山地风电场道路设计、施工及运行风险要素分析

史东瑞

(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

随着“双碳”目标的提出，我国能源结构调整进一步深化，新能源的占比持续增加。作为新能源的重要组成部分，风力发电蓬勃发展，截至2021年8月底，全国发电装机容量22.8亿kW，其中风电装机约3.0亿kW，同比增长33.8%，可见风电在碳中和目标中有着不可低估的潜力。为最大限度利用风资源，很多陆上风电选址在丘陵、山区，风机多位于山脊或山脉顶部，布置较为分散，需要大量的施工检修道路联络，但受到丘陵、山区特定地形地质、费用、工期、当地土地政策等条件限制，风场道路设计指标多采用临界值，线形条件差，安全设施缺失，交通事故时有发生。

为从根本上提升山地风电场道路的安全水平，本文吸收相关标准、规范和公路安全改善技术的经验，结合山地风电场道路特点，筛选出针对风电场道路的风险要素，在设计中对风险隐患采取“主动”预防和适当容错措施，必要时辅以“被动”的防护措施，同时提出施工和运行安全过程的风险控制要点，以期全方位提高风电场道路交通安全水平。

1 山地风电道路设计应考虑的风险要素

风电道路交通量小、设计车速低、交通组成单一，参照2015版《公路安全生命防护工程实施技术指南(试行)》[1]，结合人、车、路、环境、交通管理[2]五要素，秉承事前预防的原则，对筛选后的风电场道路的风险要素，主要包含道路几何线形、路侧危险、路面状况、交通环境等，逐一进行分析。

1.1 山地风电道路几何线形

山地风电场风机检修道路受地形地质、工期、用地以及投资的影响，几何线形普遍较差，存在车道宽度小、纵坡大、平曲线半径小、平纵组合及交叉口线形不良等问题。

1.1.1 平曲线、纵坡指标及平纵组合

表1列举了不同规程规范中对设计车速在15～20 km/h 的道路平曲线半径、纵坡指标及坡弯组合的规定。

表1 不同规程规范15～20 km/h设计速度主要平、纵技术指标对比

从上表可知，在15～20 km/h的可比设计速度下，风电场道路平曲线最小转弯半径大于三、四级公路的转弯半径，因山地风电场叶片多采用举升车运输，圆曲线最小半径按最长一节塔筒的运输尺寸设计，运输塔筒的特种车辆轴距常接近甚至超过20 m，大于一般车辆，故其圆曲线最小半径也大于行驶一般车辆的三、四级公路；风电场道路设计最大允许纵坡远超三、四级公路，主要原因是风电场道路交通量不足150辆/a，大件运输车辆功率普遍较大(超过300马力)，且上下坡困难时可以配备牵引车，故纵坡指标较大。

JTGD 20—2017《公路路线设计规范》[3]与《公路安全生命防护工程实施技术指南(试行)》[4]未明确坡弯组合限制，按合成坡度控制纵坡；NB/T 10209—2019《风电场工程道路设计规范》对转向角超过90°的情况有明确的坡弯组合规定，原因是风电设备运输车辆重量大，急弯陡坡路段易受离心力影响冲出路侧；另外一个原因是急弯陡坡路段驾驶员视线易被山体边坡、树木等阻挡，视距不足易导致交通事故。

其他的不良线形组合包括采用规范中最大(或最小)值的平纵线形组合不当或不协调的路段，如连续下坡或陡坡接弯道。由于风电轮毂、机舱设备重量超过百吨，陡坡末端接小半径平曲线时可能由于车速过快、驾驶员操作失误等问题造成车辆冲出路面外，若弯道外侧边坡较高或有水体存在，事故后果严重。

对于场地受限无法避免不良线形组合的情况，应移除弯道内侧障碍物，设置凸面镜、限速标、护栏，曲线外侧设置视线诱导等措施，以便于驾驶人正确判断道路行驶环境，避免事故发生。

另外，山区风电场道路竖曲线设计应合理，否则会引起挂车托底前后轴车轮架空、叶片刮擦地面的情况，造成设备损坏甚至人员受伤，竖曲线半径及长度应满足NB/T 10209—2019《风电场工程道路设计规范》要求，在坡差较大时，竖曲线半径及长度不应选取极限值。

1.1.2 横断面及圆曲线加宽

风电场道路路基宽度通常为5.5～6 m，大件运输车辆车板宽度常在3.2～3.5 m之间，无法满足错车要求，故在考虑施工平台的错车功能后，需每隔500 m设置错车道；横断面设计宜以挖方为主，尽量避免陡坡填方以保证路基稳定；运输叶片及塔筒的车辆，需要根据具体的转场运输方案及选用车型计算车道加宽及扫尾、内侧侵占等尺寸，除了依据NB/T 10209—2019《风电场工程道路设计规范》提供的计算理论公式，还应充分考虑运输车辆的载重、路基压实度、承载力、安全距离等因素，必要时留有适宜的容错裕度，避免车轮驶出路基造成事故。

1.1.3 交叉口线形

交叉口设计时要尽量避免不良线形，平面交叉口不宜位于小半径弯道路段、陡坡或陡坡底部，如无法避免，需通过增加平曲线半径、平面交叉移位、调整纵坡、设置标志牌等措施改善行车条件，同时要保证视距，交叉口存在树木、山体等时，应尽量清除通视三角区内的障碍物，提高交叉口的安全性。

1.2 山地风电道路路侧危险路段

路侧危险路段包含路肩挡墙段、原地面线陡于1：3的填方边坡、路侧陡崖或深沟深于4～6 m、路侧常有水体、高速公路或干线铁路、高压出线塔、危险品仓库等情况。路肩挡墙宜按接近机舱运输车辆的“挂-120”荷载进行挡土墙稳定性验算，路侧危险路段应设置护栏或防撞墩、连续的石砌挡墙以提供必要的防护，并设置警示设施提醒驾驶员谨慎驾驶，同时宜适当加宽路基，预留一定的“容错”空间，改善交通安全。对可能存在滑坡、山石滚落的路段应尽量绕避，无法避让时设置警示牌，必要时加装主动防护网。

1.3 山地风电道路路基路面状况

路基稳定性对道路交通安全有重大意义，路线应绕避滑坡、崩塌等地质不良区域，路基设计宜避免高路堤与深路堑，高边坡、特殊岩土和不良地质段路基设计，应合理确定线位、路基横断面形式和边坡坡率，采取适当预加固措施后方可开挖边坡。对原地面线坡度大于1：2.5的陡坡路堤和高度大于20 m高填方路堤应结合地质情况、路基边坡高度、边坡防护形式、填料性质等因素进行稳定性核算，同时完善排水系统设计，设置截水沟、排水沟和急流槽等排水设施，避免路基在自重、道路荷载以及雨水冲刷综合作用下产生滑坡、沉降变形、边坡坍塌等病害；陡坡上的半填半挖路基，应避免薄填土的 “贴皮”和挖方“剥山皮”现象，填挖结合部存在地下水出露时应设置必要的地下排水设施，避免路基遇水软化失稳。

山区风电道路多采用简易路面，如泥结碎石路面、山皮石路面等，风电设备运输车辆如塔筒运输车辆，受公路运输限高控制，运输车辆底盘较低，车辆离地间隙仅100～300 mm，对路面平整度要求较高；机舱作为最重件，装载后总重超过100 t，对路面的承载力要求很高，需因地制宜选用合适填料填筑路基保证路基填筑质量，提高路面强度及平整度。当路面纵坡采用临界值时，可结合路基承载力及车辆情况，对局部路面进行硬化以满足车辆爬坡要求。

1.4 交通环境

在道路安全评估模型中，交通环境包括交通量、运行速度和不同车型运行速度差、自然环境等要素，风电施工道路如果仅考虑自用，交通量小和运行速度差小对交通安全是有利的，但需要注意部分风电场道路除了满足风电设备安装检修之外，还兼顾当地部分村民的耕种等出行要求，这部分道路的交通安全要特别考虑，建议适当提高线形标准，同时从源头上监管驾驶人，对村民进行交通安全教育，严格按照设计车速行驶，避免恶劣天气及夜间行驶，部分线形较差不适合一般车辆行驶的道路应设立禁止非施工检修车辆驶入的警示牌，提高交通参与者的安全意识，保证出行安全。

2 施工过程风险控制

除了设计阶段对线路线形的优化及安全设施的完善，施工质量对道路安全也有着重要的影响。山区风电场道路由于施工问题导致的安全事故时有发生，风险控制要素主要集中在路基及边坡、支挡设施等方面。

2.1 路基路面及边坡施工

路基是路面结构的基础，承受路面传来的行车荷载。风电场道路多采用碎石或泥结石路面，路基施工质量好坏直接影响道路的安全稳定，但填方路基尤其是高填方路基，常存在路基沉降变形、边坡失稳的问题，需要注意基底处理及路基压实、填料选择、坡面防护及排水。

2.1.1 基底处理及路基压实

路基填筑前首先要将基底的植物、腐殖质土及淤泥彻底清除，并对基底进行压实处理，压实度应达到85%，特殊地段软弱路基需要按照设计要求处理后再填筑。高填方路基应及早开工，留出较为充分的沉降时间；位于斜坡或谷底时应挖台阶处理；路基应分层填筑以保证路基压实度，每层填料铺设时应超出路堤的设计宽度300 mm，以保证刷坡后的路堤边缘有足够的压实度；提高路基边缘碾压遍数，确保边缘带碾压频率不低于行车带[5]，避免车辆驶入边缘松散地带导致车辆失稳侧翻。

路堑开挖应保证边坡稳定，需自上而下开挖，不得掏底开挖，土石方开挖施工时避免危及山坡或山脚行人和车辆安全。需要爆破施工时，应有专人指挥。

半填半挖路基填方一侧基底为斜坡时应挖横向台阶后填筑，滑坡风险地段加强沉降及位移观测。

2.1.2 路基填料选择

优先选用集配较好的粗粒土作为填料，填料最大粒径不超过15 cm；不得直接使用淤泥、高液限黏土、膨胀土填筑路基，不得使用腐殖土等病害土体，保证填料的CBR值，并在最佳含水量±2%时进行分层碾压。路基受水浸部分应采用水稳定性好、透水性好的填料，坡比不宜小于1：2，必要时可设抛石防护、石笼或浆砌、干砌护坡。高填路基应严格按设计边坡填筑，如果现场条件无法达到设计边坡要求，应采取如反压护道、砌筑矮墙、用土工材料包裹等措施。

2.1.3 坡面防护及排水

施工时应根据沿线气候特征，开挖、填方量过大的路段应尽量避开汛期施工，路基土石方工程完成后，立即进行坡面的保护。路基施工时，还应修筑好截、排水工程，防止暴雨导致路基填土流失。

2.2 支挡设施

在地面横坡较陡且基底存在滑动可能或场地受限地段，路基需要采取挡土墙或其他加固措施，较为常见的是浆砌块石挡土墙。为保证浆砌片(块)石挡土墙施工质量，应保证材料合格、测量放样准确、基底地基承载力满足设计要求、砌体施工符合技术规范。基坑开挖要注意天气，避免下雨导致基坑被泡、地基承载力大幅下降；同时砂浆拌制要严格控制水泥、砂和水的用量，利用砂浆搅拌机拌合均匀达到设计要求的标号，避免人工拌合不均的现象；挡墙填料应选用砾石土或碎石土等透水性材料填筑压实，保证泄水孔通畅，避免雨季时渗入土体的雨水不能及时排出导致侧压力增加、挡墙失稳垮塌。

2.3 验收

进场道路修建完成后、大件运输车辆进入前，必须通过联合验收，道路建设单位需要对验收不合格项进行整改。

3 运行过程风险控制

除了设计、施工阶段对风电场施工检修道路进行风险控制，大件设备运输过程中的各项安全管控同样重要。

3.1 进场道路路勘及运输方案确定

设备到场前，大件运输单位应提前到现场进行道路勘察，路勘报告应查明道路两侧的建筑物、固定设施、电力线路等限制条件，列出大件设备的重量、尺寸、运输车辆的尺寸以及转弯半径要求等信息[6]，提出举升车及拖车对转向、高度、扫尾及扫空的要求并制订针对性措施，保证道路宽度、坡度及净空满足要求。当叶片采用举升车运输时，若存在道路与高压线交叉，要保证翘起并晃动的叶片与高压线之间满足安全距离的要求，并留有一定的晃动余量。

3.2 施工安装的天气条件

运输风机大件设备的车辆宜尽量避免雨雪天气，连续降雨可能引起道路路基受雨水浸湿软化，故雨水天气后应对道路的密实度进行检测，不达标部分应换填土石或铺设钢板。

3.3 大件运输过程中交通管理

鉴于风电设备运输车辆均为特种车辆，在运输过程中应安排开道车疏通前方道路，到达预先识别的危险地段后应停车警戒并安排安全员全程监督，根据预定措施调整运输设备的高度和方向，保证车辆安全通过。在纵坡超限的路段应合理调配牵引车辆，满足大件运输要求。

4 结语

为了保证山地风电场道路运输安全，必须从设计、施工验收及运行三方面进行全阶段风险管控。在山地风场道路设计过程中，应综合考虑地形地质、土地利用工期和造价因素，做到平面线形和纵坡协调兼顾，安全防护设施配套、路侧危险物安全措施到位、路基路面稳定密实、交通环境安全可控；施工过程中对材料、工艺及施工工序严格管理；大件设备运输过程中，做好对运输车辆及道路的安全评估，本着全方位、全阶段落实各项安全措施的原则，最大限度减少风电道路风险点，切实提高山区风电场道路交通安全水平。