施工設備在路面不中斷運行翻修中的組合分析

曹源文，馬麗英，陳鵬鵬

(重慶交通大學機電與汽車工程學院，重慶400074)

水泥混凝土路面由于其強度高、擴散荷載能力強、穩定性好等優點，在機場道路建設中得到了廣泛的應用。近年來現有的水泥混凝土路面有相當一部分已接近或超過設計年限，有的雖然沒有達到設計年限，但由于經濟的高速發展，交通量劇增，客貨流量巨大，跑道長期使用使得機場跑道出現了不同程度的破損、裂縫等結構性破壞，嚴重影響了正常的交通運輸，使得飛行安全存在隱患，因此對機場跑道盡快進行翻修成為機場交通建設所面臨的刻不容緩的任務。

舊水泥路面的改造方法有很多種，如薄層罩面，表面處治，在原水泥混凝土路面直接加鋪瀝青混凝土等［1］。這些方法雖然能夠加快施工進度，但由于其強度不能達到機場路面的運行要求，水泥混凝土路面的內部裂縫無法修補，不能徹底防止反射裂縫的產生，特別是在機場跑道翻修的過程中要求保證跑道不中斷使用，因此考慮采用對舊水泥混凝土路面進行破碎，使其再生，再加鋪瀝青混合料結構層形成一種高質量的施工方法。但這必給翻修施工帶來很大困難。那么如何根據機場不中斷使用的特殊要求，選擇適合施工的機械設備、施工工藝，并進行理想的優化、組合，成為翻修機場道路之關鍵所在。

1 法蘭克福(FRA)機場特性

FRA機場是世界上最重要的國際機場之一，是世界各地航線的交通樞紐，2005年FRA客流量5 220萬，在德國排列第1位，歐洲排列第2位，世界排列第7位。德國聯邦政府把機場定性為重要的公益性的交通基礎設施。法蘭克福機場建有3條可供各種機型飛機起降的跑道，如圖1。

圖1 法蘭克福機場簡圖Fig.1 Diagram of Frankfurt(FRA)airport

跑道道面為水泥混凝土，由于其客、貨流量非常大，2003年月高峰客流400萬人/次，日高峰客流18萬人/次，高峰小時客流2萬人/次;飛機日起降1 250架/次，高峰小時80架/次，年貨運吞吐量173萬 t，預計 2010 年客流量將達到 7 100 人/次［2］，由于客貨流量的巨大和跑道的長期使用，使得機場跑道出現了破損、裂縫等破壞，如圖2［3］。

圖2 機場跑道道面出現裂縫損壞Fig.2 Crack damages appeared on the runway pavement

2 翻修基本數據

本次翻修的機場跑道為圖1中的深藍色線所畫跑道，施工時間2003年4月—2005年6月;施工道路尺寸4 000 m ×61 m;每天翻修道面長度15 m，夜間施工每晚22:30—6:00，整個翻修工程大約需要300夜;施工人數大約為35人;需翻修的道面總面積25萬m2;可回收的舊混凝土材料大約15萬m3;混合材料大約42.5萬t;用于道面翻修的建設原料取自法蘭克福當地，每夜施工費用約為12.5萬歐元。

為了保證在每天早晨的6點飛機能夠正常起降，因此翻修路面材料采用瀝青混合料進行鋪設，其路面結構為:磨耗層采用4 cm厚的瀝青瑪蹄脂0/11，中面層采用8 cm厚的瀝青混合料0/22，下面層采用24 cm厚的瀝青混合料0/32，基層采用24 cm厚的瀝青混合料0/32。墊層為天然砂礫，瀝青面層的總厚度為60 cm，翻修路面的結構圖如圖3［3］。

圖3 翻修路面結構圖Fig.3 Structure diagram of renovation pavement

3 翻修施工要求

3.1 施工設備的特殊要求

由于施工人員必須在夜間工作，對他們進入機場的安全檢查要求非常嚴格，因此施工人員必須每晚都要接受安檢;又由于進行道路施工需要一定的服務車輛和機械化施工設備，并且這些設備大多數屬于特殊機械設備，因此施工中需要持有所需的特種駕駛執照，機動車輛要有在機場行駛所需的特殊許可證。

3.2 施工時間特殊要求

施工總時間一共為26個月，周期短，在此期間考慮到施工人員的假期，夏季假期6周、冬季假期8周和每天白天停止工作，晚上開始施工的特點，使得整個施工不能連續進行，必須分為幾個階段，同時考慮法蘭克福當地天氣變化，在雨天和寒冷時間均要停止施工。

3.3 施工工藝特殊要求

FRA機場翻修的關鍵環節是:為保證機場跑道工作的連續性，必須做到在當晚一段道面翻修完成后，第二天早晨6:00準時保證道面上飛機的正常起飛和降落。

4 施工工藝及設備組合分析

4.1 施工工藝

1)22:00跑道還處于工作狀態，施工設備待命，在接到跑道停止工作狀態指令后，施工設備馬上轉移到跑道上。

2)22:30液壓撞錘等施工設備通過卡車轉移上跑道，開始進行跑道道面拆除工程工作，如圖4。

圖4 施工設備轉移到跑道Fig.4 Construction equipment moved to runway

3)23:00液壓撞錘破碎道面水泥混凝土，并通過挖掘機裝載，自卸汽車運走破碎的水泥混凝土材料，如圖5。

圖5 破碎，裝載并運走原道面材料Fig.5 Demolishing，loading and carrying away material

4)23:30破碎、裝載并運走原道面基層材料，并做道面基層重新鋪筑的施工準備工作。

5)1:00鋪設埋入地下的管線通道，推土機進入開始地基整理。

6)2:00整理工作基本結束，攤鋪機開始鋪筑基層，壓路機進行基層的壓實。如圖6。

圖6 整理地基及鋪筑基層Fig.6 Clearing foundation and preparing underground

7)2:30完成基層鋪筑，使用攤鋪機進行下面層瀝青混合料的攤鋪，壓路機對下面層進行壓實。如圖7。

圖7 完成基層鋪筑并開始攤鋪下面層Fig.7 Finish preparation of underground，and start preparing first layer

8)3:00壓實下面層后，開始進行中面層的攤鋪，如圖8。

圖8 壓實下面層后開始中面層攤鋪Fig.8 Finish compaction of first layer，and start preparing second layer

9)3:30壓實中面層后，開始進行上面層的攤鋪，如圖9。

圖9 壓實中面層后開始上面層攤鋪Fig.9 Finish compaction of second layer，and start preparing binding layer

10)4:00壓實上面層，進行表面清理工作。

11)4:15撒布碎石，壓路機將撒布的碎石碾壓進上面層，如圖10。

12)4:30攤鋪機攤鋪4 cm厚的磨耗層，壓路機進行壓實。

圖10 撒布碎石并進行碾壓Fig.10 Processing of chipping and compacting

13)5:00完成表面清理工作，施工機械設備移出場外。

14)5:15進行最后的檢查、修整。

15)5:30清理施工場地，對翻修的機場跑道進行畫線，施工人員撤離施工現場，如圖11。

圖11 翻修的機場跑道畫線Fig.11 Renovation runway painting works

16)5:45開啟跑道信號系統。

17)6:00跑道恢復工作，飛機開始正常起降。

4.2 拆毀原表面技術設備分析

翻修開始必須對原損壞的表面進行拆毀，所需的主要設備有液壓撞錘、挖掘機、自卸汽車、攤鋪機、推土機、壓路機等。根據已有設備并結合實際情況選取的主要設備有:

液壓撞錘:采用型號為LH 944的2.3 t液壓撞錘，破碎量為125 m3/h，在此階段需要處理掉Q=735 m3破廢料，液壓撞錘工作時間1h，所需液壓撞錘數量N=735/125=5.88≈6，預留備用一臺，所以需要液壓撞錘7臺。

挖掘機:采用型號Cat 330挖掘機，生產率Qw=120 m3/h，計算設備所需臺數 N［4］:

式中:Q為機械時段內應完成的工程量，m3;Qw為機械的生產率，Qw=120 m3/h;KB為時間利用系數，KB=0.85;W1為計劃時段內的制度臺時數，h，W1=工位數×工時數=2×2=4(h)得:

同理:計算出采用型號為D5推土機2臺，型號為V?gele 2100攤鋪機2臺，型號為Hamm-DV8壓路機3臺。

自卸汽車:利用排隊論法［5］

式中:QW為挖掘機的生產率m3/h;V為汽車車箱的堆裝容積，m3，V=6;L為挖掘機每小時平均裝車輛數;t1為由裝載機械裝滿一車箱所需時間，min;t2為行駛時間包括重車運輸和空車返回的行駛時間，min，t2=0.6;α為汽車平均到達率;γ為每小時到達率與每小時裝車輛數的比值。則:

4.3 建造新表面的技術設備

表面拆毀工作完成后，馬上進行新表面的建造，根據上述計算方法，其所需的施工設備為:4臺型號為D5推土機要求每臺推土機的刮寬為2.0 m，26臺自卸汽車，4臺型號為V?gele 2100攤鋪機要求每臺寬度為7.50 m攤鋪路面面層，6臺型號Hamm-DV 8的壓路機來壓實路面面層。

5 結論

本文以法蘭克福機場跑道不中斷使用進行翻修為例，進行了分析、研究，可知:

1)不中斷連續機械化施工技術，實現了對舊水泥混凝土路面的改造，消除了原有病害，為機場道路提供了好的平整度和強度。

2)通過對施工設備的分析、施工機群的合理配置以及工作時間的有效分配，正確的制定了機械化施工工藝，提高了工作效率。

3)本文提出的路面不中斷運行翻修中的施工設備組合分析和機械化施工工藝，可以為其它機場跑道的翻修和建設提供借鑒和技術上的支持。

［1］王秉剛.中國水泥混凝土路面技術現狀與發展［M］.西安:長安大學出版社，2007.

［2］李丹，趙亞霖，沙建容，等.從法蘭克福機場看航站樓的運營管理［J］.中國民用航空，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.公路工程機械化施工技術［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［5］郭小宏，曹源文.公路工程機械化施工與管理［M］.北京.人民交通出版社，2009.