中国为什么削山填谷也要在西部山区建机场?

中国西部机场建设要面临地势起伏大、地形复杂等限制因素,在这些地区建机场,既要大量削山填谷又需要解决平台沉降问题,而且建成后还有可能面临亏损靠补贴为济,山区机场真是建也难不建也难。

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  出品| 网易新闻学院

  作者| 鹤运,土木工程博士

  你知道世界上海拔最高的机场是哪座吗?答案是四川稻城亚丁机场。目前,国内海拔超过四千米的机场就有三座,分别是海拔4411米的稻城亚丁机场,海拔4334米的西藏昌都邦达机场以及海拔4242米的康定机场(需要说明的是,此处的高度为场地标高,而非机场内的最高点)。不难发现,这些机场都位于地势起伏不平、多高原山地的西部地区。

  而根据发展规划,“十三五”期间中国民航计划运输机场数量要达到260个左右、通用机场数量则要达到500个以上,多数新增项目将坐落在中西部,一些中西部地级市甚至将会和省会城市一样,一座城两三座机场,例如甘孜现有康定机场,亚丁机场,还将建格萨尔机场;阿坝现有九黄机场和红原机场;遵义市现有遵义机场,在建茅台机场等。

  看到这些数字,很多人的第一反应都是:“在崇山峻岭中建机场,安全么?起降会受影响么?”因为我们都知道,机场对自然条件的选择非常“挑剔”,一般需要建在开阔平坦的地方,高大的建筑、山体、大型通讯设施周围均不适宜机场建设。那么,中国为什么还要在地形复杂的西部建机场呢?


  (在前不久的九寨沟地震中,海拔高度3447米、曾在汶川救灾中充当“空中生命线”的九寨黄龙机场又继续为九寨沟灾区提供支援。成都理工大学供图)

  (一)为什么要在西部建机场?

  中国是一个多山的国家,虽然我们已经在第二阶梯、第三阶梯上建设了大量的铁路公路(如青藏铁路、青藏公路等),形成了较为便捷的交通网络,但是对中国广袤的国土而言,现有的路网体系仍然满足不了经济发展带来的交通需求。西部地区虽然经济欠发达,但第三产业中的旅游业却特别发达,例如云南、陕西、四川旅游业非常发达,再加上距离东部又十分遥远,交通成为制约这些城市发展的瓶颈,机场成为中西部发展的“刚需”。

  那么,可能有人要问了,上面这些高铁也满足,而且中国的高铁技术那么牛,都修到国外去了,为什么不在西部修高铁呢?

  如果仅考虑建设费用,修建高铁一公里就要2亿元左右,而修建一个支线机场(指目标年旅客吞吐量小于等于50万人次,主要起降短程飞机,规划的直达航班一般在800—1500公里范围内的机场),大概只需要4亿元左右,大一点的也就十几亿元。加之西部地区地域辽阔,人口密度相对较低,这样的地方修高铁显然不划算,而修更多支线机场却是既方便又经济。

  (二)在西部建机场有哪些困难?

  1、山区地势起伏,建跑道需要挖山填谷

  山区地形起伏,建出跑道并不容易,往往需要挖山填谷。


  很多人也许会问:“为什么不选择平的地方建,而非要找地形起伏的地方呢?这不是自讨苦吃么?”工程师们对此也有考虑,谁不希望建设难度低一些,早点建完回家?一方面,平地很可能有城镇,山区的开阔地带很多早已成为人类的聚居地,形成城镇(如兰州),机场不宜离城区太近,只能另行选址;另一方面,这样的地方可能不利于飞行。

  因此在考虑建设条件、机场供水等因素后,早期的山区机场建设一般选在山间谷地(如西藏林芝机场、西昌青山机场),以节约建设成本、方便施工。但这类山谷地带不利于飞机飞行,跑道周边的山易成为影响飞机起降的障碍物,场地净空条件差,后期建设的机场逐渐上移到山腰、山顶,以更好地满足净空要求。而中国山区民用机场跑道长度一般为2~4千米(攀枝花机场跑道较短,2800米,康定机场跑道较长,4000米),因此在实际施工时,跑道周边的山头会被削平,削下来的石料供机场施工使用。

  比如,贵阳龙洞堡国际机场建设时飞行区的最大削方高度达114.67米,最大填方厚度达54米左右,相当于要削掉四十层的高度,填十八层的山沟,在国内外尚属罕见。

  再比如广西自治区最高的机场河池金城江机场建设时削平了65座山顶,而它和九黄机场比起来,还是小巫见大巫。九寨黄龙机场填方总量达6700万立方米,如果按每立方米两吨估算,填料总质量超过一亿三千万吨!这个质量,是埃菲尔铁塔的一万倍。如果把这些材料制成等体积的砖块,砖头排起来可绕地球23圈。


  (图:茅台机场施工现场,图片由作者拍摄)

  2、成本受限,地基只能就地取材

  填方工程最大的难处在于处理好地基材料。以往常见的填筑工程中,公路建设用料少,运输材料较方便,大坝建设费用充足,可以花更多的钱开采优质石材。而机场建设成本受限,通常只能“就地取材 ”,本地的姑娘嫁本地的郎,本地的山头填本地的沟。最后工程上用的材料常为风化程度较高的岩石(碎石),甚至是碎石和土的混合物。

  摆在建设者面前的问题是:如何对此类配比不均匀、质量较差的大块石进行处理,完成高填方填筑,并使填筑的地基达到飞行要求。具体的要求包括,填筑体稳定(不易发生滑坡等灾害)、均匀(各处质量都要过关)、密实(不能松散)、工后沉降量小。特别是最后一点“工后沉降小”,是最核心的要求。

  3、碎石填筑易下沉变形,需要逐层填筑并强夯

  石头堆起来的东西,会不稳定?施工完成后会往下沉?这是肯定的。这类材料具有一种非常特殊的性质——“蠕变”,碎石填筑体在自重作用下会发生持续的变形,受降雨、飞机起降冲击的影响,这一变形还会更大。小型工程(如填筑高度只有十多米)中石头的变形或许可以忽略,而填筑几十上百米的大型工程,微小的变形积累起来就十分可观(例如填筑五十米高度上,会有平均百分之一的工后沉降,总的变形量就是半米)。


  (龙洞堡机场)

  为了控制沉降,西部机场建设常常采用强夯法进行地基处理,逐层填筑并强夯,龙洞堡机场就是这么建的。为了搞清楚强夯后材料的特性、填筑后材料的变形规律,施工方和多家科研单位历时二年多,分别进行了各个尺度的试验和研究,如大块石组成的级配分析、填筑施工方法的效果对比、单点夯击试验、区块夯击试验,以及有效加固深度测试、地基沉降变形观测等测试。为当地的工程获取了一手资料,也为今后的同类工程积攒了宝贵的经验,至今还在西部机场建设中广泛使用。

  (三)为什么削山填谷也要建机场?

  对比一组数据你就知道了。

  美国机场数量近20000个,除了其中70%都是私人机场外,剩下的约5000个机场中,有接近500个是民用运输机场,其余的都是通用机场。这些通用机场承担了大部分短途出行、医疗救援、救灾、旅游等功能。

  再看中国。根据《中国机场建设现状及未来展望》:“目前中国境内共有机场220座,其中定期航班通航的机场只有218个。”这个数量只能达到美国运输机场的一半,如果再算上通航机场,中美之间的差距更是拉大到1/10甚至更低水平。

  机场数量严重不足,使得中西部城市小型机场的建设,成为未来中国机场建设的重点。

  然而,诸多机场的生存状况及其严峻。根据中国民用机场协会的数据,全国218个机场当中,只有56个是盈利的,占机场总数的1/4,其余的全部亏损,总计约40亿人民币。绝大部分小型机场只能依靠政府补贴过活。

  2017年3月,民航局财务司发布了2017年对民航小机场的补贴预算方案,共有162家小机场将获得补贴,补贴总金额为14.29亿元。

  但每一个新建机场的背后,不仅包含了国家对地区间经济均衡发展的战略预期,还包含了各地区尤其是偏远地区对经济发展和出行便利的渴望。即使面临巨额亏损的隐患,新机场建设的热情依然高涨,削山填谷、移土造地就更算不上什么难题了。

  结语

  未来一段时期内,西部机场建设将会大规模开展,机场不是小打小闹,必须有一方数公里长的平地用来建平直跑道供飞机起降,而这对于地势起伏大,地形复杂的中国西部山区来说无疑是一个大难题,机场不建,制约当地经济发展;建又需要大规模削山填谷,而且建成后还有可能面临亏损靠补贴为济,山区机场真是建也难不建也难。

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  编辑| 史文慧

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