漫谈公路飞机跑道的建设和日常管理特点

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新冠役情再次警示,我们需要改变和平发展思维而增强应急机制、重大危机和战争思维,而发展公路飞机跑道正是在我国总体安全框架内构建综合交通战略体系的重要体现。


公路飞机跑道是使用高速公路的部分路段作为飞机起降的跑道。我国高速公路大都为辅有质量较高的沥青混凝土路面,承载能力好;尽量避免了不必要的起伏和拐弯,平坦直道较多;路面宽阔,两侧设有安全隔离带,通常与城乡繁华地段保持有一定距离,与机场跑道较为相似。所以,在设计及建设高速公路时,选择其中直线道段最长、净空条件最好的相关路段,提高施工标准,配以可拆卸道路辅助器材、停机区、作业区、备份道路等辅助设施,即可成为一个临时应急的飞机起降作业据点。公路飞机跑道平时为普通高速公路,在应急需要时经过清理、维护、增设配套设施,即可迅速从储备状态转变为使用状态,提供应急救援、抢险救灾和中、小型运输机使用,战时可用于机动作战、备降或疏散隐蔽使用。公路飞机跑道基于高速公路技术,仅需在高速公路的基本投资上追加少量资金,即可建成,平时作为高速公路使用,投资还可以逐步收回,因此,具要重要和现实的经济价值与国防战略意义。但公路飞机跑道只具备起降、临时停放、加载燃油或武器装备等部分职能,无法和真正的机场相比,是一种应急的、补充性的辅助机场,与正式的军民用机场必然存在不少差距。

下面就公路飞机跑道的选址规划、建设施工和运行管理特点,以及一点启发与大家交流探讨。

漫谈公路飞机跑道的建设和日常管理特点

公路跑道建设遵循“一次规划、分期实施”的原则。在勘测、设计跑道时,同时作好配套及保障设施的建设规划,并按规划保护建设场地、净空及电磁环境。平时一般只建跑道,其它设施待需要时再行修建。公路飞机跑道的具体分级、分类如下表:

漫谈公路飞机跑道的建设和日常管理特点


一、公路飞机跑道的选址规划

高速公路跑道选址除了考虑使用条件、建设条件和保障条件外,还应满足紧急使用和军用需求等方面的考虑。

(一)公路飞机跑道选址

1、公路直线段长度要能满足起降机型的性能要求。公路平面线形是直线和曲线交替出现的,我国一般要求直线段最长按计算行车速度行驶70s左右来控制,或者按计算行车速度不超过其20倍控制。如计算行车速度为100-120km/h,则直线段长度不超过2000-2400m,因此,在规划公路和考虑飞机跑道时,尽量选择笔直道段最长的路段。

2、净空条件要满足,须避开城镇、高大建筑和山丘,以及架空高压输电线等影响飞行安全的地物或设施。

3、避开空中禁区和繁忙机场,但相对应急备用或需要为公路飞机跑道提供配套的机场,两者之间的公路里程不宜大于100km(两者直线间距应大于20km),两条跑道不要设置在一条直线上,以便两个机场的飞机能够同时起飞着陆。

4、避开跨径桥梁、陡坎、高路基和横跨线路的高架桥地段。若有跨径较小的桥梁式涵洞时,应能保证飞机使用时的强度要求;路基高度越大,公路飞机跑道两侧自然地面的高差越大,对飞行员的心里影响越大,不利于飞行安全。

5、具备水、电、通信、加油等保障条件。

(二)公路飞机跑道规划

1、公路飞机跑道长宽。跑道的基本长度2000m,具体随海拔、气温及跑道纵坡等因素修正后确定。高海拔地区的跑道长度应专门研究确定。有特殊要求时,跑道的长度应按使用机型计算确定。跑道(含端安全区)布局一般与公路完全吻合,直线道段长度不足,两端安全区可延伸到路面之外。跑道道面两侧一般应设置等宽的道肩,并使道面和道肩宽度的总和不小于26m。端安全区的宽度为跑道道面和道肩的宽度之和。

2、公路飞机跑道坡度。公路飞机跑道坡度分为纵坡和横坡。跑道的纵坡应平顺。跑道的最大纵坡不宜大于12‰。两端各500m段为升坡时,其纵坡不宜大于8‰,并不宜变坡。跑道最小坡段长,即想邻两个变坡点之间的最小距离为200m。跑道的横坡应采用以中线为对称轴的双面坡,横坡应不大于15‰,不小于10‰。道肩的横坡宜比道面的坡度大10-20‰。

3、公路飞机跑道净空区。净空区由2个端净空区和2个近侧净空区、2个远侧净空区组成。降低标准净空区由2个端净空区和2个近侧净空区、1个远侧净空区组成。跑道道面、道肩及端安全区上均不应有超出道面或地面的固定障碍物。跑道中心线两侧各100m范围内不得有超过相应位置侧净空起算高程的固定障碍物。端净空带自距跑道端200m处开始,向外延伸,总长20km;其侧边分别自跑道中线两侧各100m处开始,以15%的斜率散开,终端宽度为6.2km。侧净空障碍物限制面自距跑道中线100m处开始,分别向两侧延伸至距中线10km处。近侧净空范围内障碍物限制面坡度为1/7,最高为50m。远侧净空范围内障碍物限制面坡度为1/10,最高为500m。

4、公路飞机跑道设施。考虑不影响公路运输,公路飞机跑道应设置辅道。保障运输机使用的跑道,宜设置供飞机掉头用的回转坪。位置特别重要的甲类公路飞机跑道,可按保障主要起降方向需要,在跑道一端设置集体停机坪;跑道附近宜规划有疏散区,其规模应根据停机需要确定。疏散区结合自然条件规划,应利用地形、树木等,也可修建掩体。停机位置,可临时平整碾压,不作人工道面;对于甲类公路跑道,应规划保障车辆的停车场,其位置应便于使用,保证安全;位于跑道上的中央分隔带应设置活动式隔离墩或插入式护栏,其结构应易于撤除。路基边缘设置的护栏等应易于拆除;有线通信可利用公路本身的通信设施,也可利用附近军用线路或民用线路。根据需要可临时开设无线电台;甲类公路飞机跑道宜规划双向远、近距导航车坪,飞行时根据需要设台;公路飞机跑道一般不设置助航灯光。如需要可临时沿跑道边放置反射体等。位置特别重要的甲类公路飞机跑道可设置跑道中线灯,一般分隔带底部插座弹起就是跑道灯;公路飞机跑道与服务区可结合在一起进行规划,并尽量设置在飞机跑道一侧的中部,利用进出服务区的车道与公路飞机跑道相连。

二、公路飞机跑道的设计施工

公路飞机跑道在设计施工中,需要充分考虑其汽车荷载小,交通量大、飞机荷载大,交通量小的这一交叉使用特点。

(一)沥青混凝土道面结构特性

沥青混凝土道面具有平整、抗滑、舒适、减震等良好的使用性能,以及机械化施工程度高、工期短、养护方便等施工优点,已被国际上很多大型民用机场采用。但是由于历史原因我国大多数机场路面采用水泥混凝土道面,只有少数在上面铺了沥青混凝土,而我国的高速公路的路面中沥青道路占了很多比重。沥青混凝土道面结构一般包括面层、基层、底基层、垫层和土基等结构层次,其中沥青面层采用的是沥青混凝土,基层和底基层一般采用沥青混凝土、沥青稳定碎石、无机结合料稳定材料和级配碎(砾)石等,垫层一般采用级配碎(砾)石。其中半刚性基层由于结合了沥青混凝土面层的舒适性、少接缝等优点,又发挥了水泥结合料的高强度、抗变形能力强的特点,而且造价较为低廉的原因,包括公路飞机跑道在内,得到了大规模的使用。

(二)公路飞机跑道结构设计

1、公路飞机跑道结构设计思路。公路飞机跑道不能完全按照普通高速公路或普通机场跑道的要求进行设计。如果单纯以普通高速公路进行设计,路面可能因为无法承受大荷载飞机作用而产生结构性破坏。考虑公路跑道平时仍然作为普通公路使用,长时间承受较大交通量的汽车,只有在紧急情况或演练时才会承受次数较少的飞机起降,所以,若单纯以普通机场跑道进行设计不经济也不合理。因此,在进行高速公路机场跑道的结构设计时,往往综合考虑交叉荷载,在考虑标准汽车荷载作用的情况下,重点考虑飞机荷载对路面结构的影响,以满足必要的飞行活动。比较常用的设计思路是通过计算分析,找出飞机荷载和汽车荷载的等效换算关系,将飞机荷载转化为汽车荷载,再用我国现行的公路沥青混凝土路面结构设计方法进行道面设计。

2、公路飞机跑道结构设计指标。飞机在起飞、降落及滑行过程中,作用在跑道道面上除垂直荷载外,还有相当一部分水平荷载。飞机处于等待飞行状态刚刚起动运行时,运行速度小,竖向作用力近似于其自身重力;同时飞机发动机逐渐增大到最大转速,发动机处在最大推力状态,而机轮仍处于刹车状态,飞机保持不动,此时机轮对道面将产生较大的水平推力。飞机在开始起飞这种状态下垂直荷载和水平荷载作用均相对较大。因此,高速公路飞机跑道沥青路面的设计一般采用此工况下的路面弯沉值作为设计控制指标,半刚性基层、底基层容许弯拉应力作为验算指标。考虑飞机大荷载特点,和发生暴力着陆状态可能,基础上还会对面层的抗剪强度和基层的极限弯拉应力进行验算,以防止极限破坏的发生。一般高速公路路基宽度都在26m以上,黑色面层厚度不少于15cm,合计路面总厚度不低于50-70cm,只要稍加改建,均可供极大多数飞机起降。特殊机型使用和需求,应专门研究设计。

(三)公路飞机跑道改建

目前高速公路的结构状况要满足多种飞机直接起降,一般都需要在原道路表面加铺一层高性能结构层,以提高道路结构的整体刚度和面层材料的强度。

1、加铺层材料。加铺层一般用具有较高强度、较好粘结力和高温稳定性、较强抗腐蚀性能的材料作为罩面层以提高路面结构的整体承载力。加铺层材料的选择必须考虑两个主要因素为:承载力要求和材料表面抗滑性能要求。对于大多数新建或改建的飞机跑道,一般优先采用高粘度AK-13A混合沥青材料(性能比较优良,施工方便,造价相对较低,并且可再生利用),但是对于一些比较重要的公路飞机跑道,则主要考虑长久性能的问题,那么,还是应该选用性能最好的环氧AK-13A混合沥青材料。若在紧急情况下修建公路飞机跑道,考虑到快速和成本,应选用高粘度SMA-13材料。

2、加铺层厚度。随着面层厚度的增加,基层、底基层各项应力值的降幅均呈逐步缩小的趋势并趋于稳定。也就是说,当面层厚度增加至一定值后,面层厚度的增加将不再对基层、低基层的应力产生影响。此外,综合考虑加铺层厚度,不仅要满足飞机荷载的承载力和抗滑性的要求,而且要满足加铺层混合料的颗粒粒径对面层厚度的要求,还应考虑完成改造的工程量不宜过大,便于施工和确保施工质量。经计算分析和使用经验,加铺层厚度为4cm比较合适,材料的抗弯拉强度不低于1.8Mpa。

4、加铺层粘结剂。将现有高速公路直线段改造成应急跑道时,一般需在原路面上加铺一层厚度约4cm的高性能材料才能满足飞机直接起降的要求。由于飞起降时会对跑道产生很大的水平力,将很可能导致加铺层和原路面之间的剪切破坏。因此,为了抵抗这种剪切破坏,需要在加铺层和原公路路面之间增设一薄层粘结材料以提高这两者之间的粘结强度。由于飞机跑道加铺层和原路面层之间的粘结效果直接影响铺面的疲劳性特性,粘结强度高则加铺层和原公路路面可成为一体结构,能够提高跑道路面本身的疲劳寿命。大量实验和实际使用表明,环氧树脂材料具有优良的粘结性能,适合作为高速公路飞机跑道加铺层的粘结材料。

漫谈公路飞机跑道的建设和日常管理特点

三、公路飞机跑道的日常管理

公路飞机跑道道面维护、净空保护及应急时的快速转换是日常管理的重点。

(一)道面维护评价

道面设计使用年限内,其使用性能会逐渐降低。考虑飞机荷载普遍较大,为防止道面在设计使用期限内因为强度降低而发生结构性破坏,公路飞机跑道一般采用ACN-PCN评价方法对道面进行定期承载力检测,通过对飞机跑道道面结构承载能力的有效评价,可以判断道面结构适应当前交通状况的程度,合理的鉴别道面结构承载力薄弱的位置,为跑道的维修养护、承载力补强提供维修方案依据。

(二)机动式护栏

分离式混凝土护栏作为新颖的机动式护栏,可同时满足快速拆除及安全防撞的双重要求,其原理主要在混凝土护栏背立面一侧安装三组脚轮,由下至上分别为顷倒滑动轮、承重轮和导向轮。顷倒滑动轮固定于混凝土护栏底部的顷角位置,共四个,用于推导护栏时,护栏向外侧的滑动,以避免背面相向两护栏相互卡死;承重轮固定在护栏背部的下部,共两个,由于该位置距离混凝土护栏重心位置最近,因此这两个脚轮为机动式护栏移动时的主要承重部件;导向轮固定在混凝土护栏背部的上部,共两个,为万向脚轮,用于护栏移动时的转向。为保证机动式混凝土护栏推倒瞬间三组脚轮能够平缓的接触地面,混凝土护栏倾角的底部、倾倒滑动轮的外缘、承重轮的外缘所形成的包络线,是以混凝土护栏重心为圆心的圆弧。为提高机动式护栏的防撞性能,采用专项设计连接构件对分离式混凝土护栏进行了横向和纵向连接,从而保证其具备较好的安全性能。分离式混凝土护栏经过连接件连接后,整体效果好,连接件移走后,仅需要两名工作人员即能轻松的将护栏推倒,并迅速将护栏推倒路侧,整个拆除过程能够在一分钟内完成;护栏在被推倒的瞬间不会与背面护栏发生卡死现象,而且三组脚轮能够平缓着地。另外,对于连接服务区和公路飞机跑道的进出道的护栏应同公路飞机跑道一样设置为活动式的,便于拆除,进出服务区的大门应做成推拉式的,宽度满足飞机进出时机翼有足够的安全距离。

(三)日常化管理

1、净空管理。公路跑道两侧净空区内的土地利用开发应纳入当地规划部门的管理之内进行有效控制,对建设项目特别是影响公路飞机跑道净空和飞行安全的建设项目进行严格控制,并报当地驻军进行审查和备案。对于连接服务区的公路飞机跑道,服务区内的建筑、高杆照明灯、广告牌等应满足侧净空的要求。公路飞机跑道净空范围内以种植草皮和低矮灌木为主,飞行区以外可以根据净空要求,种植乔木等树种,但也要考虑应急时的砍伐方便。

2、管理责任。一般各省交战办作为公路飞机跑道的地方管理和对口协调部门,平时养护管理工作则由当地公路管理部门归口管理,战区交战办和战区空军有关职能部门负责督促检查,公路飞机跑道所在公路养护段负责具体组织实施,应急或战时做为地方办事机构落实公路的封闭和交通疏导,与各方一道完成公路飞机跑道投入使用的准备工作。

四、公路飞机跑道的发展启发

(一)标准适应性

1、公路飞机跑道宽度。20世纪八九十年代我国的高速公路是双向4车道为主,宽度较小,故当初是以跑道宽度作为公路飞机跑道选址的主要考虑指标。进入21世纪以来,我国交通事业大发展,公路建设突飞猛进,双向6车道、8车道,甚至10车道的路面不断增多,路面的宽度已经完全能够满足飞机的起降要求,用公路路面宽度作为飞机跑道分级技术指标需要适时进行修改。

2、公路飞机跑道长度。关于公路飞机跑道长度,现行标准按军用机场的要求来设计,并采用修正值改正计算的方法确定,不符合使用的现实条件,应根据设计飞机机型,机场当地海拔,气温等条件综合分析确定。可以根据一定的保证率来确定公路飞机跑道的设计长度,更加符合实际情况,有可能减少修建长度,增加跑道选址的可能性,为建设公路飞机跑道提供更大的选址空间。

3、公路飞机跑道坡度。在《公路飞机跑道工程建设标准》中规定最大纵坡为1.2%,横坡不小于1%,不大于1.5%;在《公路工程技术标准》中,最大纵坡3%-4%,横坡1%-2%,实际修建的高速公路多数取2%。可见公路技术标准中坡度超过了公路飞机跑道最大坡度的要求。一般如果坡度过小,雨天排水不畅;如果坡度过大,飞机容易发生侧滑。因此要尽可能选择一些坡度比较平缓的路段作为公路飞机跑道或适当放宽公路飞机跑道对最大坡度的要求,探索既能满足飞机起降要求,又对高速公路使用影响不大的方案,这对公路飞机跑道的建设具有经济和现实意义。

4、公路飞机跑道净空。机场净空是影响飞行安全的重要因素,在公路飞机跑道选址规划时首先要进行净空评定,而现行的标准中对公路飞机跑道的净空要求过于严格,给实际建设带来了很大的不便,也限制了我国公路飞机跑道的发展。目前不少军民航机场的净空规范和内容都已作了不少修改和重新设定,因此,需要同步对公路飞机跑道净空进行分析研究,提出合理的净空规定和要求,既保证使用飞机起飞着陆的安全,又不限制当地城市建设的发展。

(二)政策指导性

1、目前公路飞机跑道报建手续基本默认参照临时起降点,但各地没有统一规定,也没有行业发布标准流程,需要有具体指导性的政策给予明确。

2、公路飞机跑道除纳入公路建设总体规划外,也需要纳入国家应急救援体系和国防战略规划,且各体系之间需制定对口衔接及相互协调机制。

3、为加快公路飞机跑道建设,提高日常维护保障能力,国家、地方交战办对公路飞机跑道的建设和维护保障给予了一定的政策支持和资金补贴,但与实际建设投入和保障需求之间的差距很大,需要各方面给予更多的政策支持!

总之,公路飞机跑道选址规划、设计施工与运行管理相关规范、标准需要加快制订,《公路飞机跑道工程建设标准》GJB1859-94需要及早修订和完善,政策支持和资金补贴力度,与其战略定位和发展需求之间差距很大,迫切需要有系统性的配套指导意见和支持政策。

(三)选址启发性

1、我国青藏地区和云南、甘肃等省,包括东南沿海,应急救援保障和国防战备建设需求迫切,但这些区域多为高山峡谷地形或山地江海地势,要在现有城市和机场布局位置中再选择合适的场址建设机场难度越来越大,而公路飞机跑道为其战略选择提供了极大可能。

2、随着我国经济快速发展,高速公路建设和布局日益完善,可以利用一些地方出现的闲置公路修建公路飞机跑道,从而盘活和利用上这一基础资源。

3、我国海防线绵延一万多公里,包括流经全国的长江、黄河和众多大江大河堤坝,这些堤坝长度、强度和边坡要求与公路飞机跑道有相似之处,还避免了公路飞机跑道日常使用的损坏和应急使用时的清理、准备工作,周边净空条件也相对更好,只要增加局部宽度和调整一些技术指标,能快速构建成一个应急用使用的“堤坝飞机跑道”,而且能覆盖更广阔的海洋、河流区域,是对我国现有陆地机场辐射范围的战略补充。

世界上公路飞机跑道最早出现在二战时期的德国,当时世界首条高速公路-汉法高速公路的许多路段作为临时起降场使用,战后德国建有总共不少于26条的高速公路飞机跑道。美国州际与国防高速公路网遍布全国,瑞典据称有上百条,我国台湾地区也7条公路飞机跑道。此外日本、俄罗斯等国家也都在高速公路上修建有多条公路飞机跑道。国内公路飞机跑道建设开始于上世纪70年代,当初在东北和中原两地新建成的高速公路上同步规划建成了飞机跑道,并成功进行了起降演练。目前,国内在山东、辽宁和宁夏等地建成有高速公路飞机跑道。但是公路飞机跑道建设速度与我国经济发展、高速公路建设和抢险救灾、应急救援及国防建设发展需要极不协调,与推进军民深度融合的国家发展战略极不适应,与其他国家相比更有较大差距,必须加快公路飞机跑道的建设步伐。在此,也希望能引起更多的军民航相关部门、专家、学者和从业人员对公路飞机跑道的重视和关注。

本文得到了湖北省交战办雷州主任、河南省交战办胡文忠主任和郑民高速朱仁杰总经理等的指导和支持,在此一并表示感谢。


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