施工設(shè)備在路面不中斷運(yùn)行翻修中的組合分析

曹源文，馬麗英，陳鵬鵬

(重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶400074)

水泥混凝土路面由于其強(qiáng)度高、擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)場道路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來現(xiàn)有的水泥混凝土路面有相當(dāng)一部分已接近或超過設(shè)計(jì)年限，有的雖然沒有達(dá)到設(shè)計(jì)年限，但由于經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通量劇增，客貨流量巨大，跑道長期使用使得機(jī)場跑道出現(xiàn)了不同程度的破損、裂縫等結(jié)構(gòu)性破壞，嚴(yán)重影響了正常的交通運(yùn)輸，使得飛行安全存在隱患，因此對機(jī)場跑道盡快進(jìn)行翻修成為機(jī)場交通建設(shè)所面臨的刻不容緩的任務(wù)。

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(jìn)度，但由于其強(qiáng)度不能達(dá)到機(jī)場路面的運(yùn)行要求，水泥混凝土路面的內(nèi)部裂縫無法修補(bǔ)，不能徹底防止反射裂縫的產(chǎn)生，特別是在機(jī)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(jìn)行破碎，使其再生，再加鋪瀝青混合料結(jié)構(gòu)層形成一種高質(zhì)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(jù)機(jī)場不中斷使用的特殊要求，選擇適合施工的機(jī)械設(shè)備、施工工藝，并進(jìn)行理想的優(yōu)化、組合，成為翻修機(jī)場道路之關(guān)鍵所在。

1 法蘭克福(FRA)機(jī)場特性

FRA機(jī)場是世界上最重要的國際機(jī)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(lián)邦政府把機(jī)場定性為重要的公益性的交通基礎(chǔ)設(shè)施。法蘭克福機(jī)場建有3條可供各種機(jī)型飛機(jī)起降的跑道，如圖1。

圖1 法蘭克福機(jī)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(shí)客流2萬人/次;飛機(jī)日起降1 250架/次，高峰小時(shí)80架/次，年貨運(yùn)吞吐量173萬 t，預(yù)計(jì) 2010 年客流量將達(dá)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(jī)場跑道出現(xiàn)了破損、裂縫等破壞，如圖2［3］。

圖2 機(jī)場跑道道面出現(xiàn)裂縫損壞Fig.2 Crack damages appeared on the runway pavement

2 翻修基本數(shù)據(jù)

本次翻修的機(jī)場跑道為圖1中的深藍(lán)色線所畫跑道，施工時(shí)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(gè)翻修工程大約需要300夜;施工人數(shù)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(shè)原料取自法蘭克福當(dāng)?shù)兀恳故┕べM(fèi)用約為12.5萬歐元。

為了保證在每天早晨的6點(diǎn)飛機(jī)能夠正常起降，因此翻修路面材料采用瀝青混合料進(jìn)行鋪設(shè)，其路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖如圖3［3］。

圖3 翻修路面結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of renovation pavement

3 翻修施工要求

3.1 施工設(shè)備的特殊要求

由于施工人員必須在夜間工作，對他們進(jìn)入機(jī)場的安全檢查要求非常嚴(yán)格，因此施工人員必須每晚都要接受安檢;又由于進(jìn)行道路施工需要一定的服務(wù)車輛和機(jī)械化施工設(shè)備，并且這些設(shè)備大多數(shù)屬于特殊機(jī)械設(shè)備，因此施工中需要持有所需的特種駕駛執(zhí)照，機(jī)動(dòng)車輛要有在機(jī)場行駛所需的特殊許可證。

3.2 施工時(shí)間特殊要求

施工總時(shí)間一共為26個(gè)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(diǎn)，使得整個(gè)施工不能連續(xù)進(jìn)行，必須分為幾個(gè)階段，同時(shí)考慮法蘭克福當(dāng)?shù)靥鞖庾兓?，在雨天和寒冷時(shí)間均要停止施工。

3.3 施工工藝特殊要求

FRA機(jī)場翻修的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是:為保證機(jī)場跑道工作的連續(xù)性，必須做到在當(dāng)晚一段道面翻修完成后，第二天早晨6:00準(zhǔn)時(shí)保證道面上飛機(jī)的正常起飛和降落。

4 施工工藝及設(shè)備組合分析

4.1 施工工藝

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

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

圖4 施工設(shè)備轉(zhuǎn)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(jī)裝載，自卸汽車運(yùn)走破碎的水泥混凝土材料，如圖5。

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

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

5)1:00鋪設(shè)埋入地下的管線通道，推土機(jī)進(jìn)入開始地基整理。

6)2:00整理工作基本結(jié)束，攤鋪機(jī)開始鋪筑基層，壓路機(jī)進(jìn)行基層的壓實(shí)。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(jī)進(jìn)行下面層瀝青混合料的攤鋪，壓路機(jī)對下面層進(jìn)行壓實(shí)。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(shí)下面層后，開始進(jìn)行中面層的攤鋪，如圖8。

圖8 壓實(shí)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(shí)中面層后，開始進(jìn)行上面層的攤鋪，如圖9。

圖9 壓實(shí)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(shí)上面層，進(jìn)行表面清理工作。

11)4:15撒布碎石，壓路機(jī)將撒布的碎石碾壓進(jìn)上面層，如圖10。

12)4:30攤鋪機(jī)攤鋪4 cm厚的磨耗層，壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。

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

13)5:00完成表面清理工作，施工機(jī)械設(shè)備移出場外。

14)5:15進(jìn)行最后的檢查、修整。

15)5:30清理施工場地，對翻修的機(jī)場跑道進(jìn)行畫線，施工人員撤離施工現(xiàn)場，如圖11。

圖11 翻修的機(jī)場跑道畫線Fig.11 Renovation runway painting works

16)5:45開啟跑道信號系統(tǒng)。

17)6:00跑道恢復(fù)工作，飛機(jī)開始正常起降。

4.2 拆毀原表面技術(shù)設(shè)備分析

翻修開始必須對原損壞的表面進(jìn)行拆毀，所需的主要設(shè)備有液壓撞錘、挖掘機(jī)、自卸汽車、攤鋪機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)等。根據(jù)已有設(shè)備并結(jié)合實(shí)際情況選取的主要設(shè)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(shí)間1h，所需液壓撞錘數(shù)量N=735/125=5.88≈6，預(yù)留備用一臺(tái)，所以需要液壓撞錘7臺(tái)。

挖掘機(jī):采用型號Cat 330挖掘機(jī)，生產(chǎn)率Qw=120 m3/h，計(jì)算設(shè)備所需臺(tái)數(shù) N［4］:

式中:Q為機(jī)械時(shí)段內(nèi)應(yīng)完成的工程量，m3;Qw為機(jī)械的生產(chǎn)率，Qw=120 m3/h;KB為時(shí)間利用系數(shù)，KB=0.85;W1為計(jì)劃時(shí)段內(nèi)的制度臺(tái)時(shí)數(shù)，h，W1=工位數(shù)×工時(shí)數(shù)=2×2=4(h)得:

同理:計(jì)算出采用型號為D5推土機(jī)2臺(tái)，型號為V?gele 2100攤鋪機(jī)2臺(tái)，型號為Hamm-DV8壓路機(jī)3臺(tái)。

自卸汽車:利用排隊(duì)論法［5］

式中:QW為挖掘機(jī)的生產(chǎn)率m3/h;V為汽車車箱的堆裝容積，m3，V=6;L為挖掘機(jī)每小時(shí)平均裝車輛數(shù);t1為由裝載機(jī)械裝滿一車箱所需時(shí)間，min;t2為行駛時(shí)間包括重車運(yùn)輸和空車返回的行駛時(shí)間，min，t2=0.6;α為汽車平均到達(dá)率;γ為每小時(shí)到達(dá)率與每小時(shí)裝車輛數(shù)的比值。則:

4.3 建造新表面的技術(shù)設(shè)備

表面拆毀工作完成后，馬上進(jìn)行新表面的建造，根據(jù)上述計(jì)算方法，其所需的施工設(shè)備為:4臺(tái)型號為D5推土機(jī)要求每臺(tái)推土機(jī)的刮寬為2.0 m，26臺(tái)自卸汽車，4臺(tái)型號為V?gele 2100攤鋪機(jī)要求每臺(tái)寬度為7.50 m攤鋪路面面層，6臺(tái)型號Hamm-DV 8的壓路機(jī)來壓實(shí)路面面層。

5 結(jié)論

本文以法蘭克福機(jī)場跑道不中斷使用進(jìn)行翻修為例，進(jìn)行了分析、研究，可知:

1)不中斷連續(xù)機(jī)械化施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對舊水泥混凝土路面的改造，消除了原有病害，為機(jī)場道路提供了好的平整度和強(qiáng)度。

2)通過對施工設(shè)備的分析、施工機(jī)群的合理配置以及工作時(shí)間的有效分配，正確的制定了機(jī)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(yùn)行翻修中的施工設(shè)備組合分析和機(jī)械化施工工藝，可以為其它機(jī)場跑道的翻修和建設(shè)提供借鑒和技術(shù)上的支持。

［1］王秉剛.中國水泥混凝土路面技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展［M］.西安:長安大學(xué)出版社，2007.

［2］李丹，趙亞霖，沙建容，等.從法蘭克福機(jī)場看航站樓的運(yùn)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(jī)械化施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2007.

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