大型泥漿泵遠距離土方泵送技術

丁應章 徐 強 王 飛 唐立帆 林永祥 洪 耿

中建三局集團有限公司（滬） 上海 200129

隨著城市建設的發展，超大超深基坑工程日益增加，同時伴隨著國家環保類政策陸續出臺，政府對城市基坑工程土方開挖及外運施工作業的環保要求愈加嚴格。對位于城市區域的超大、超深基坑工程，土方工程量較大，采用傳統的機械取土結合渣土車土方外運的土方施工方式，將對城市環境造成污染，并存在增加城市道路交通壓力的可能。杭州蕭山國際機場三期交通中心項目結合工程特點及現場實際情況，應用了大型泥漿泵遠距離土方泵送技術（水沖法），最終很好地解決了這一問題。

1 工程概況

杭州蕭山國際機場三期項目新建航站樓及陸側交通中心工程施工總承包Ⅱ標段主要建筑功能為：地上1—10層主要為旅客過夜用房及配套業務用房，其裙房為3層，配套業務用房為9層。地下4層主要為停車庫、大巴客運中心及機房，同時兼作甲類附建式人防工程。工程建成后，將實現高鐵、地鐵、大巴無縫換乘，年旅客吞吐量突破5 000萬人次，進入全球前50大機場，滿足2022年亞運會的需求。

2 項目背景和出土難點

2.1 項目背景

2.1.1 基坑概況

本標段基坑東西向長356 m、南北向寬276 m，占地面積11萬 m2。總共分為7個基坑：C1（逆作區）；C2、C3區；B1、B2區（順作區）及A1、A2區（順作區）。大面挖深18.9 m，土方工程量190萬 m3。并且基坑周邊環境復雜，北側為在建地鐵站，東側為運營航站樓，南側為在建高鐵站，西側為新建航站樓標段（圖1）。

圖1 交通中心基坑及周邊示意

2.1.2 工程地質

根據工程地質剖面圖，基坑開挖范圍內的土層主要涉及①1雜填土、①2素填土、①4淤泥質填土、③1砂質粉土、③2粉砂夾砂質粉土、③3粉砂、③4粉砂夾淤泥質粉質黏土。

2.2 出土難點

2.2.1 體量大、工期緊、日出土量高

二標段基坑施工階段土方外運共計約190萬 m3，根據入場時第1版總進度計劃，按照土方工程量及施工進度要求出土時間為2019年11月—2020年10月。出土高峰期集中在2020年1月（日出土15 228 m3）、2月（日出土15 228 m3）、6月（日出土15 975 m3），高峰期日出土量接近16 000 m3。若按照機械取土外運考慮，高峰期日出土將達800車次。

2.2.2 四面圍合、交通受限

交通中心基坑四面圍合，東側為運營T1、T3航站樓，南側為Ⅰ標段地下高鐵站和運營T2航站樓，西側為Ⅰ標段T4航站樓主樓，北側為在建地鐵站房（圖2）。交通中心標段施工車輛進出場需穿越航站樓標段施工場地，且僅有一條雙車道道路進出，交通條件受限。

圖2 場地平面關系示意

2.2.3 不停航不停運施工

蕭山國際機場三期建設期間，原有航站樓正常使用，施工過程中需確保不停航、不停運，具體包括：根據場區交通容量，控制施工車輛流量，確保社會車輛正常通行；施工時需控制揚塵，避免揚塵擴散至飛行區影響飛機正常起降。

本項目僅采用機械取土、渣土車外運的出土方式，無法滿足復雜環境下的出土工期要求。

3 水沖法工藝原理介紹

水沖法是通過取水管道從外部引入清水至項目現場基坑內，通過泵體加壓用水槍將高壓水流射入現場待挖區土方，土體遇水變為泥漿，待挖區泥漿坑放置抽漿泵，對泥漿進行增壓，基坑外鋪設泥漿管至卸土點，泥漿通過鋪設管道輸送至卸土點，完成場內土方外運工作。

3.1 清水泵布置

泥漿采用外借用水，通過清水泵加壓后，分支管注入待挖區坑中進行配制。清水泵設置于基坑外附近合適位置（一般鄰近河流），清水泵管與出水管道連接，出水管鋪設至現場待挖區，端部連接轉換頭，轉換頭為12路支管接頭，支管采用水管軟管連接，清水由人工控制，自支管涌出至待制漿基坑內。

3.2 沖刷土體制漿

清水沖刷土體形成3∶2（水∶泥）泥漿，由場內小型泥漿泵通過軟管輸送至坑外主管，主管連接場外大型增壓泵進行增壓后開始遠距離輸送。噴槍沖水壓力一般要求達到0.6 MPa以上，沖擊水流與所開挖土面呈30°～60°角方向沖向土體，連續均勻沖刷，泥水流由沖刷點向泥漿泵部位行進，使沖刷下來的泥水向泥漿泵部位呈鍋底狀集中外排，要避免同一部位沖刷時間過長導致高差過大[1-5]。

3.3 泥漿外運

泥漿輸送管道多采用抗壓PPC管作為主輸漿管，管道連接口采用法蘭連接。管道從出土點沿河鋪設，直至卸土點，因泥漿運輸距離較遠，除場內需設置增壓泵外，沿途也設置增壓泵（一般間距3～4 km一處），現場增壓泵通過現場電箱供電，沿途增壓泵通過附近電站租賃供電。泥漿最終由尾泵管道排出至卸土點圍堰進行自然沉淀。

4 水沖法實際應用

通過分析前述的項目特點及出土難點可知，傳統的機械開挖加運土車外運的方式無法滿足本項目的取土需求。另由于該工程基坑土質多為杭州特有砂質粉土，適宜采用水沖法取土。

4.1 工程水沖法設備投入情況

本工程投入2套水沖法管線設備，日出土量可達8 000 m3，減輕了機場場區交通壓力，實現綠色施工無揚塵，同時保證了土方施工工期，確保了工程整體進度。

4.2 水沖法取土施工過程管理

4.2.1 清水取水點協調

考慮水沖法施工的成本經濟性，選取就近河流水源作為清水取水點。清水取水點應水源供應充足，以本工程為例，泥漿中水、泥比為3∶2，水沖法日出土量8 000 m3，對應清水日取水量12 000 m3。在本項目水沖法實施過程中，先后選取過2次清水取水點，第1次取水點移位原因為周邊參建單位向河道內排放泥漿，導致河道淤積水位不足。

4.2.2 管道布置平面協調

分包單位前期已將機場外部泥漿輸送管線布置完成，出機場設置2條泥漿泵送管線，管道1向西出機場場區后經后解放河及靖江直河至義南橫灣；管道2經空港隧道出場區至機場東大門，沿河道至義南橫灣。水沖法卸土圍堰場地位于紹興市濱海區（運距35 km）。

交通中心標段場地四面圍合，水沖法管線引出至場外需穿越周邊參建單位施工場地。

4.2.3 過程中管道拆改協調

因水沖法管線穿越周邊參建單位場地，隨周邊標段施工工況變化，水沖法管線需進行局部改遷。目前因航站樓北區樁基及承臺施工、北行李通道施工、離場高架北段鋼箱梁吊裝，已進行過3次管線遷改工作。改遷時，需停止場內水沖作業，泥漿泵送管道在停用后立即用清水沖洗，確保將管道內泥漿沖洗干凈，降低堵管概率。

4.2.4 管道爆管應急處理

爆管原因：泥漿管泵送壓力最大可達1 MPa，管線接頭處為薄弱環節，可能存在法蘭盤局部承壓力不足，導致接頭處管線破裂爆管。同時，因泥漿管需穿越周邊參建單位施工場地，在周邊單位施工過程中，施工機械及施工車輛易造成泥漿管機械破壞。

應急處理措施：泥漿泵送時，一旦現場施工巡查人員發現泵送管道爆管時立即停止泥漿輸送，同時組織人員對爆管區域泥漿進行清理，清理完成后由專人對管道進行更換。

4.2.5 水沖法工效保障措施

為保證水沖法取土工效，現場擴大水沖法工作面，將水沖法槍頭間隔分布，實現多點同步水沖。取土點按樹狀分散布置，相鄰取土點之間間隔50 m以上，取土點的位置可根據施工部署的要求進行移動。每個取土點設置臨時泥漿池，池內泥漿由22 kW泥漿泵抽吸入支管，再由支管匯入總管。

4.3 水沖法取土施工創新點應用

4.3.1 淤泥質黏土處理

本工程－17.00 m至基底（承臺底多為－19.25 m）土層為淤泥質粉質黏土，淤泥質粉質黏土含水率高，黏滯性強，很難分散為獨立的散粒體，無法直接水沖為流動性較好的泥漿，不適宜直接采用水沖法取土。

項目針對淤泥質粉質黏土的特性，采取挖機翻倒和機械振動2種方式對原位固結淤泥進行預處理，破壞原狀淤泥的黏結力，提高淤泥質粉質黏土的水沖效率。

振動棒機械振搗原狀淤泥，可迅速打破土粒間黏結力，降低整體黏滯性，使之變為均勻、流動性較好、適于水沖法泵送的泥漿，將其液化，提高水沖法效率。振動棒插入振動10 s，可將周邊40 cm范圍內的淤泥質黏土液化，通過不斷變化振動點位，可將較大范圍內淤泥質黏土進行液化預處理。

采取挖機翻倒原狀淤泥，同樣可起到破壞淤泥質黏土內部黏結力的效果，且通過挖機倒運，可將原位淤泥轉運至淤泥集中水沖點，有利于提前展開底板施工工作面。但挖機翻倒對原狀淤泥起到的液化效果具有遲滯性，無法做到迅速液化的效果。

4.3.2 水沖法防汛排澇應用

本工程基坑面積10萬 m2，降雨匯水面積較大。同時機場場區內因施工影響，蓄水湖已人工回填無法調蓄雨水，規劃新建雨水管道尚未完全接通投入使用。故交通中心標段汛期雨水外排壓力較大。

項目汛期采用水沖法，2臺280 kW泥漿泵兼作雨水強排泵，可起到較好的排澇效果，雨水泵送外排至卸土點，可緩解機場場區內排澇壓力。

4.4 實施成果效益

經濟效益：本工程與土方分包結算土方外運單價，不區分順作明挖與逆作暗挖，不區分渣土車外運和水沖法外運，為統一單價。與業主結算土方合同單價為，順作區土方明挖為118元/m3，逆作區土方暗挖為128元/m3（考慮機械暗挖降效）。本工程逆作區土方暗挖工程量為600 000 m3。采用水沖法土方外運，順作明挖與逆作暗挖難易程度接近，本工程逆作暗挖土方約80%采用水沖外運。故水沖法產生經濟效益為480萬元，且水沖法取土不受場內外交通環境的影響，工作效率穩定，工期效益顯著。

社會效益：粉砂土質水沖法取土及泥漿泵送工法是現代土木工程技術發展的結晶，解決了處于粉砂質土地區的場地內外交通運輸壓力大的超大、超深基坑工程的土方開挖及外運難題。以管道運輸代替傳統的車輛運輸，在緩解交通壓力、保障施工安全的同時，還能避免對周邊環境造成污染。

5 結語

本文結合杭州蕭山國際機場三期交通中心項目基坑施工的實際過程，總結了水沖法取土工藝實際應用中存在的優勢與局限性：相較于傳統的機械取土結合渣土車土方外運的土方施工方式，水沖法出土可全天候連續進行，不受場內外交通的影響，且施工全過程無噪聲，可有效控制土方施工時的基坑揚塵，利于環境保護，受到地方政府的支持。另受限于工藝特性，水沖法出土僅適用于粉土及砂性土出土，對于黏性土需進行預處理，且設備及管線前期一次性投入較大，施工過程中受管線質量影響極大，不適用于較小基坑。