山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路設(shè)計中若干技術(shù)指標(biāo)取值的探討

山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路設(shè)計中若干技術(shù)指標(biāo)取值的探討摘要：由于目前還沒有專門針對山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路設(shè)計的規(guī)范，設(shè)計師在對道路主要技術(shù)指標(biāo)取值上存在較多困惑，尤其是涉及到道路安全運輸同時又直接影響經(jīng)濟性的技術(shù)指標(biāo)如路基路面寬度、轉(zhuǎn)彎半徑及路面加寬值、最大縱坡等指標(biāo)的選取，設(shè)計師往往難以在參考公路設(shè)計規(guī)范的同時，又能在安全性、可達性、經(jīng)濟性中找到較好的平衡。本文首先分析風(fēng)電場場內(nèi)交通特性，結(jié)合眾多業(yè)內(nèi)同行取得的研究成果以及通過已建風(fēng)電場道路證實安全可行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對上述若干山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路設(shè)計中的技術(shù)指標(biāo)取值進行探討。關(guān)鍵詞：山區(qū)風(fēng)電場道路路基路面寬度轉(zhuǎn)彎半徑加寬值最大縱坡0概述山區(qū)風(fēng)電場一般場址偏遠(yuǎn)，風(fēng)機分散，地形條件差，絕大部分機位需新建道路連通，所以場內(nèi)道路投資占比偏高。在保證將風(fēng)機設(shè)備安全運至機位的前提下，通過優(yōu)化場內(nèi)道路技術(shù)指標(biāo)，降低道路建設(shè)成本，是提升山區(qū)風(fēng)電場經(jīng)濟效益的重要手段。由于目前還沒有專門針對山區(qū)風(fēng)電場道路設(shè)計的規(guī)范，設(shè)計師多參考公路路線設(shè)計規(guī)范和廠礦道路設(shè)計規(guī)范中四級道路標(biāo)準(zhǔn)以及風(fēng)機廠家提的道路運輸手冊并結(jié)合已建工程相關(guān)經(jīng)驗進行設(shè)計。本文首先分析風(fēng)電場場內(nèi)交通特性，結(jié)合眾多業(yè)內(nèi)同行取得的研究成果以及通過已建風(fēng)電場道路證實安全可行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對路基路面寬度、轉(zhuǎn)彎半徑及路面加寬值、最大縱坡等技術(shù)指標(biāo)在山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路設(shè)計中的取值進行探討。1山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路交通特性道路設(shè)計的核心是依據(jù)道路功能確定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。外部交通中等級道路一般須進行總體設(shè)計，應(yīng)按照地區(qū)特點、交通特性、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)綜合分析確定公路功能。根據(jù)公路功能，結(jié)合交通量、地形條件等選用技術(shù)等級和主要技術(shù)指標(biāo)⑴山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路設(shè)計時，其道路功能、交通量、地形條件等基本明確并表現(xiàn)出很多與外部交通不同的特性。（1） 道路功能山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路功能主要是保證建設(shè)、運行期間施工和運維車輛通行，幾乎不考慮用作外部交通道路。所以在設(shè)計時，一般不需要考慮其在外部交通網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用和產(chǎn)生社會經(jīng)濟效益。（2） 交通量山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路交通量一方面呈現(xiàn)明顯不同的時空分布特性。在時間分布上存在白晝交通量懸殊大以及建設(shè)期與運行期交通量懸殊大的特點；在空間分布上存在主道路與支路交通量懸殊大的特點。另一方面，從交通量組成來看，幾乎全部由各型施工車輛組成，其中以挖掘、吊裝和物資設(shè)備運輸車輛為主，幾乎沒有行人和非機動車輛。（3） 地形條件山區(qū)風(fēng)電場一般場址偏遠(yuǎn)，風(fēng)機分散，地形地質(zhì)條件差。從經(jīng)濟性考慮，幾乎不可能采用橋梁、隧道等構(gòu)造來應(yīng)對極端地形條件，所以設(shè)計中一般會采用極限線路參數(shù)保證道路的安全性和可達性。2路基路面寬度路基路面寬度決定道路挖填方量，直接影響道路的經(jīng)濟性。設(shè)計中一般會參考四級公路橫斷面參數(shù)進行設(shè)計。山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路計算行車速度一般為15一20km/h，運輸超重、超寬設(shè)備時，計算行車速度可取5—10km/h，參照四級公路進行設(shè)計。規(guī)范規(guī)定四級公路可設(shè)置一條或兩條車道，一條車道時寬度為3.5m，兩條車道時每條寬度為3m或3.5mS⑵關(guān)于山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路路基路面寬度，業(yè)內(nèi)同行做了很多研究，程鵬等通過對風(fēng)場大件運輸設(shè)備和大型吊裝外形尺寸進行分析，將場內(nèi)道路分建設(shè)和運行兩階段，其中建設(shè)期路面寬度3.5m，路基寬度6m；運行期路面寬度3.5m，路基寬度4.5m［3］。姚昕亮將風(fēng)機機組按照不同單機容量進行分組，根據(jù)各組機型尺寸的不同路面寬度分別為4m、4.5m、5m，路基寬度分別為4.5m、5m、5.5m4。廖大榮等認(rèn)為道路采用單車道設(shè)計，路面寬度采用4.5m，路基采用5.5m可滿足運輸要求丘。張閃林等以2MW風(fēng)機為例，參考國內(nèi)既有運輸車輛性能以及過往風(fēng)電場道路設(shè)計經(jīng)驗推薦場內(nèi)道路路面寬度4.5m，路基寬度采用5.5m⑹。羅建國認(rèn)為綜合考慮山區(qū)地形和道路路基可靠性，以及少量小型車錯車的需要，路面寬度以5m為宜，路基寬度為5.5m或6m，在特別困難地段，直線段可采用4.5m路基寬度⑺。山區(qū)風(fēng)電場交通量較小，設(shè)計車速慢，影響路基路面寬度的決定因數(shù)是超寬設(shè)備運輸車輛或大型施工車輛的外形尺寸，并且這些車輛的外形尺寸變化并不會太大。綜合來看，業(yè)內(nèi)同行通過研究或參考過往山地風(fēng)電場道路設(shè)計經(jīng)驗，傾向于設(shè)置單車道，路面行車道寬度采用3.5m—5m，路基寬度采用4.5m—6m，局部困難地段可適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)，通過設(shè)置錯車道解決錯車需求。3圓曲線半徑及道路加寬值圓曲線半徑及道路加寬值是超長件運輸成敗的關(guān)鍵。圓曲線半徑或及道路加寬值取值過小，會導(dǎo)致超長件運輸無法通過極限彎道；取值過大，雖然能保證超長件運輸，但是道路彎道處填挖方量可能大幅增加。規(guī)范規(guī)定四級道路最小圓曲線半徑一般值為30m，極限值為15muH2］。針對風(fēng)電場超長件運輸常用車型，規(guī)范并沒有給出相應(yīng)的道路加寬值。關(guān)于運輸?shù)缆忿D(zhuǎn)彎半徑與路面加寬值的計算，常用數(shù)學(xué)模型計算法或模擬過彎試算法。比如姚昕亮將風(fēng)機機組按照不同單機容量進行分組，通過建立運輸車輛過彎數(shù)學(xué)模型，計算得到750kW級、1500kW級、2500kW級三個組別不設(shè)加寬值的最小轉(zhuǎn)彎半徑和設(shè)加寬值的最小轉(zhuǎn)彎半徑及對應(yīng)加寬值⑷。任臘春等以2500kW的風(fēng)機機型為例，利用AutoTRUN軟件模擬運輸車輛過彎得到平曲線轉(zhuǎn)彎半徑及對應(yīng)加寬值⑻。風(fēng)電場運輸最長件為風(fēng)葉，由于目前山區(qū)風(fēng)電單機容量從2.5MW—5MW不等，再考慮不同供貨廠家的因素，風(fēng)葉長度變化較大。本文給出一種風(fēng)葉運輸?shù)缆忿D(zhuǎn)彎半徑與路面加寬值計算的數(shù)學(xué)模型。由于風(fēng)葉長度大，部分伸出運輸車輛外。為避免運輸過程中道路兩側(cè)山體或其他障礙物與風(fēng)葉擦掛而破壞設(shè)備，應(yīng)對車輛過彎時掃尾面積內(nèi)的通過性進行考慮。基于該點，風(fēng)葉運輸?shù)缆忿D(zhuǎn)彎示意如圖1所示。圖1風(fēng)葉運輸?shù)缆忿D(zhuǎn)彎示意圖當(dāng)彎道為外彎、填方型，或者彎道為挖方型，但半掛車后軸至風(fēng)葉尾尖的長度小于后軸至半掛車前沿長度時，此時半掛車前沿為過彎控制點，不需考慮風(fēng)葉掃尾。道路轉(zhuǎn)彎半徑與路面加寬值數(shù)學(xué)模型如公式1所示。（公式1）當(dāng)彎道為挖方型且半掛車后軸至風(fēng)葉尾尖的長度大于后軸至半掛車前沿長度時，此時風(fēng)葉尾尖為過彎控制點，這里假設(shè)道路外緣即為邊坡或其他障礙物。道路轉(zhuǎn)彎半徑與路面加寬值數(shù)學(xué)模型如公式2所示。-■■■''■■■-（公式2）式中，，?.：為道路設(shè)計中線半徑；」為道路設(shè)計寬度；』.?為路面加寬值；：為半掛車寬度；：??為半掛車前沿至后軸長度；為半掛車后軸至風(fēng)葉尾尖的長度。在進行山區(qū)風(fēng)電場場內(nèi)道路設(shè)計時，設(shè)計人員可根據(jù)已擬定的設(shè)備、道路和運輸車輛參數(shù)通過該道路轉(zhuǎn)彎半徑與路面加寬值數(shù)學(xué)模型計算得到不設(shè)加寬值的最小轉(zhuǎn)彎半徑和各轉(zhuǎn)彎半徑下的路面加寬值。4最大縱坡場內(nèi)道路的縱坡過大會導(dǎo)致運輸超重件車輛爬坡困難，縱坡過小一方面會導(dǎo)致道路挖填方量增加，另一方面會導(dǎo)致邊坡坡面高度加大，支護成本增高。規(guī)范規(guī)定新建四級道路設(shè)計車速20km/h時最大縱坡不超過9%，在工程艱巨的山嶺重丘區(qū)，最大縱坡可增加1%，輔助道路最大縱坡可增加2%，但位于海拔2000m以上或積雪冰凍的路段，不能超過8%皿刃。姚昕亮通過對風(fēng)機機組和海拔高度分類，分別選用適宜的車型，計算了各組機型在不同海拔區(qū)段的不借助牽引輔助的最大縱坡坡度，其中2500kW機組在0—500m海拔高度內(nèi)最大縱坡13.3%，在2500—3000m海拔高度內(nèi)最大縱坡8.3%土羅建國在其研究中提出在山區(qū)風(fēng)電場道路設(shè)計中主干路最大縱坡可采用14%，而在支路和局部特殊展線困難路段可增大到18%，在縱坡大于14%的路段可采用混凝土、瀝青結(jié)構(gòu)增大路面摩擦力或通過裝載機對設(shè)備運輸車輛進行輔助牽引來實現(xiàn)爬坡衛(wèi)。蔡湘雯等根據(jù)以往風(fēng)電場項目經(jīng)驗提出場內(nèi)主干路最大設(shè)計縱坡12%，特殊困難情況下15%，風(fēng)機支路最大設(shè)計縱坡14%，特殊困難情況下17%9。從以上及其他未一一列舉的研究成果來看，經(jīng)在工程中證實的能確保安全運輸?shù)娘L(fēng)電場主干路最大縱坡可至14%，支路最大縱坡可至18%。山區(qū)風(fēng)電場建設(shè)高峰期，尤其是超重件的運輸可以選擇避開雨季和冬季，在氣溫狀況良好的時段進行。同時針對超重件車輛爬坡牽引力不足的問題，工程上較多采用“前拖后推”輔助牽引的解決方案。5結(jié)語從以上分析可以看出，鑒于風(fēng)電場超長、超寬和超重設(shè)備運輸?shù)奶厥庑?，風(fēng)電場場內(nèi)道路設(shè)計對一些主要技術(shù)指標(biāo)的取值不能夠照搬道路線路設(shè)計規(guī)范，而應(yīng)該從本項目實際出發(fā)，結(jié)合風(fēng)電設(shè)備和運輸車輛尺寸、地形條件綜合確定。其中路基路面寬度推薦設(shè)置單車道，路面行車道寬度采用3.5m—5m，路基寬度采用4.5m—6m，局部困難地段可適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)，通過設(shè)置錯車道解決錯車需求；轉(zhuǎn)彎半徑及路面加寬值可根據(jù)已擬定的設(shè)備、道路和運輸車輛參數(shù)通過數(shù)學(xué)模型或模擬車輛過彎軟件計算；通過借助輔助牽引，最大縱坡主干路最大可至14%，支路最大可至18%。參考文獻1.JTG_D20-2017公路路線設(shè)計規(guī)范[S].北京：中華人民共和國交通運輸部，2017.2.JBG22-87廠礦道路設(shè)計規(guī)范[S].北京：中華人民共和國交通運輸部，1987.3.程鵬，張志強.風(fēng)電場道路技術(shù)參數(shù)的研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2011.4.姚昕亮.風(fēng)電場道路設(shè)計研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2013.5.廖大榮，李杰