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基建狂魔:中國為何削山填穀也要在西部建設那麼多的機場?

作者| 鶴運 土木工程博士, 網易

中國西部機場建設要面臨地勢起伏大、地形複雜等限制因素, 在這些地區建機場, 既要大量削山填穀又需要解決平臺沉降問題, 而且建成後還有可能面臨虧損靠補貼為濟, 山區機場真是建也難不建也難。

你知道世界上海拔最高的機場是哪座嗎?答案是四川稻城亞丁機場。 目前, 國內海拔超過四千米的機場就有三座, 分別是海拔4411米的稻城亞丁機場, 海拔4334米的西藏昌都邦達機場以及海拔4242米的康定機場(需要說明的是, 此處的高度為場地標高, 而非機場內的最高點)。

不難發現, 這些機場都位於地勢起伏不平、多高原山地的西部地區。

而根據發展規劃, “十三五”期間中國民航計畫運輸機場數量要達到260個左右、通用機場數量則要達到500個以上, 多數新增項目將坐落在中西部, 一些中西部地級市甚至將會和省會城市一樣, 一座城兩三座機場, 例如甘孜現有康定機場, 亞丁機場, 還將建格薩爾機場;阿壩現有九黃機場和紅原機場;遵義市現有遵義機場, 在建茅臺機場等。

看到這些數字, 很多人的第一反應都是:“在崇山峻嶺中建機場, 安全麼?起降會受影響麼?”因為我們都知道, 機場對自然條件的選擇非常“挑剔”, 一般需要建在開闊平坦的地方, 高大的建築、山體、大型通訊設施周圍均不適宜機場建設。

那麼, 中國為什麼還要在地形複雜的西部建機場呢?

九寨黃龍機場

(一)為什麼要在西部建機場?

中國是一個多山的國家, 雖然我們已經在第二階梯、第三階梯上建設了大量的鐵路公路(如青藏鐵路、青藏公路等), 形成了較為便捷的交通網絡,

但是對中國廣袤的國土而言, 現有的路網體系仍然滿足不了經濟發展帶來的交通需求。 西部地區雖然經濟欠發達, 但第三產業中的旅遊業卻特別發達, 例如雲南、陝西、四川旅遊業非常發達, 再加上距離東部又十分遙遠, 交通成為制約這些城市發展的瓶頸, 機場成為中西部發展的“剛需”。

那麼, 可能有人要問了, 上面這些高鐵也滿足, 而且中國的高鐵技術那麼牛, 都修到國外去了, 為什麼不在西部修高鐵呢?

如果僅考慮建設費用, 修建高鐵一公里就要2億元左右, 而修建一個支線機場(指目標年旅客輸送量小於等於50萬人次, 主要起降短程飛機, 規劃的直達航班一般在800—1500公里範圍內的機場), 大概只需要4億元左右, 大一點的也就十幾億元。

加之西部地區地域遼闊, 人口密度相對較低, 這樣的地方修高鐵顯然不划算, 而修更多支線機場卻是既方便又經濟。

(二)在西部建機場有哪些困難?

1、山區地勢起伏, 建跑道需要挖山填穀

山區地形起伏, 建出跑道並不容易, 往往需要挖山填穀。

很多人也許會問:“為什麼不選擇平的地方建, 而非要找地形起伏的地方呢?這不是自討苦吃麼?”工程師們對此也有考慮, 誰不希望建設難度低一些, 早點建完回家?一方面, 平地很可能有城鎮, 山區的開闊地帶很多早已成為人類的聚居地, 形成城鎮(如蘭州), 機場不宜離城區太近, 只能另行選址;另一方面, 這樣的地方可能不利於飛行。

因此在考慮建設條件、機場供水等因素後, 早期的山區機場建設一般選在山間谷地(如西藏林芝機場、西昌青山機場), 以節約建設成本、方便施工。 但這類山谷地帶不利於飛機飛行, 跑道周邊的山易成為影響飛機起降的障礙物, 場地淨空條件差, 後期建設的機場逐漸上移到山腰、山頂, 以更好地滿足淨空要求。 而中國山區民用機場跑道長度一般為2~4千米(攀枝花機場跑道較短,2800米,康定機場跑道較長,4000米),因此在實際施工時,跑道周邊的山頭會被削平,削下來的石料供機場施工使用。

比如,貴陽龍洞堡國際機場建設時飛行區的最大削方高度達114.67米,最大填方厚度達54米左右,相當於要削掉四十層的高度,填十八層的山溝,在國內外尚屬罕見。

再比如廣西自治區最高的機場河池金城江機場建設時削平了65座山頂,而它和九黃機場比起來,還是小巫見大巫。九寨黃龍機場填方總量達6700萬立方米,如果按每立方米兩噸估算,填料總品質超過一億三千萬噸!這個品質,是埃菲爾鐵塔的一萬倍。如果把這些材料製成等體積的磚塊,磚頭排起來可繞地球23圈。

(圖:茅臺機場施工現場,圖片由作者拍攝)

2、成本受限,地基只能“就地取材”

填方工程最大的難處在於處理好地基材料。以往常見的填築工程中,公路建設用料少,運輸材料較方便,大壩建設費用充足,可以花更多的錢開採優質石材。而機場建設成本受限,通常只能“就地取材 ”,本地的姑娘嫁本地的郎,本地的山頭填本地的溝。最後工程上用的材料常為風化程度較高的岩石(碎石),甚至是碎石和土的混合物。

擺在建設者面前的問題是:如何對此類配比不均勻、品質較差的大塊石進行處理,完成高填方填築,並使填築的地基達到飛行要求。具體的要求包括,填築體穩定(不易發生滑坡等災害)、均勻(各處品質都要過關)、密實(不能鬆散)、工後沉降量小。特別是最後一點“工後沉降小”,是最核心的要求。

3、碎石填築易下沉變形,需要逐層填築並強夯

石頭堆起來的東西,會不穩定?施工完成後會往下沉?這是肯定的。這類材料具有一種非常特殊的性質——“蠕變”,碎石填築體在自重作用下會發生持續的變形,受降雨、飛機起降衝擊的影響,這一變形還會更大。小型工程(如填築高度只有十多米)中石頭的變形或許可以忽略,而填築幾十上百米的大型工程,微小的變形積累起來就十分可觀(例如填築五十米高度上,會有平均百分之一的工後沉降,總的變形量就是半米)。

(龍洞堡機場)

為了控制沉降,西部機場建設常常採用強夯法進行地基處理,逐層填築並強夯,龍洞堡機場就是這麼建的。為了搞清楚強夯後材料的特性、填築後材料的變形規律,施工方和多家科研單位歷時二年多,分別進行了各個尺度的試驗和研究,如大塊石組成的級配分析、填築施工方法的效果對比、單點夯擊試驗、區塊夯擊試驗,以及有效加固深度測試、地基沉降變形觀測等測試。為當地的工程獲取了一手資料,也為今後的同類工程積攢了寶貴的經驗,至今還在西部機場建設中廣泛使用。

(三)為什麼削山填穀也要建機場?

對比一組資料你就知道了。

美國機場數量近20000個,除了其中70%都是私人機場外,剩下的約5000個機場中,有接近500個是民用運輸機場,其餘的都是通用機場。這些通用機場承擔了大部分短途出行、醫療救援、救災、旅遊等功能。

再看中國。根據《中國機場建設現狀及未來展望》:“目前中國境內共有機場220座,其中定期航班通航的機場只有218個。”這個數量只能達到美國運輸機場的一半,如果再算上通航機場,中美之間的差距更是拉大到1/10甚至更低水準。

機場數量嚴重不足,使得中西部城市小型機場的建設,成為未來中國機場建設的重點。

然而,諸多機場的生存狀況及其嚴峻。根據中國民用機場協會的資料,全國218個機場當中,只有56個是盈利的,占機場總數的1/4,其餘的全部虧損,總計約40億人民幣。絕大部分小型機場只能依靠政府補貼過活。

2017年3月,民航局財務司發佈了2017年對民航小機場的補貼預算方案,共有162家小機場將獲得補貼,補貼總金額為14.29億元。

但每一個新建機場的背後,不僅包含了國家對地區間經濟均衡發展的戰略預期,還包含了各地區尤其是偏遠地區對經濟發展和出行便利的渴望。即使面臨巨額虧損的隱患,新機場建設的熱情依然高漲,削山填穀、移土造地就更算不上什麼難題了。

結語

未來一段時期內,西部機場建設將會大規模開展,機場不是小打小鬧,必須有一方數公里長的平地用來建平直跑道供飛機起降,而這對於地勢起伏大,地形複雜的中國西部山區來說無疑是一個大難題,機場不建,制約當地經濟發展;建又需要大規模削山填穀,而且建成後還有可能面臨虧損靠補貼為濟,山區機場真是建也難不建也難。

而中國山區民用機場跑道長度一般為2~4千米(攀枝花機場跑道較短,2800米,康定機場跑道較長,4000米),因此在實際施工時,跑道周邊的山頭會被削平,削下來的石料供機場施工使用。

比如,貴陽龍洞堡國際機場建設時飛行區的最大削方高度達114.67米,最大填方厚度達54米左右,相當於要削掉四十層的高度,填十八層的山溝,在國內外尚屬罕見。

再比如廣西自治區最高的機場河池金城江機場建設時削平了65座山頂,而它和九黃機場比起來,還是小巫見大巫。九寨黃龍機場填方總量達6700萬立方米,如果按每立方米兩噸估算,填料總品質超過一億三千萬噸!這個品質,是埃菲爾鐵塔的一萬倍。如果把這些材料製成等體積的磚塊,磚頭排起來可繞地球23圈。

(圖:茅臺機場施工現場,圖片由作者拍攝)

2、成本受限,地基只能“就地取材”

填方工程最大的難處在於處理好地基材料。以往常見的填築工程中,公路建設用料少,運輸材料較方便,大壩建設費用充足,可以花更多的錢開採優質石材。而機場建設成本受限,通常只能“就地取材 ”,本地的姑娘嫁本地的郎,本地的山頭填本地的溝。最後工程上用的材料常為風化程度較高的岩石(碎石),甚至是碎石和土的混合物。

擺在建設者面前的問題是:如何對此類配比不均勻、品質較差的大塊石進行處理,完成高填方填築,並使填築的地基達到飛行要求。具體的要求包括,填築體穩定(不易發生滑坡等災害)、均勻(各處品質都要過關)、密實(不能鬆散)、工後沉降量小。特別是最後一點“工後沉降小”,是最核心的要求。

3、碎石填築易下沉變形,需要逐層填築並強夯

石頭堆起來的東西,會不穩定?施工完成後會往下沉?這是肯定的。這類材料具有一種非常特殊的性質——“蠕變”,碎石填築體在自重作用下會發生持續的變形,受降雨、飛機起降衝擊的影響,這一變形還會更大。小型工程(如填築高度只有十多米)中石頭的變形或許可以忽略,而填築幾十上百米的大型工程,微小的變形積累起來就十分可觀(例如填築五十米高度上,會有平均百分之一的工後沉降,總的變形量就是半米)。

(龍洞堡機場)

為了控制沉降,西部機場建設常常採用強夯法進行地基處理,逐層填築並強夯,龍洞堡機場就是這麼建的。為了搞清楚強夯後材料的特性、填築後材料的變形規律,施工方和多家科研單位歷時二年多,分別進行了各個尺度的試驗和研究,如大塊石組成的級配分析、填築施工方法的效果對比、單點夯擊試驗、區塊夯擊試驗,以及有效加固深度測試、地基沉降變形觀測等測試。為當地的工程獲取了一手資料,也為今後的同類工程積攢了寶貴的經驗,至今還在西部機場建設中廣泛使用。

(三)為什麼削山填穀也要建機場?

對比一組資料你就知道了。

美國機場數量近20000個,除了其中70%都是私人機場外,剩下的約5000個機場中,有接近500個是民用運輸機場,其餘的都是通用機場。這些通用機場承擔了大部分短途出行、醫療救援、救災、旅遊等功能。

再看中國。根據《中國機場建設現狀及未來展望》:“目前中國境內共有機場220座,其中定期航班通航的機場只有218個。”這個數量只能達到美國運輸機場的一半,如果再算上通航機場,中美之間的差距更是拉大到1/10甚至更低水準。

機場數量嚴重不足,使得中西部城市小型機場的建設,成為未來中國機場建設的重點。

然而,諸多機場的生存狀況及其嚴峻。根據中國民用機場協會的資料,全國218個機場當中,只有56個是盈利的,占機場總數的1/4,其餘的全部虧損,總計約40億人民幣。絕大部分小型機場只能依靠政府補貼過活。

2017年3月,民航局財務司發佈了2017年對民航小機場的補貼預算方案,共有162家小機場將獲得補貼,補貼總金額為14.29億元。

但每一個新建機場的背後,不僅包含了國家對地區間經濟均衡發展的戰略預期,還包含了各地區尤其是偏遠地區對經濟發展和出行便利的渴望。即使面臨巨額虧損的隱患,新機場建設的熱情依然高漲,削山填穀、移土造地就更算不上什麼難題了。

結語

未來一段時期內,西部機場建設將會大規模開展,機場不是小打小鬧,必須有一方數公里長的平地用來建平直跑道供飛機起降,而這對於地勢起伏大,地形複雜的中國西部山區來說無疑是一個大難題,機場不建,制約當地經濟發展;建又需要大規模削山填穀,而且建成後還有可能面臨虧損靠補貼為濟,山區機場真是建也難不建也難。

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