施工设备在路面不中断运行翻修中的组合分析

曹源文，马丽英，陈鹏鹏

(重庆交通大学机电与汽车工程学院，重庆400074)

水泥混凝土路面由于其强度高、扩散荷载能力强、稳定性好等优点，在机场道路建设中得到了广泛的应用。近年来现有的水泥混凝土路面有相当一部分已接近或超过设计年限，有的虽然没有达到设计年限，但由于经济的高速发展，交通量剧增，客货流量巨大，跑道长期使用使得机场跑道出现了不同程度的破损、裂缝等结构性破坏，严重影响了正常的交通运输，使得飞行安全存在隐患，因此对机场跑道尽快进行翻修成为机场交通建设所面临的刻不容缓的任务。

旧水泥路面的改造方法有很多种，如薄层罩面，表面处治，在原水泥混凝土路面直接加铺沥青混凝土等［1］。这些方法虽然能够加快施工进度，但由于其强度不能达到机场路面的运行要求，水泥混凝土路面的内部裂缝无法修补，不能彻底防止反射裂缝的产生，特别是在机场跑道翻修的过程中要求保证跑道不中断使用，因此考虑采用对旧水泥混凝土路面进行破碎，使其再生，再加铺沥青混合料结构层形成一种高质量的施工方法。但这必给翻修施工带来很大困难。那么如何根据机场不中断使用的特殊要求，选择适合施工的机械设备、施工工艺，并进行理想的优化、组合，成为翻修机场道路之关键所在。

1 法兰克福(FRA)机场特性

FRA机场是世界上最重要的国际机场之一，是世界各地航线的交通枢纽，2005年FRA客流量5 220万，在德国排列第1位，欧洲排列第2位，世界排列第7位。德国联邦政府把机场定性为重要的公益性的交通基础设施。法兰克福机场建有3条可供各种机型飞机起降的跑道，如图1。

图1 法兰克福机场简图Fig.1 Diagram of Frankfurt(FRA)airport

跑道道面为水泥混凝土，由于其客、货流量非常大，2003年月高峰客流400万人/次，日高峰客流18万人/次，高峰小时客流2万人/次;飞机日起降1 250架/次，高峰小时80架/次，年货运吞吐量173万 t，预计 2010 年客流量将达到 7 100 人/次［2］，由于客货流量的巨大和跑道的长期使用，使得机场跑道出现了破损、裂缝等破坏，如图2［3］。

图2 机场跑道道面出现裂缝损坏Fig.2 Crack damages appeared on the runway pavement

2 翻修基本数据

本次翻修的机场跑道为图1中的深蓝色线所画跑道，施工时间2003年4月—2005年6月;施工道路尺寸4 000 m ×61 m;每天翻修道面长度15 m，夜间施工每晚22:30—6:00，整个翻修工程大约需要300夜;施工人数大约为35人;需翻修的道面总面积25万m2;可回收的旧混凝土材料大约15万m3;混合材料大约42.5万t;用于道面翻修的建设原料取自法兰克福当地，每夜施工费用约为12.5万欧元。

为了保证在每天早晨的6点飞机能够正常起降，因此翻修路面材料采用沥青混合料进行铺设，其路面结构为:磨耗层采用4 cm厚的沥青玛蹄脂0/11，中面层采用8 cm厚的沥青混合料0/22，下面层采用24 cm厚的沥青混合料0/32，基层采用24 cm厚的沥青混合料0/32。垫层为天然砂砾，沥青面层的总厚度为60 cm，翻修路面的结构图如图3［3］。

图3 翻修路面结构图Fig.3 Structure diagram of renovation pavement

3 翻修施工要求

3.1 施工设备的特殊要求

由于施工人员必须在夜间工作，对他们进入机场的安全检查要求非常严格，因此施工人员必须每晚都要接受安检;又由于进行道路施工需要一定的服务车辆和机械化施工设备，并且这些设备大多数属于特殊机械设备，因此施工中需要持有所需的特种驾驶执照，机动车辆要有在机场行驶所需的特殊许可证。

3.2 施工时间特殊要求

施工总时间一共为26个月，周期短，在此期间考虑到施工人员的假期，夏季假期6周、冬季假期8周和每天白天停止工作，晚上开始施工的特点，使得整个施工不能连续进行，必须分为几个阶段，同时考虑法兰克福当地天气变化，在雨天和寒冷时间均要停止施工。

3.3 施工工艺特殊要求

FRA机场翻修的关键环节是:为保证机场跑道工作的连续性，必须做到在当晚一段道面翻修完成后，第二天早晨6:00准时保证道面上飞机的正常起飞和降落。

4 施工工艺及设备组合分析

4.1 施工工艺

1)22:00跑道还处于工作状态，施工设备待命，在接到跑道停止工作状态指令后，施工设备马上转移到跑道上。

2)22:30液压撞锤等施工设备通过卡车转移上跑道，开始进行跑道道面拆除工程工作，如图4。

图4 施工设备转移到跑道Fig.4 Construction equipment moved to runway

3)23:00液压撞锤破碎道面水泥混凝土，并通过挖掘机装载，自卸汽车运走破碎的水泥混凝土材料，如图5。

图5 破碎，装载并运走原道面材料Fig.5 Demolishing，loading and carrying away material

4)23:30破碎、装载并运走原道面基层材料，并做道面基层重新铺筑的施工准备工作。

5)1:00铺设埋入地下的管线通道，推土机进入开始地基整理。

6)2:00整理工作基本结束，摊铺机开始铺筑基层，压路机进行基层的压实。如图6。

图6 整理地基及铺筑基层Fig.6 Clearing foundation and preparing underground

7)2:30完成基层铺筑，使用摊铺机进行下面层沥青混合料的摊铺，压路机对下面层进行压实。如图7。

图7 完成基层铺筑并开始摊铺下面层Fig.7 Finish preparation of underground，and start preparing first layer

8)3:00压实下面层后，开始进行中面层的摊铺，如图8。

图8 压实下面层后开始中面层摊铺Fig.8 Finish compaction of first layer，and start preparing second layer

9)3:30压实中面层后，开始进行上面层的摊铺，如图9。

图9 压实中面层后开始上面层摊铺Fig.9 Finish compaction of second layer，and start preparing binding layer

10)4:00压实上面层，进行表面清理工作。

11)4:15撒布碎石，压路机将撒布的碎石碾压进上面层，如图10。

12)4:30摊铺机摊铺4 cm厚的磨耗层，压路机进行压实。

图10 撒布碎石并进行碾压Fig.10 Processing of chipping and compacting

13)5:00完成表面清理工作，施工机械设备移出场外。

14)5:15进行最后的检查、修整。

15)5:30清理施工场地，对翻修的机场跑道进行画线，施工人员撤离施工现场，如图11。

图11 翻修的机场跑道画线Fig.11 Renovation runway painting works

16)5:45开启跑道信号系统。

17)6:00跑道恢复工作，飞机开始正常起降。

4.2 拆毁原表面技术设备分析

翻修开始必须对原损坏的表面进行拆毁，所需的主要设备有液压撞锤、挖掘机、自卸汽车、摊铺机、推土机、压路机等。根据已有设备并结合实际情况选取的主要设备有:

液压撞锤:采用型号为LH 944的2.3 t液压撞锤，破碎量为125 m3/h，在此阶段需要处理掉Q=735 m3破废料，液压撞锤工作时间1h，所需液压撞锤数量N=735/125=5.88≈6，预留备用一台，所以需要液压撞锤7台。

挖掘机:采用型号Cat 330挖掘机，生产率Qw=120 m3/h，计算设备所需台数 N［4］:

式中:Q为机械时段内应完成的工程量，m3;Qw为机械的生产率，Qw=120 m3/h;KB为时间利用系数，KB=0.85;W1为计划时段内的制度台时数，h，W1=工位数×工时数=2×2=4(h)得:

同理:计算出采用型号为D5推土机2台，型号为Vögele 2100摊铺机2台，型号为Hamm-DV8压路机3台。

自卸汽车:利用排队论法［5］

式中:QW为挖掘机的生产率m3/h;V为汽车车箱的堆装容积，m3，V=6;L为挖掘机每小时平均装车辆数;t1为由装载机械装满一车箱所需时间，min;t2为行驶时间包括重车运输和空车返回的行驶时间，min，t2=0.6;α为汽车平均到达率;γ为每小时到达率与每小时装车辆数的比值。则:

4.3 建造新表面的技术设备

表面拆毁工作完成后，马上进行新表面的建造，根据上述计算方法，其所需的施工设备为:4台型号为D5推土机要求每台推土机的刮宽为2.0 m，26台自卸汽车，4台型号为Vögele 2100摊铺机要求每台宽度为7.50 m摊铺路面面层，6台型号Hamm-DV 8的压路机来压实路面面层。

5 结论

本文以法兰克福机场跑道不中断使用进行翻修为例，进行了分析、研究，可知:

1)不中断连续机械化施工技术，实现了对旧水泥混凝土路面的改造，消除了原有病害，为机场道路提供了好的平整度和强度。

2)通过对施工设备的分析、施工机群的合理配置以及工作时间的有效分配，正确的制定了机械化施工工艺，提高了工作效率。

3)本文提出的路面不中断运行翻修中的施工设备组合分析和机械化施工工艺，可以为其它机场跑道的翻修和建设提供借鉴和技术上的支持。

［1］王秉刚.中国水泥混凝土路面技术现状与发展［M］.西安:长安大学出版社，2007.

［2］李丹，赵亚霖，沙建容，等.从法兰克福机场看航站楼的运营管理［J］.中国民用航空，2005，2(50):58-60.

［3］Uwe Drewes，Sanierung RWY Nord Flughafen Frankfurt/Main，Bericht von Arbeitsgemeinschaft Kirchhoff-Heine，2008.1.

［4］徐永杰.公路工程机械化施工技术［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［5］郭小宏，曹源文.公路工程机械化施工与管理［M］.北京.人民交通出版社，2009.