深圳寶安國際機場衛星廳及配套工程大體量土石方運輸方案及試驗*

盧建文，李天隆，鐘 恩，胡 帥，何志鵬

(中國建筑第八工程局有限公司華南分公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

在臨海地區大型項目中，由于工程規模龐大，外運出土工程巨大，土石方量往往達百萬級，甚至千萬級。若采用常規泥頭車外運方式則需大量土石方運輸車輛，易影響周邊道路交通，制約工程施工進度。本文以深圳寶安國際機場衛星廳及配套工程為載體，在工期緊張及場內交通擁堵等壓力下，尋找創新形式的土石方外運方式。

1 工程概況

深圳寶安國際機場衛星廳及配套工程位于深圳市西南部，于寶安國際機場T3航站樓北側，距海岸線約1km。作為深圳寶安國際機場新一期擴建工程，主要包含旅客衛星廳、捷運及行李隧道、運營維修車間、制冷站及T3航站樓改造等單位工程，總占地面積約16.3萬m2，場內業態多而分散。

1.1 土石方規模

該工程土石方外運量總計約114萬m3，基坑縱向長達1 100余m，橫向長達580余m，土石方外運情況如表1所示。

表1 土石方外運情況 萬m3

1.2 工程地質

根據項目地質勘察資料，場地原始地貌為濱海灘涂，后經填海形成陸域，場地距海域約1km，地下水位埋深較淺。深圳寶安國際機場衛星廳及配套工程各基坑深度不同，最大開挖達到14.5m，挖出土層自上而下主要為素填土、填石、淤泥、黏土、粗砂、砂質黏性土、全風化帶花崗片麻巖等。結合地質勘察資料與基坑設計圖紙，基坑開挖土石方主要以素填土和淤泥為主，并含少量粉質黏土與砂質土等，土質種類多，淤泥土質含量占比達40%。

1.3 周邊環境

項目場地緊鄰已運營T3航站樓站坪用地，T3航站樓西南側為機場碼頭，平日泊位充足，可聯系棄土船將機場碼頭作為外運棄土點。沿機場海岸線附近設有7.5m寬的海堤路。海堤路一端頭鄰近卻無法直達機場碼頭，另一端即機場遠期規劃T4航站樓用地的西北側，為空曠場地，道路在機場部門的管理下人車罕至(見圖1)。

圖1 項目周邊環境

由于施工期間T3航站樓不停止運營，因此，上述區域屬于空港限高范圍，最低限高高度為10m。

2 工程特點

2.1 交通壓力大

項目場地被機場用地和福永河包圍，工程車輛只有唯一進出場道路，途徑航站四路—機場九道—福永河沿線后進入場內臨時硬化道路，方可到達出土核心區，線路總長約7.5km，其中路程后半段為8m寬、約3.0km長的雙向雙車道，在道路常年維修及多處崗亭管制下，進出場路線多處形成交通運輸的瓶頸，嚴重制約土石方外運效率。同時場內周邊眾多機場配套工程開工，全面開展土石方外運工作，因此場內交通壓力巨大。

2.2 施工進度緊張

該項目合同要求在26個月的周期內完成全專業施工任務，履約工期緊張，土石方外運作為關鍵線路工作，需在2019年6月至次年3月完成，期間同步進行各基坑土石方外運工作，根據統計，日均最大棄土量約9 000余m3。具體土石方外運計劃如表2所示。

表2 土石方外運計劃

2.3 外部限制因素多

土石方外運期間恰逢深圳市新型泥頭車政策改革初期，舊式泥頭車被淘汰，新能源泥頭車數量短缺，在外運路線長的情況下，泥頭車數量難以滿足高峰期土石方外運效率。同時，城市限制淤泥棄土場和濕性淤泥質土上路，且本工程屬于深圳寶安國際機場不停航擴建工程，嚴格監管進退場車輛，影響行車效率。

3 土石方外運方案研究與比選

3.1 土石方外運方案的提出

本項目土石方外運方案需綜合考慮土石方工程規模、地理位置、工程地質、施工進度要求、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、場內外交通復雜、土質含水率高，以淤泥為主、外部受限因素多，為此要求土石方運輸設備施工效率高、轉運能力強、適合長距離運輸、適應本工程土質、受場內外交通影響小，同時節約占用場地，利用現有周邊資源、節能環保。根據上述要求，通過實地考察及參考國內有關經驗，提出以下方案。

1)方案1 使用泥頭車外運土石方，操作簡單、運輸與布置靈活、能適應各類土質的運輸、場地需求低。

2)方案2 土石方機械配合水力機械進行開挖及運輸，該方案主要采用泥漿泵送方式出運土石方，在不同開挖深度上布置推土機、挖機與水力機械，使整個現場形成土石方短駁、翻土與松土、沖土與泵送泥漿的連續工作面，加快沖土、出土效率，同時沖土泵送泥漿工序與基坑內各道施工工序通過合理組織、有序穿插，形成流水施工。作業全程無泥頭車外運，極大縮短運輸距離，為此交通壓力影響較小，減少揚塵污染，滿足綠色環保要求。

3)方案3 使用皮帶輸送機將土石方運輸至碼頭，參考散貨碼頭及礦山行業中物料運輸較成熟的皮帶輸送機工藝技術，結合本項目土質情況，皮帶輸送機適應濕性土質，可連續運輸作業，運輸速度快、效率高，施工受外部干擾小，極大縮短運輸距離，采用全封閉式運土方式可滿足環保要求。對周邊環境進行勘察后發現，現有機場貨運碼頭可作為土石方外運點。

4)方案4 使用纜機吊罐運輸土石方至碼頭，沿較近路線布置多條立柱，將裝有土石方的吊罐通過立柱間的纜索直接運至卸料處，縮短運輸距離。適應各類土質運輸，可連續穩定進行運輸作業，但纜機設計軌頂高度為10～15m。

3.2 方案實施難點

1)方案1 受場內外道路限制大，易出現擁堵現象，嚴重影響行車效率。周邊缺少可堆放淤泥的棄土場，棄土路程遙遠，土石方外運效率低，同時受泥頭車車改政策影響，新型泥頭車數量難以滿足施工需求。在多重因素影響下，該方案運輸效率遠遠不能滿足實際土石方外棄需求，嚴重制約施工進度。

2)方案2 該方案附近需有泥漿收納回填場地作為棄土場地，沖土造漿土質受限于類粉質黏性土，而外運土石方主要為淤泥質土，難溶于水，無法形成可泵送的泥漿。

3)方案3 場地路線約7.5km長，皮帶輸送機設備投入大，需對入料、運輸、出料等過程進行詳細設計與研究。本項目主要為淤泥質土，在國內使用皮帶運輸該類土石方案例極少，在外部受限條件復雜的情況下，應仔細進行研究論證。

4)方案4 場地路線約7.5km長，纜機設備投入大，可適應各類土石方，運輸效率較低，工作及安裝高度超出不停航施工限高要求。同時纜機易受暴風雷雨天氣影響，安全運輸工作至關重要，因此在海岸線范圍內難以持續穩定運輸。

3.3 技術經濟對比分析

1)方案1 適用于所有土質，場地需求低、交通需求高，運輸效率視交通情況而定。經統計，本項目出土效率約2 210m3/d，運輸穩定性易受交通路況影響。不停航施工要求滿足限高要求，對道路交通存在安全影響，無組織時間，無一次性投入，攤分后的單價為155～175元/m3，但有渣土遺落。

2)方案2 適用于粉質土，場地需要大型泥漿收集沉淀池，交通需求低，運輸效率視泥漿泵與沉淀池數量而定，每臺泥漿泵每日工作360m3，無運輸穩定性。水力機械、地面輸送泵管等高度對不停航無影響。從路線規劃→采購→安裝階段共需40d。一次性需投入(500～800)萬元，攤分后的單價為34～44元/m3，需嚴格控制泥漿排放。

3)方案3 適用于大部分土質，但需要土石方中轉場地，占用部分道路。皮帶穩定運行速度為3.15m/s，能滿足1 500m3/h的出土效率。可采用封閉式運輸免受天氣影響。吊裝安裝高度≤10m，未突破空港限高。設計→采購→安裝→調試階段共需約90d。一次性投入達(3 000～5 000)萬元，攤分后的單價為66～82元/m3，可采用封閉式運輸降低環境污染。

4)方案4 適用于所有土質，但需要土石方中轉場地，占用部分道路，以2臺30t平移式纜機為例，可運輸土石方約110m3/h。運輸工作易受天氣影響，纜機吊裝高度20m，超出限高要求。支架易受惡劣天氣影響，安全性不高。設計→采購→安裝→調試階段共需約90d。一次性投入達(2 000～4 000)萬元，攤分后的單價為62～69元/m3。

通過比選上述土石方外運方案，總結如下：方案1組織靈活、適應各類土質，但無法滿足工期要求，且外運費用單價高；方案2雖然靈活高效，可實現沖土與出土施工一體化，但僅適用于粉質土，無法滿足淤泥質土的施工；方案3雖然各項指標內容符合外運要求，但如此大體量土石方長距離外運技術在國內無較成熟的經驗與案例參考，需進一步對可行性、適用性與實用性進行研究與論證；方案4運輸效率不高且不穩定，無法滿足項目工期，同時超出機場限高要求。

4 皮帶輸送機試驗段分析

皮帶輸送機一次性投入大，為確保運輸土石方工程順利實施，在旅客衛星廳東北指廊堆場選取地點做試驗段，以提前發現實施過程中的問題。

試驗段布置1臺3m×6m板鏈機、上料起始段和50m長的固定式爬坡皮帶輸送機作為運輸工具。試驗初期，通過探索與改良皮帶輸送機，研究出適應本工程土石方外運特點的皮帶輸送機系統。

1)淤泥質土在板鏈機下料到輸送帶的過程中，無法均勻布置于輸送帶，在板鏈機出料口加裝攪拌器以打碎土料，使其均勻落料。

2)板鏈機起始段出土量難以被控制，通過在板鏈機出口處加裝活動擋板以控制出土量。

3)在板鏈機上料口加裝振動篩，篩選外徑>40cm的石塊，后經連續試驗48h未出現故障。

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

5)輸送帶在運土過程中由于土料不均勻，故在輸送帶兩側加裝防跑偏定位器。

6)因輸送帶上易附著淤泥土，在皮帶輸送機端部加裝輸送帶自動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，污染皮帶輸送機內的零部件。

7)遇風雨天氣時，輸送帶上的土料易受天氣影響，故對落料接駁處與輸送帶進行全封閉式加罩運輸。

通過試驗段的實施，提前發現皮帶輸送機運轉過程中的問題，并采取相應措施，效果顯著，達到輸送濕性淤泥質土的基本要求。

5 皮帶輸送機土石方外運施工思路

通過泥頭車將土石方運輸至規劃的T4航站樓北側的土石方中轉場，采用挖機轉運上料，起始段計劃布置2臺6m×3m×2m板鏈機，外加2臺鋼制料斗，每臺板鏈機卸料效率為200m3/h，每臺料斗卸料效率為150m3/h。整條沿線皮帶輸送機長度共7 500m， 按海堤路轉折點及3 000m一段的原則劃分為5段輸送機，最長段為3 000m，最短段為350m，起始段350m長的輸送帶寬1.4m，以保證正常上料，其余隔斷輸送帶寬度設定為1.2m，皮帶穩定運行速度為3.15m/s，滿足>1萬m3的出土效率。

海堤路寬7.5m，因海堤路時有小型車輛出入，皮帶輸送帶盡可能靠近海堤路防浪墻，輸送機占地寬度為2.5m，盡可能保證車輛正常交匯。為使皮帶輸送機抵抗臺風，可采用液壓拉緊輸送帶，輸送帶連接處進行探頭連接，降低皮帶輸送機整體高度。

皮帶輸送機總用電功率高達4 180kW，全線共布置5個配電室，接電采取就近分流原則，利用現有海堤路高壓電纜分流接電，以解決用電難題，實現現有資源最大化利用。

6 結語

深圳寶安國際機場衛星廳及配套工程中的土石方外運時，在結合項目特點及周邊環境條件的基礎上，提出多種土石方外運方式，綜合費用成本、工期需求、外運土質及安全環保等因素，通過實地考察研究與專家咨詢，最終選用皮帶輸送機作為主要土石方外運工具。

在深圳寶安國際機場衛星廳試驗段的探索研究中，獲得寶貴的試驗數據和使用經驗，進一步解決皮帶輸送機長距離運輸多樣土石方的難題，為長距離皮帶輸送機外運土石方施工奠定基礎。利用皮帶輸送機外運土石方施工可降低對道路交通的依賴性，具有高效穩定、綠色施工及經濟合理等優勢。