深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳及配套工程大體量土石方運(yùn)輸方案及試驗(yàn)*

盧建文，李天隆，鐘 恩，胡 帥，何志鵬

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司華南分公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

在臨海地區(qū)大型項(xiàng)目中，由于工程規(guī)模龐大，外運(yùn)出土工程巨大，土石方量往往達(dá)百萬(wàn)級(jí)，甚至千萬(wàn)級(jí)。若采用常規(guī)泥頭車(chē)外運(yùn)方式則需大量土石方運(yùn)輸車(chē)輛，易影響周邊道路交通，制約工程施工進(jìn)度。本文以深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳及配套工程為載體，在工期緊張及場(chǎng)內(nèi)交通擁堵等壓力下，尋找創(chuàng)新形式的土石方外運(yùn)方式。

1 工程概況

深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳及配套工程位于深圳市西南部，于寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓北側(cè)，距海岸線(xiàn)約1km。作為深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)新一期擴(kuò)建工程，主要包含旅客衛(wèi)星廳、捷運(yùn)及行李隧道、運(yùn)營(yíng)維修車(chē)間、制冷站及T3航站樓改造等單位工程，總占地面積約16.3萬(wàn)m2，場(chǎng)內(nèi)業(yè)態(tài)多而分散。

1.1 土石方規(guī)模

該工程土石方外運(yùn)量總計(jì)約114萬(wàn)m3，基坑縱向長(zhǎng)達(dá)1 100余m，橫向長(zhǎng)達(dá)580余m，土石方外運(yùn)情況如表1所示。

表1 土石方外運(yùn)情況 萬(wàn)m3

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)地原始地貌為濱海灘涂，后經(jīng)填海形成陸域，場(chǎng)地距海域約1km，地下水位埋深較淺。深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳及配套工程各基坑深度不同，最大開(kāi)挖達(dá)到14.5m，挖出土層自上而下主要為素填土、填石、淤泥、黏土、粗砂、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化帶花崗片麻巖等。結(jié)合地質(zhì)勘察資料與基坑設(shè)計(jì)圖紙，基坑開(kāi)挖土石方主要以素填土和淤泥為主，并含少量粉質(zhì)黏土與砂質(zhì)土等，土質(zhì)種類(lèi)多，淤泥土質(zhì)含量占比達(dá)40%。

1.3 周邊環(huán)境

項(xiàng)目場(chǎng)地緊鄰已運(yùn)營(yíng)T3航站樓站坪用地，T3航站樓西南側(cè)為機(jī)場(chǎng)碼頭，平日泊位充足，可聯(lián)系棄土船將機(jī)場(chǎng)碼頭作為外運(yùn)棄土點(diǎn)。沿機(jī)場(chǎng)海岸線(xiàn)附近設(shè)有7.5m寬的海堤路。海堤路一端頭鄰近卻無(wú)法直達(dá)機(jī)場(chǎng)碼頭，另一端即機(jī)場(chǎng)遠(yuǎn)期規(guī)劃T4航站樓用地的西北側(cè)，為空曠場(chǎng)地，道路在機(jī)場(chǎng)部門(mén)的管理下人車(chē)罕至(見(jiàn)圖1)。

圖1 項(xiàng)目周邊環(huán)境

由于施工期間T3航站樓不停止運(yùn)營(yíng)，因此，上述區(qū)域?qū)儆诳崭巯薷叻秶畹拖薷吒叨葹?0m。

2 工程特點(diǎn)

2.1 交通壓力大

項(xiàng)目場(chǎng)地被機(jī)場(chǎng)用地和福永河包圍，工程車(chē)輛只有唯一進(jìn)出場(chǎng)道路，途徑航站四路—機(jī)場(chǎng)九道—福永河沿線(xiàn)后進(jìn)入場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)硬化道路，方可到達(dá)出土核心區(qū)，線(xiàn)路總長(zhǎng)約7.5km，其中路程后半段為8m寬、約3.0km長(zhǎng)的雙向雙車(chē)道，在道路常年維修及多處崗?fù)す苤葡?，進(jìn)出場(chǎng)路線(xiàn)多處形成交通運(yùn)輸?shù)钠款i，嚴(yán)重制約土石方外運(yùn)效率。同時(shí)場(chǎng)內(nèi)周邊眾多機(jī)場(chǎng)配套工程開(kāi)工，全面開(kāi)展土石方外運(yùn)工作，因此場(chǎng)內(nèi)交通壓力巨大。

2.2 施工進(jìn)度緊張

該項(xiàng)目合同要求在26個(gè)月的周期內(nèi)完成全專(zhuān)業(yè)施工任務(wù)，履約工期緊張，土石方外運(yùn)作為關(guān)鍵線(xiàn)路工作，需在2019年6月至次年3月完成，期間同步進(jìn)行各基坑土石方外運(yùn)工作，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，日均最大棄土量約9 000余m3。具體土石方外運(yùn)計(jì)劃如表2所示。

表2 土石方外運(yùn)計(jì)劃

2.3 外部限制因素多

土石方外運(yùn)期間恰逢深圳市新型泥頭車(chē)政策改革初期，舊式泥頭車(chē)被淘汰，新能源泥頭車(chē)數(shù)量短缺，在外運(yùn)路線(xiàn)長(zhǎng)的情況下，泥頭車(chē)數(shù)量難以滿(mǎn)足高峰期土石方外運(yùn)效率。同時(shí)，城市限制淤泥棄土場(chǎng)和濕性淤泥質(zhì)土上路，且本工程屬于深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)不停航擴(kuò)建工程，嚴(yán)格監(jiān)管進(jìn)退場(chǎng)車(chē)輛，影響行車(chē)效率。

3 土石方外運(yùn)方案研究與比選

3.1 土石方外運(yùn)方案的提出

本項(xiàng)目土石方外運(yùn)方案需綜合考慮土石方工程規(guī)模、地理位置、工程地質(zhì)、施工進(jìn)度要求、施工外部因素等。土石方工程體量大、日均及高峰出土量巨大、場(chǎng)內(nèi)外交通復(fù)雜、土質(zhì)含水率高，以淤泥為主、外部受限因素多，為此要求土石方運(yùn)輸設(shè)備施工效率高、轉(zhuǎn)運(yùn)能力強(qiáng)、適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸、適應(yīng)本工程土質(zhì)、受場(chǎng)內(nèi)外交通影響小，同時(shí)節(jié)約占用場(chǎng)地，利用現(xiàn)有周邊資源、節(jié)能環(huán)保。根據(jù)上述要求，通過(guò)實(shí)地考察及參考國(guó)內(nèi)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，提出以下方案。

1)方案1 使用泥頭車(chē)外運(yùn)土石方，操作簡(jiǎn)單、運(yùn)輸與布置靈活、能適應(yīng)各類(lèi)土質(zhì)的運(yùn)輸、場(chǎng)地需求低。

2)方案2 土石方機(jī)械配合水力機(jī)械進(jìn)行開(kāi)挖及運(yùn)輸，該方案主要采用泥漿泵送方式出運(yùn)土石方，在不同開(kāi)挖深度上布置推土機(jī)、挖機(jī)與水力機(jī)械，使整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)形成土石方短駁、翻土與松土、沖土與泵送泥漿的連續(xù)工作面，加快沖土、出土效率，同時(shí)沖土泵送泥漿工序與基坑內(nèi)各道施工工序通過(guò)合理組織、有序穿插，形成流水施工。作業(yè)全程無(wú)泥頭車(chē)外運(yùn)，極大縮短運(yùn)輸距離，為此交通壓力影響較小，減少揚(yáng)塵污染，滿(mǎn)足綠色環(huán)保要求。

3)方案3 使用皮帶輸送機(jī)將土石方運(yùn)輸至碼頭，參考散貨碼頭及礦山行業(yè)中物料運(yùn)輸較成熟的皮帶輸送機(jī)工藝技術(shù)，結(jié)合本項(xiàng)目土質(zhì)情況，皮帶輸送機(jī)適應(yīng)濕性土質(zhì)，可連續(xù)運(yùn)輸作業(yè)，運(yùn)輸速度快、效率高，施工受外部干擾小，極大縮短運(yùn)輸距離，采用全封閉式運(yùn)土方式可滿(mǎn)足環(huán)保要求。對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行勘察后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)貨運(yùn)碼頭可作為土石方外運(yùn)點(diǎn)。

4)方案4 使用纜機(jī)吊罐運(yùn)輸土石方至碼頭，沿較近路線(xiàn)布置多條立柱，將裝有土石方的吊罐通過(guò)立柱間的纜索直接運(yùn)至卸料處，縮短運(yùn)輸距離。適應(yīng)各類(lèi)土質(zhì)運(yùn)輸，可連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)，但纜機(jī)設(shè)計(jì)軌頂高度為10～15m。

3.2 方案實(shí)施難點(diǎn)

1)方案1 受場(chǎng)內(nèi)外道路限制大，易出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，嚴(yán)重影響行車(chē)效率。周邊缺少可堆放淤泥的棄土場(chǎng)，棄土路程遙遠(yuǎn)，土石方外運(yùn)效率低，同時(shí)受泥頭車(chē)車(chē)改政策影響，新型泥頭車(chē)數(shù)量難以滿(mǎn)足施工需求。在多重因素影響下，該方案運(yùn)輸效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際土石方外棄需求，嚴(yán)重制約施工進(jìn)度。

2)方案2 該方案附近需有泥漿收納回填場(chǎng)地作為棄土場(chǎng)地，沖土造漿土質(zhì)受限于類(lèi)粉質(zhì)黏性土，而外運(yùn)土石方主要為淤泥質(zhì)土，難溶于水，無(wú)法形成可泵送的泥漿。

3)方案3 場(chǎng)地路線(xiàn)約7.5km長(zhǎng)，皮帶輸送機(jī)設(shè)備投入大，需對(duì)入料、運(yùn)輸、出料等過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與研究。本項(xiàng)目主要為淤泥質(zhì)土，在國(guó)內(nèi)使用皮帶運(yùn)輸該類(lèi)土石方案例極少，在外部受限條件復(fù)雜的情況下，應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行研究論證。

4)方案4 場(chǎng)地路線(xiàn)約7.5km長(zhǎng)，纜機(jī)設(shè)備投入大，可適應(yīng)各類(lèi)土石方，運(yùn)輸效率較低，工作及安裝高度超出不停航施工限高要求。同時(shí)纜機(jī)易受暴風(fēng)雷雨天氣影響，安全運(yùn)輸工作至關(guān)重要，因此在海岸線(xiàn)范圍內(nèi)難以持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)輸。

3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

1)方案1 適用于所有土質(zhì)，場(chǎng)地需求低、交通需求高，運(yùn)輸效率視交通情況而定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本項(xiàng)目出土效率約2 210m3/d，運(yùn)輸穩(wěn)定性易受交通路況影響。不停航施工要求滿(mǎn)足限高要求，對(duì)道路交通存在安全影響，無(wú)組織時(shí)間，無(wú)一次性投入，攤分后的單價(jià)為155～175元/m3，但有渣土遺落。

2)方案2 適用于粉質(zhì)土，場(chǎng)地需要大型泥漿收集沉淀池，交通需求低，運(yùn)輸效率視泥漿泵與沉淀池?cái)?shù)量而定，每臺(tái)泥漿泵每日工作360m3，無(wú)運(yùn)輸穩(wěn)定性。水力機(jī)械、地面輸送泵管等高度對(duì)不停航無(wú)影響。從路線(xiàn)規(guī)劃→采購(gòu)→安裝階段共需40d。一次性需投入(500～800)萬(wàn)元，攤分后的單價(jià)為34～44元/m3，需嚴(yán)格控制泥漿排放。

3)方案3 適用于大部分土質(zhì)，但需要土石方中轉(zhuǎn)場(chǎng)地，占用部分道路。皮帶穩(wěn)定運(yùn)行速度為3.15m/s，能滿(mǎn)足1 500m3/h的出土效率。可采用封閉式運(yùn)輸免受天氣影響。吊裝安裝高度≤10m，未突破空港限高。設(shè)計(jì)→采購(gòu)→安裝→調(diào)試階段共需約90d。一次性投入達(dá)(3 000～5 000)萬(wàn)元，攤分后的單價(jià)為66～82元/m3，可采用封閉式運(yùn)輸降低環(huán)境污染。

4)方案4 適用于所有土質(zhì)，但需要土石方中轉(zhuǎn)場(chǎng)地，占用部分道路，以2臺(tái)30t平移式纜機(jī)為例，可運(yùn)輸土石方約110m3/h。運(yùn)輸工作易受天氣影響，纜機(jī)吊裝高度20m，超出限高要求。支架易受惡劣天氣影響，安全性不高。設(shè)計(jì)→采購(gòu)→安裝→調(diào)試階段共需約90d。一次性投入達(dá)(2 000～4 000)萬(wàn)元，攤分后的單價(jià)為62～69元/m3。

通過(guò)比選上述土石方外運(yùn)方案，總結(jié)如下：方案1組織靈活、適應(yīng)各類(lèi)土質(zhì)，但無(wú)法滿(mǎn)足工期要求，且外運(yùn)費(fèi)用單價(jià)高；方案2雖然靈活高效，可實(shí)現(xiàn)沖土與出土施工一體化，但僅適用于粉質(zhì)土，無(wú)法滿(mǎn)足淤泥質(zhì)土的施工；方案3雖然各項(xiàng)指標(biāo)內(nèi)容符合外運(yùn)要求，但如此大體量土石方長(zhǎng)距離外運(yùn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)無(wú)較成熟的經(jīng)驗(yàn)與案例參考，需進(jìn)一步對(duì)可行性、適用性與實(shí)用性進(jìn)行研究與論證；方案4運(yùn)輸效率不高且不穩(wěn)定，無(wú)法滿(mǎn)足項(xiàng)目工期，同時(shí)超出機(jī)場(chǎng)限高要求。

4 皮帶輸送機(jī)試驗(yàn)段分析

皮帶輸送機(jī)一次性投入大，為確保運(yùn)輸土石方工程順利實(shí)施，在旅客衛(wèi)星廳東北指廊堆場(chǎng)選取地點(diǎn)做試驗(yàn)段，以提前發(fā)現(xiàn)實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題。

試驗(yàn)段布置1臺(tái)3m×6m板鏈機(jī)、上料起始段和50m長(zhǎng)的固定式爬坡皮帶輸送機(jī)作為運(yùn)輸工具。試驗(yàn)初期，通過(guò)探索與改良皮帶輸送機(jī)，研究出適應(yīng)本工程土石方外運(yùn)特點(diǎn)的皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)。

1)淤泥質(zhì)土在板鏈機(jī)下料到輸送帶的過(guò)程中，無(wú)法均勻布置于輸送帶，在板鏈機(jī)出料口加裝攪拌器以打碎土料，使其均勻落料。

2)板鏈機(jī)起始段出土量難以被控制，通過(guò)在板鏈機(jī)出口處加裝活動(dòng)擋板以控制出土量。

3)在板鏈機(jī)上料口加裝振動(dòng)篩，篩選外徑>40cm的石塊，后經(jīng)連續(xù)試驗(yàn)48h未出現(xiàn)故障。

4)如板鏈機(jī)下落至輸送帶上，土屑易濺射污染地面或影響機(jī)械零部件運(yùn)作，故在落土口處加裝不銹鋼擋土板。

5)輸送帶在運(yùn)土過(guò)程中由于土料不均勻，故在輸送帶兩側(cè)加裝防跑偏定位器。

6)因輸送帶上易附著淤泥土，在皮帶輸送機(jī)端部加裝輸送帶自動(dòng)高壓沖洗裝置配合皮帶刮土器，防止皮帶上的土料落在地面，污染皮帶輸送機(jī)內(nèi)的零部件。

7)遇風(fēng)雨天氣時(shí)，輸送帶上的土料易受天氣影響，故對(duì)落料接駁處與輸送帶進(jìn)行全封閉式加罩運(yùn)輸。

通過(guò)試驗(yàn)段的實(shí)施，提前發(fā)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的問(wèn)題，并采取相應(yīng)措施，效果顯著，達(dá)到輸送濕性淤泥質(zhì)土的基本要求。

5 皮帶輸送機(jī)土石方外運(yùn)施工思路

通過(guò)泥頭車(chē)將土石方運(yùn)輸至規(guī)劃的T4航站樓北側(cè)的土石方中轉(zhuǎn)場(chǎng)，采用挖機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)上料，起始段計(jì)劃布置2臺(tái)6m×3m×2m板鏈機(jī)，外加2臺(tái)鋼制料斗，每臺(tái)板鏈機(jī)卸料效率為200m3/h，每臺(tái)料斗卸料效率為150m3/h。整條沿線(xiàn)皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)度共7 500m， 按海堤路轉(zhuǎn)折點(diǎn)及3 000m一段的原則劃分為5段輸送機(jī)，最長(zhǎng)段為3 000m，最短段為350m，起始段350m長(zhǎng)的輸送帶寬1.4m，以保證正常上料，其余隔斷輸送帶寬度設(shè)定為1.2m，皮帶穩(wěn)定運(yùn)行速度為3.15m/s，滿(mǎn)足>1萬(wàn)m3的出土效率。

海堤路寬7.5m，因海堤路時(shí)有小型車(chē)輛出入，皮帶輸送帶盡可能靠近海堤路防浪墻，輸送機(jī)占地寬度為2.5m，盡可能保證車(chē)輛正常交匯。為使皮帶輸送機(jī)抵抗臺(tái)風(fēng)，可采用液壓拉緊輸送帶，輸送帶連接處進(jìn)行探頭連接，降低皮帶輸送機(jī)整體高度。

皮帶輸送機(jī)總用電功率高達(dá)4 180kW，全線(xiàn)共布置5個(gè)配電室，接電采取就近分流原則，利用現(xiàn)有海堤路高壓電纜分流接電，以解決用電難題，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有資源最大化利用。

6 結(jié)語(yǔ)

深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳及配套工程中的土石方外運(yùn)時(shí)，在結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)及周邊環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，提出多種土石方外運(yùn)方式，綜合費(fèi)用成本、工期需求、外運(yùn)土質(zhì)及安全環(huán)保等因素，通過(guò)實(shí)地考察研究與專(zhuān)家咨詢(xún)，最終選用皮帶輸送機(jī)作為主要土石方外運(yùn)工具。

在深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳試驗(yàn)段的探索研究中，獲得寶貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和使用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步解決皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)距離運(yùn)輸多樣土石方的難題，為長(zhǎng)距離皮帶輸送機(jī)外運(yùn)土石方施工奠定基礎(chǔ)。利用皮帶輸送機(jī)外運(yùn)土石方施工可降低對(duì)道路交通的依賴(lài)性，具有高效穩(wěn)定、綠色施工及經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)勢(shì)。