机场沥青混凝土跑道局部损坏安全风险分析.pdf

机场沥青混凝土跑道局部损坏安全风险分析 王 维，温俊 ( 中国民航大学机场学院，天津3 0 0 3 0 0 ) 摘要：对机场沥青混凝土跑道各种损坏的安全风险进行了系统研究，建立了风险度尺的计算模型和方法。在大量 现场对比与关联分析基础上，给出了破损安全风险定级的标度( A 、B 、C 、D ) 和相应的破损处置措施( 停航抢 修、航阅抢修、航后维修和计划维修)通过应用算例说明了方法的实用性。 关键词：机场；沥青混凝土跑道：损坏：安全风险 中图分类号：X 9 5 1文献标志码：A 文章编号：1 6 7 4 5 5 9 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 一0 0 4 6 0 5 R e s e a r c ho ns a f e t yr i s ko fa e r o d r o m ea s p h a I tc o n c r e t e r u n w a yl o c a ld a m a g e s W A N GWe i W E Nj u n ( A 卸o nc o g e ，甜U C ，n 嘶梳3 0 0 3 0 0 ，i n o ) A b s 旬r a c t ：T h m u g ht h es y s t e r n a t i ( 、【e s e a I ho fa i lk i n d so f t h ea j r p o r ta s p h a I te o n e r e t en I f l w a yd a m a g e s ，t h em o d e a n d m e t h o d o l o g ya I e s t a b l i s h e dt oc a l c u l a t e t h es a f 毫f yr i s ki n d e x B a s e do nag r e a tq u a n t i t yo f6 e l dc o m p a r i s o n a n dc o r r e l a t i o n a n a l y s i s ，t h es a f e t y r i s k r a t i n gs c a l e s ( A ，B ，C ，D ) a n df h ec o r r e s p o n d i n gm e a s u r e s ( s u s p e n d e dr e p a j r ，r e p a i f b e w e e n 钉i g h t s ，p o s t n i g h fm a i n e n a n c e ，s c h e d u l e dm a i n e n a n c e ) a r ep u If o n V a r d F i n a l l y ，t h ea p p l i c a t i o nd e m o n s t r a f e st h ee f r e c t l v e n e s so ft h em e t h o d o l o g y K e yw o r d s ：a e m d m m e ；a s p h a l tc o n c r e t en l n w a y ；d a l a g e ；s a f e t yr i s k 机场跑道状况对于飞行安全具有重要影响。目 前，中国许多枢纽和干线机场，如北京首都机场、上海 虹桥机场、天津滨海机场、哈尔滨太平机场等，出于不 停航施工的便利性考虑，都对原来的水泥混凝土跑道 进行了柔性加铺，形成了沥青混凝土道面。由于沥青 混凝土在刚度、强度等诸多方面都不及水泥混凝土， 加之机场繁忙，因此不可避免地会出现各种形态的局 部损坏。 目前，国内外对沥青跑道损坏与航空器运行安全的 关系尚缺乏系统研究【l l ，一些规章、标准对沥青跑道在何 种状态下是适航的也没有明确规定，从而给沥青跑道 的日常维护( 特别是应急维修) 和安全评价带来了很大 的困惑，不利于机场跑道安全水平的提升与管理。 为1 6 种。而本文从影响航空器安全角度出发，针对其 具体危害表现，可将其分为4 类、7 种形态，如表1 所 示。研究表明，破裂类损坏的主要危害为道面碎块可 能导致飞机发动机F O D ( f o r e i g no b j e c cd a m a g e ，外来物 损伤) ；缺损类和变形类缺陷可能导致飞机滑跑时产 生强烈颠簸、振动；磨光类损坏的主要危害为跑道道 面摩擦系数降低，使飞机产生滑 留现象。 表1 沥青跑道损坏分类和潜在安全风险 T 曲1a a s s 嫡c a t i o no f h ea s p h a l fn l n w a yd 8 m a g e sa 蝴 p o t e n t i a ls a f b t yr i s l s 损坏种类代码 I 损坏种类名称 损害形态名称 主要潜在危险 破裂 龟裂。块裂，补块 F O D 缺损变形 坑槽沉陷，隆起 飞机颠簸、振动 磨光 滑溜 道面摩阻性差 1 沥青跑道局部损坏类型及危害分析 2 跑道局部损坏风险计算模型 根据民用机场沥青混凝土道面设计规范【3 以及 道面摩阻系数要求等因素，沥青跑道损害类型大致分根据问题特点，选用风险指数尺( r i s ki n d e x ) 作 收稿日期：2 叭2 一0 6 0 8 ；修回日期：2 0 1 2 一0 8 3 0 作者简介：王维( 1 9 一) 。男，河北丰南人，教授，硕上研究方向为机场工程 万方数据 第3 l 卷第2 期 王维，温俊：机场沥青混凝土跑道局部损坏安全风险分析 一4 7 一 为指标，综合考虑损坏引发事故的可能性和危害性 ( 即风险度) 进行风险判别。对沥青跑道，其损坏风险 度与损坏类型、损坏程度( 深度、面积、长度等) 、损坏 位置( 隐含机型组合、跑道几何参数、飞机飞行性能等 影响) 等因素有关。 根据安全工程学理论并结合沥青跑道损坏影响 问题特点 4 j ，采用以下模型计算损坏风险度 l mnl R = 1 0 0 ( c c ) = 1 0 0 q n 兀 一( 1 ) i = ll = 1 式中：尺为损坏风险指数，0 1 0 0 ；c 为损坏种类风险系 数，0 1 ；c ，为接触损坏的风险系数，0 1 ；R 。? 为接触损 坏的风险系数因子，0 l ；c n 为损坏程度风险系数，0 1 ；R 。为损坏程度风险系数因子，0 1 ；m 为接触损坏风 险系数因子个数；n 为损坏程度风险系数因子个数。 3 损坏种类风险系数计算 如前所述，沥青跑道损坏有4 类，因安全风险各 不相同，需要对其进行影响权重排序。由于层次分析 法A H P ( t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，简称A H P ) 具有 定性、定量分析相结合的特点，口J 将人的主观判断做 定量处理，故采用A H P 进行沥青跑道损坏种类风险系 数的计算分析。 定义沥青跑道破裂类、缺损类、变形类、磨光类损 坏的风险权重分别为形。、形：、形。、形。则对本问题，构 造判断矩阵如下，其中 吩= 鲫。嘶i = 1 ，2 ，3 ，4 l l 0 I zl 0 1 4 A ：础8 2 国瓯 ( 2 ) A = ( 2 ) 毋lc kn n 弭 l 国l 啦3 J 取值及含义采用表2 所示的9 标度法。 表2 判断矩阵的标度 T a b 2J u d g m e n tm a t r i xs c a l 姻 根据研究、调查和分析，依据各权重的相对重要 性，构造判断矩阵如下 l纠8彰7 1 8 918 78 9 A 2 7 97 ，817 9 ： l9 89 71 j 通过求解判断矩阵A 的最大特征值、特征向量并 对其进行检验，得出W = ( 0 2 7 4 ，0 2 4 3 ，0 2 2 7 ，0 2 5 7 ) 。 为满足风险度计算要求，将最高级别风险系数定义为 l ，于是可根据归一化特征向量求得机场沥青跑道7 种损坏形态的对应风险系数，如表3 所示。 表3 各种损坏的风险系数 T a b 3m s kc o e m c i e n t so fa l I “n d so fd 蛐a g 鹤 损坏种类代码I 损坏种类名称破裂 损害形态名称龟裂，块裂，补块 损害风险系数 1 0 0 0 缺损变形磨光 坑槽沉陷，隆起滑溜 O 8 8 9O 8 2 8O 9 3 9 4 损坏接触风险系数计算 4 1 第1 类损坏的接触风险系数 破裂类损坏的主要潜在威胁在于F O D ，因此应 主要考虑损坏对飞机喷气发动机的影响，即跑道损坏 位置与喷气发动机的接近程度，包括道面损坏的横向 位置、机型组合与运行架次、飞机喷气发动机高度等 因素。 4 1 1 横向风险系数尺， 某机型的横向风险系数定义如下 弘卜高努 ( 3 ) 式中：玩为道面损坏位置与跑道中线距离( m ) ；D 。为 飞机发动机中心与机身中线的距离( m ) ；肜，为跑道宽 度( m ) 。 运行机队的横向风险系数定义如下 心尺， R ，= ( 4 ) f 式中：f 为某机型一定时间内运行架次。注意，4 发飞 机的。为实际运行架次2 倍；尺，为各机型横向风险 系数。 4 1 2 竖向风险系数尺 某机型的竖向风险系数定义如下 m = 1 一 ：( 5 ) 式中： 。为某机型归一化发动机垂直高度( 发动机下缘 与地面距离) ，用下式计算 万方数据 一4 8 一 中国民航大学学报 2 0 1 3 年4 月 一 危，：卫 日i 式中：日。为各机型发动机下缘垂直高度。 机队竖向风险系数定义如下 尺，f 尺，= M ( 6 ) ( 7 ) 式中：m 为某机型一定时间内运行架次。注意，4 发飞 机的m 为实际运行架次2 倍。 4 2 第类、类、类损坏接触风险系数 影响机轮轮迹横向分布的主要因素有飞机类型、 主起落架组数、机轮间距和轮胎宽度等。根据飞行试 验和统计分析，飞机在跑道上滑跑时，其机轮在跑道 横向上符合正态分布【6 】。 对于离跑道中线距离为、损坏宽度为肜。的某 类损坏，飞机机轮从该处轧过的概率为 r 吣旷一、】r W 棚 1 一了l p = J“石) 出= i L e ”( k J 。一彤，。 t 、2 耵矿 ( 8 ) 式中：形D 为道面损坏宽度；形。为飞机轮轮印宽度( 对 于多轮起落架，为外轮外侧间距) ；L 为损坏位置离跑 道中线的距离。 显然，跑道损坏位置越靠近中线，损坏面积越大， 机轮从该位置轧过的可能性就越大。 对于缺损( 类) 、变形( 类) 和磨光( 类) 损 坏，其影响主要体现在飞机机轮通过损坏位置时对飞 机造成的影响，因此计算破损位置风险时主要考虑损 坏位置与机轮的接近程度，用横向风险系数表示。某 机型的横向风险系数定义如下，机队横向风险系数公 式同式( 4 ) ，但这里的R ，指各机型第类、类、类 损坏接触横向风险系数，I 指某机型一定时间内运行 架次，且当飞机有4 组主起落架时，运行架次加倍 即卜高黔 ( 9 ) 式中：巩为损坏位置与跑道中线距离( m ) ；D 。为飞机 主起落架轮组中心与机身中线的距离( m ) ；形，为跑道 宽度( m ) 。 5 危害程度风险系数计算 5 1 第1 类损坏的危害程度风险系数 第1 类损坏主要涉及龟裂、块裂和补块。其危害 程度主要用松动状况来进行衡量，即仍然主要考虑造 成F O D 的风险旧。根据前面分析，可用下式来计算危害 程度风险系数 0 1 0 损坏无松动 C 。= 0 5 0 损坏有部分松动( 1 0 ) 1 0 0 损坏有大量松动 5 2 第类损坏的危害程度风险系数 第类损坏为坑槽，其危害程度由坑槽深度和机 轮嵌入情况( 隐含坑槽几何特征) 而定。 根据附件1 4 卷I 附篇A 同、机场勤务手册和 B o e i n g 飞机振动研究资料，为保障飞行安全，机场道 面的坑槽深度一般不得超过3c m 。当坑槽深度为3 5 c m 时飞机振动较大，而当坑槽深度超