 山地風電道路設計應考慮的風險要素

風電道路交通量小、設計車速低、交通組成單一，參照2015版《公路安全生命防護工程實施技術指南(試行)》[1]，結合人、車、路、環境、交通管理[2]五要素，秉承事前預防的原則，對篩選后的風電場道路的風險要素，主要包含道路幾何線形、路側危險、路面狀況、交通環境等，逐一進行分析。

1.1 山地風電道路幾何線形

山地風電場風機檢修道路受地形地質、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、縱坡指標及平縱組合

表1列舉了不同規程規范中對設計車速在15～20 km/h 的道路平曲線半徑、縱坡指標及坡彎組合的規定。

表1 不同規程規范15～20 km/h設計速度主要平、縱技術指標對比

從上表可知，在15～20 km/h的可比設計速度下，風電場道路平曲線最小轉彎半徑大于三、四級公路的轉彎半徑，因山地風電場葉片多采用舉升車運輸，圓曲線最小半徑按最長一節塔筒的運輸尺寸設計，運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、四級公路；風電場道路設計最大允許縱坡遠超三、四級公路，主要原因是風電場道路交通量不足150輛/a，大件運輸車輛功率普遍較大(超過300馬力)，且上下坡困難時可以配備牽引車，故縱坡指標較大。

JTGD 20—2017《公路路線設計規范》[3]與《公路安全生命防護工程實施技術指南(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《風電場工程道路設計規范》對轉向角超過90°的情況有明確的坡彎組合規定，原因是風電設備運輸車輛重量大，急彎陡坡路段易受離心力影響沖出路側；另外一個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，視距不足易導致交通事故。

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

對于場地受限無法避免不良線形組合的情況，應移除彎道內側障礙物，設置凸面鏡、限速標、護欄，曲線外側設置視線誘導等措施，以便于駕駛人正確判斷道路行駛環境，避免事故發生。

另外，山區風電場道路豎曲線設計應合理，否則會引起掛車托底前后軸車輪架空、葉片刮擦地面的情況，造成設備損壞甚至人員受傷，豎曲線半徑及長度應滿足NB/T 10209—2019《風電場工程道路設計規范》要求，在坡差較大時，豎曲線半徑及長度不應選取極限值。

1.1.2 橫斷面及圓曲線加寬

風電場道路路基寬度通常為5.5～6 m，大件運輸車輛車板寬度常在3.2～3.5 m之間，無法滿足錯車要求，故在考慮施工平臺的錯車功能后，需每隔500 m設置錯車道；橫斷面設計宜以挖方為主，盡量避免陡坡填方以保證路基穩定；運輸葉片及塔筒的車輛，需要根據具體的轉場運輸方案及選用車型計算車道加寬及掃尾、內側侵占等尺寸，除了依據NB/T 10209—2019《風電場工程道路設計規范》提供的計算理論公式，還應充分考慮運輸車輛的載重、路基壓實度、承載力、安全距離等因素，必要時留有適宜的容錯裕度，避免車輪駛出路基造成事故。

1.1.3 交叉口線形

交叉口設計時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、調整縱坡、設置標志牌等措施改善行車條件，同時要保證視距，交叉口存在樹木、山體等時，應盡量清除通視三角區內的障礙物，提高交叉口的安全性。

1.2 山地風電道路路側危險路段

路側危險路段包含路肩擋墻段、原地面線陡于1：3的填方邊坡、路側陡崖或深溝深于4～6 m、路側常有水體、高速公路或干線鐵路、高壓出線塔、危險品倉庫等情況。路肩擋墻宜按接近機艙運輸車輛的“掛-120”荷載進行擋土墻穩定性驗算，路側危險路段應設置護欄或防撞墩、連續的石砌擋墻以提供必要的防護，并設置警示設施提醒駕駛員謹慎駕駛，同時宜適當加寬路基，預留一定的“容錯”空間，改善交通安全。對可能存在滑坡、山石滾落的路段應盡量繞避，無法避讓時設置警示牌，必要時加裝主動防護網。

1.3 山地風電道路路基路面狀況

路基穩定性對道路交通安全有重大意義，路線應繞避滑坡、崩塌等地質不良區域，路基設計宜避免高路堤與深路塹，高邊坡、特殊巖土和不良地質段路基設計，應合理確定線位、路基橫斷面形式和邊坡坡率，采取適當預加固措施后方可開挖邊坡。對原地面線坡度大于1：2.5的陡坡路堤和高度大于20 m高填方路堤應結合地質情況、路基邊坡高度、邊坡防護形式、填料性質等因素進行穩定性核算，同時完善排水系統設計，設置截水溝、排水溝和急流槽等排水設施，避免路基在自重、道路荷載以及雨水沖刷綜合作用下產生滑坡、沉降變形、邊坡坍塌等病害；陡坡上的半填半挖路基，應避免薄填土的 “貼皮”和挖方“剝山皮”現象，填挖結合部存在地下水出露時應設置必要的地下排水設施，避免路基遇水軟化失穩。

山區風電道路多采用簡易路面，如泥結碎石路面、山皮石路面等，風電設備運輸車輛如塔筒運輸車輛，受公路運輸限高控制，運輸車輛底盤較低，車輛離地間隙僅100～300 mm，對路面平整度要求較高；機艙作為最重件，裝載后總重超過100 t，對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量，提高路面強度及平整度。當路面縱坡采用臨界值時，可結合路基承載力及車輛情況，對局部路面進行硬化以滿足車輛爬坡要求。

1.4 交通環境

在道路安全評估模型中，交通環境包括交通量、運行速度和不同車型運行速度差、自然環境等要素，風電施工道路如果僅考慮自用，交通量小和運行速度差小對交通安全是有利的，但需要注意部分風電場道路除了滿足風電設備安裝檢修之外，還兼顧當地部分村民的耕種等出行要求，這部分道路的交通安全要特別考慮，建議適當提高線形標準，同時從源頭上監管駕駛人，對村民進行交通安全教育，嚴格按照設計車速行駛，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設立禁止非施工檢修車輛駛入的警示牌，提高交通參與者的安全意識，保證出行安全。

2 施工過程風險控制

除了設計階段對線路線形的優化及安全設施的完善，施工質量對道路安全也有著重要的影響。山區風電場道路由于施工問題導致的安全事故時有發生，風險控制要素主要集中在路基及邊坡、支擋設施等方面。

2.1 路基路面及邊坡施工

路基是路面結構的基礎，承受路面傳來的行車荷載。風電場道路多采用碎石或泥結石路面，路基施工質量好壞直接影響道路的安全穩定，但填方路基尤其是高填方路基，常存在路基沉降變形、邊坡失穩的問題，需要注意基底處理及路基壓實、填料選擇、坡面防護及排水。

2.1.1 基底處理及路基壓實

路基填筑前首先要將基底的植物、腐殖質土及淤泥徹底清除，并對基底進行壓實處理，壓實度應達到85%，特殊地段軟弱路基需要按照設計要求處理后再填筑。高填方路基應及早開工，留出較為充分的沉降時間；位于斜坡或谷底時應挖臺階處理；路基應分層填筑以保證路基壓實度，每層填料鋪設時應超出路堤的設計寬度300 mm，以保證刷坡后的路堤邊緣有足夠的壓實度；提高路基邊緣碾壓遍數，確保邊緣帶碾壓頻率不低于行車帶[5]，避免車輛駛入邊緣松散地帶導致車輛失穩側翻。

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

半填半挖路基填方一側基底為斜坡時應挖橫向臺階后填筑，滑坡風險地段加強沉降及位移觀測。

2.1.2 路基填料選擇

優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%時進行分層碾壓。路基受水浸部分應采用水穩定性好、透水性好的填料，坡比不宜小于1：2，必要時可設拋石防護、石籠或漿砌、干砌護坡。高填路基應嚴格按設計邊坡填筑，如果現場條件無法達到設計邊坡要求，應采取如反壓護道、砌筑矮墻、用土工材料包裹等措施。

2.1.3 坡面防護及排水

施工時應根據沿線氣候特征，開挖、填方量過大的路段應盡量避開汛期施工，路基土石方工程完成后，立即進行坡面的保護。路基施工時，還應修筑好截、排水工程，防止暴雨導致路基填土流失。

2.2 支擋設施

在地面橫坡較陡且基底存在滑動可能或場地受限地段，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)石擋土墻施工質量，應保證材料合格、測量放樣準確、基底地基承載力滿足設計要求、砌體施工符合技術規范。基坑開挖要注意天氣，避免下雨導致基坑被泡、地基承載力大幅下降；同時砂漿拌制要嚴格控制水泥、砂和水的用量，利用砂漿攪拌機拌合均勻達到設計要求的標號，避免人工拌合不均的現象；擋墻填料應選用礫石土或碎石土等透水性材料填筑壓實，保證泄水孔通暢，避免雨季時滲入土體的雨水不能及時排出導致側壓力增加、擋墻失穩垮塌。

2.3 驗收

進場道路修建完成后、大件運輸車輛進入前，必須通過聯合驗收，道路建設單位需要對驗收不合格項進行整改。

3 運行過程風險控制

除了設計、施工階段對風電場施工檢修道路進行風險控制，大件設備運輸過程中的各項安全管控同樣重要。

3.1 進場道路路勘及運輸方案確定

設備到場前，大件運輸單位應提前到現場進行道路勘察，路勘報告應查明道路兩側的建筑物、固定設施、電力線路等限制條件，列出大件設備的重量、尺寸、運輸車輛的尺寸以及轉彎半徑要求等信息[6]，提出舉升車及拖車對轉向、高度、掃尾及掃空的要求并制訂針對性措施，保證道路寬度、坡度及凈空滿足要求。當葉片采用舉升車運輸時，若存在道路與高壓線交叉，要保證翹起并晃動的葉片與高壓線之間滿足安全距離的要求，并留有一定的晃動余量。

3.2 施工安裝的天氣條件

運輸風機大件設備的車輛宜盡量避免雨雪天氣，連續降雨可能引起道路路基受雨水浸濕軟化，故雨水天氣后應對道路的密實度進行檢測，不達標部分應換填土石或鋪設鋼板。

3.3 大件運輸過程中交通管理

鑒于風電設備運輸車輛均為特種車輛，在運輸過程中應安排開道車疏通前方道路，到達預先識別的危險地段后應停車警戒并安排安全員全程監督，根據預定措施調整運輸設備的高度和方向，保證車輛安全通過。在縱坡超限的路段應合理調配牽引車輛，滿足大件運輸要求。

4 結語

為了保證山地風電場道路運輸安全，必須從設計、施工驗收及運行三方面進行全階段風險管控。在山地風場道路設計過程中，應綜合考慮地形地質、土地利用工期和造價因素，做到平面線形和縱坡協調兼顧，安全防護設施配套、路側危險物安全措施到位、路基路面穩定密實、交通環境安全可控；施工過程中對材料、工藝及施工工序嚴格管理；大件設備運輸過程中，做好對運輸車輛及道路的安全評估，本著全方位、全階段落實各項安全措施的原則，最大限度減少風電道路風險點，切實提高山區風電場道路交通安全水平。