某通用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)規(guī)劃方案研究

李南南

(廣州廣空設(shè)計(jì)咨詢有限公司,廣東 廣州 510403)

0 引言

自2016年確定促進(jìn)通用航空業(yè)發(fā)展以來(lái),我國(guó)通航產(chǎn)業(yè)積蓄已久的潛力被全面激發(fā),通航產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展黃金時(shí)代。目前針對(duì)通用機(jī)場(chǎng)的規(guī)范有MHT5026—2012通用機(jī)場(chǎng)建設(shè)規(guī)范(以下簡(jiǎn)稱《通規(guī)》),《通規(guī)》指出飛行區(qū)的建設(shè)按MH5001—2021民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》)執(zhí)行[1]。在無(wú)通用航空機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的背景下,在滿足規(guī)范和保證運(yùn)行安全的同時(shí),如何使設(shè)計(jì)更加安全、合理、可靠、節(jié)約值得深入探討。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目本期定位為A2級(jí)通用機(jī)場(chǎng)[2]。主要保障的固定翼機(jī)型為PC-12、運(yùn)-5B(農(nóng)型)、泰克南P2006T、賽斯納172和佳寶J160-C;直升機(jī)機(jī)型為AC311,Bell407,R44及以下機(jī)型。規(guī)劃飛行區(qū)等級(jí)2B,非精密進(jìn)近跑道。跑道兩端設(shè)480 m×120 m進(jìn)近燈光場(chǎng)地保護(hù)范圍。

通常在山區(qū)丘陵地帶通用機(jī)場(chǎng)工程中,飛行區(qū)設(shè)施參數(shù)、征地費(fèi)用、道面工程及土石方工程在項(xiàng)目總投資中占比很大[3]。因此在初步確定規(guī)劃方案后,應(yīng)對(duì)方案中投資占比較大的分項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化比選。

2 跑道長(zhǎng)度計(jì)算

根據(jù)固定翼機(jī)型參數(shù),確定飛行區(qū)指標(biāo)為2B[4]?？紤]機(jī)場(chǎng)遠(yuǎn)期發(fā)展和飛行培訓(xùn)業(yè)務(wù)的開展,跑道寬度確定為30 m。分別采用基準(zhǔn)長(zhǎng)度修正系數(shù)法和查詢飛行手冊(cè)性能數(shù)據(jù)法[5]進(jìn)行跑道長(zhǎng)度計(jì)算。

2.1 基準(zhǔn)長(zhǎng)度修正系數(shù)法

ICAO附件14提供了對(duì)基準(zhǔn)飛行場(chǎng)地長(zhǎng)度的校正方法,海拔每高出海平面304.8 m,長(zhǎng)度增加7%;機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)溫度每超過(guò)該海拔高度的標(biāo)準(zhǔn)大氣氣溫1 ℃,長(zhǎng)度增加1%;有效跑道縱坡每1%,長(zhǎng)度增加10%[6]。

擬用固定翼機(jī)型中,PC-12的基準(zhǔn)飛行場(chǎng)地長(zhǎng)度最大,對(duì)其進(jìn)行校正。機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)溫度為31.5 ℃(88.7 ℉),標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度13.5 ℃,機(jī)場(chǎng)標(biāo)高(跑道最高點(diǎn))230.0 m;飛行區(qū)指標(biāo)I為2的有效跑道坡度不超過(guò)1%。綜合修正系數(shù)為1.37。按照取整原則,跑道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度取1 200 m。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 跑道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度修正表 m

2.2 查詢飛行手冊(cè)性能數(shù)據(jù)法

對(duì)擬用機(jī)型中基準(zhǔn)飛行場(chǎng)地長(zhǎng)度較大的PC-12、泰克南P2006T、賽斯納172和佳寶J160-C共4種機(jī)型,根據(jù)起飛和著陸性能圖表(見表2),按照表格插值法進(jìn)行分析。分析條件:1)外界參考條件:大氣溫度31.5 ℃,靜風(fēng),干跑道;2)飛機(jī)構(gòu)型:最佳起飛襟翼、剎車開。

表2 跑道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)匯總表

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知,跑道長(zhǎng)度1 200 m能滿足本期設(shè)計(jì)機(jī)型在最大重量時(shí)執(zhí)行飛行任務(wù)。

3 道面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)跑道型通用機(jī)場(chǎng)多采用水泥混凝土道面,參照MH/T5004—2010民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算道面厚度、選擇道面參數(shù)。采用板邊臨界荷位處的應(yīng)力作為控制指標(biāo),考慮多種飛機(jī)在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的疲勞損耗疊加確定混凝土的厚度[7]。

本項(xiàng)目固定翼機(jī)型可按95%載荷分配到主起落架,5%分配到機(jī)頭[8]。各固定翼機(jī)型道面計(jì)算相關(guān)參數(shù)如表3所示。

表3 固定翼機(jī)型道面計(jì)算參數(shù)表

表4 道面計(jì)算數(shù)據(jù)表

但規(guī)范規(guī)定飛行指標(biāo)Ⅱ?yàn)锳,B的新建機(jī)場(chǎng),水泥混凝土面層厚度不小于200 mm。故本項(xiàng)目跑道面層厚度采用200 mm,基層采用規(guī)范要求最小厚度值150 mm。凍深小于0.5 m,不設(shè)防凍墊層。道面結(jié)構(gòu)可滿足直升機(jī)和工作車輛使用要求。

4 滑行道尺寸

根據(jù)《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》,飛行區(qū)指標(biāo)I為2的儀表跑道跑滑間距為82 m,故垂直滑行道長(zhǎng)度為61.75 m。規(guī)范規(guī)定主起落架外輪外邊距為4.5 m～6.0 m(不含)。本機(jī)場(chǎng)擬用機(jī)型主起落架輪距最大為4.52 m,滑行道寬度應(yīng)使滑行飛機(jī)的駕駛艙位于滑行道中線標(biāo)志上時(shí),飛機(jī)的主起落架外側(cè)主輪與滑行道道面邊緣的凈距不小于2.25 m,即最小滑行道寬度為9.02 m,同時(shí)規(guī)范要求滑行道最小寬度為10.5 m。故本項(xiàng)目滑行道寬度取值10.5 m。

5 停機(jī)坪機(jī)位布局

停機(jī)坪應(yīng)為地面滑行系統(tǒng)提供足夠的空間與路徑需求[9]。設(shè)計(jì)應(yīng)使飛機(jī)滑行順暢便捷。本期預(yù)測(cè)直升機(jī)數(shù)量13架,固定翼飛機(jī)數(shù)量18架。機(jī)坪固定翼機(jī)位布置主要包括飛機(jī)垂直滑行道停機(jī)和平行滑行道停機(jī)(見圖1,圖2)。

停機(jī)坪尺寸400 m×80 m。直升機(jī)最終進(jìn)近和起飛區(qū)(FATO)設(shè)置于跑道上,機(jī)坪上直升機(jī)機(jī)位不設(shè)置FATO。固定翼機(jī)位間距及機(jī)坪滑行通道距離按《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》4.9.5和4.13.5控制。

固定翼飛機(jī)垂直滑行道停機(jī)時(shí),可布置20個(gè)固定翼機(jī)位和16個(gè)直升機(jī)機(jī)位,直升機(jī)機(jī)位均按Bell407設(shè)計(jì),2個(gè)機(jī)位可允許同時(shí)懸停轉(zhuǎn)彎;固定翼機(jī)位全部按PC-12尺寸設(shè)計(jì),靠近滑行道一排飛機(jī)自滑進(jìn)出,靠近航站區(qū)一側(cè)飛機(jī)自滑進(jìn)、頂推出。固定翼飛機(jī)平行滑行道停機(jī)時(shí),可布置13個(gè)直升機(jī)機(jī)位,均按Bell407設(shè)計(jì);布置18個(gè)固定翼機(jī)位,其中6個(gè)固定翼機(jī)位按泰克南P2006T尺寸設(shè)計(jì),12個(gè)按PC-12尺寸設(shè)計(jì),所有固定翼飛機(jī)均自滑進(jìn)出停機(jī)坪。

相比較而言,垂直滑行道停機(jī)時(shí),停放飛機(jī)數(shù)量多,固定翼機(jī)位均可停放所有擬用固定翼機(jī)型,直升機(jī)和固定翼飛機(jī)之間干擾少,缺點(diǎn)是靠近航站區(qū)的固定翼飛機(jī)需要設(shè)備輔助才能滑出停機(jī)坪;平行滑行道停機(jī)時(shí),停放飛機(jī)數(shù)量略有減少,部分固定翼機(jī)位無(wú)法停放所有擬用固定翼機(jī)型,但所有固定翼飛機(jī)均能自滑進(jìn)出,顯著提高了機(jī)坪運(yùn)行效率。

考慮通用機(jī)場(chǎng)運(yùn)行特性,選用平行滑行道停機(jī)的布局方式,以提高停機(jī)坪運(yùn)行效率和靈活性,減少設(shè)備輔助,方便后期維護(hù)。

6 飛行區(qū)用地范圍的確定及地勢(shì)設(shè)計(jì)

根據(jù)《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》第4章,初步確定飛行區(qū)平面尺寸參數(shù)為:跑道1 200 m×30 m,滑行道1 200 m×10.5 m,停機(jī)坪400 m×80 m,升降帶1 320 m×140 m,端安全區(qū)120 m×140 m。根據(jù)填挖平衡原則,同時(shí)綜合考慮排水、防洪、凈空要求等,對(duì)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行土方試算,位于放坡邊線以外的進(jìn)近燈光保護(hù)范圍不進(jìn)行土方平整,滿足進(jìn)近燈光面的超障要求即可。初步確定基準(zhǔn)點(diǎn)(跑道中心點(diǎn))標(biāo)高228.50 m,挖方量235.93萬(wàn)m3,填方量227.06萬(wàn)m3,挖填比1.04∶1。用地面積534 664.00 m2。挖填高差填色分析如圖3所示。

場(chǎng)地屬于丘陵地區(qū),地形起伏較大,整體呈北高南低的趨勢(shì)。原地面高程在199 m～258 m之間,最大高差59 m。填方區(qū)域集中在飛行區(qū)中部及邊坡區(qū)域,最大填方高度25.61 m;挖方區(qū)域集中在飛行區(qū)北部、航站區(qū)。邊坡采用坡率法設(shè)計(jì),因考慮凈空因素,飛行區(qū)跑道北側(cè)的邊坡坡度為1∶5,其余挖方邊坡坡度為1∶1.5,填方邊坡坡度為1∶2。

《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》4.5節(jié)規(guī)定:飛行區(qū)指標(biāo)I為1或2的儀表跑道,端安全區(qū)寬度應(yīng)不小于與其相鄰的跑道寬度的2倍,條件允許時(shí)宜不小于與其相鄰的升降帶平整范圍的寬度。為減少填方量、節(jié)約用地,本項(xiàng)目南端端安全區(qū)寬度縮減為跑道的2倍,即60 m,并將飛行區(qū)平整邊線沿跑道中線方向整體向北平移50 m,以減少南端邊坡大規(guī)模填方。優(yōu)化后的機(jī)場(chǎng)平面圖見圖4。

地勢(shì)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮機(jī)場(chǎng)自然地勢(shì)的特點(diǎn),并滿足排水防洪要求。機(jī)場(chǎng)縱向北高南低,通過(guò)圖上作業(yè)和實(shí)地踏勘,確定場(chǎng)地縱坡如下:自跑道北端以0.8%向南降坡850 m,再?gòu)淖兤曼c(diǎn)以0.3%向南降坡350 m,跑道兩端土質(zhì)區(qū)縱坡為0.3%,向場(chǎng)外降坡;場(chǎng)區(qū)其他位置縱坡同跑道。

機(jī)場(chǎng)縱向平土斷面圖如圖5所示。

在滿足排水要求的同時(shí),場(chǎng)區(qū)挖方區(qū)域橫坡應(yīng)盡量平緩,以減少挖方量?？紤]到飛行區(qū)西北側(cè)填方邊坡較高,填方區(qū)橫坡可適當(dāng)增大,盡量降低填方邊坡高度,以減少土石方量,節(jié)約造價(jià),減小工程實(shí)施難度,提高工程安全度。機(jī)場(chǎng)縱向平土斷面圖如圖6,圖7所示。

經(jīng)過(guò)飛行區(qū)用地范圍調(diào)整、地勢(shì)設(shè)計(jì)優(yōu)化后,機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高230.00 m,場(chǎng)區(qū)挖方量220.18萬(wàn)m3,填方量211.75萬(wàn)m3,挖填比1.04∶1;用地面積498 121.74 m2。優(yōu)化后土方減少約16萬(wàn)m3,用地面積縮減約36 666.67 m2?？梢娡ㄟ^(guò)微調(diào)飛行區(qū)位置、縮減端安全區(qū)尺寸、合理進(jìn)行地勢(shì)設(shè)計(jì),顯著減少了機(jī)場(chǎng)的土石方工程量,節(jié)約了投資。

7 場(chǎng)道附屬設(shè)施平面布置

根據(jù)《通規(guī)》7.1.6,一類通用機(jī)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置圍欄,二類通用機(jī)場(chǎng)宜設(shè)置圍欄,高度應(yīng)不低于1.8 m,小于民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)圍欄最小高度2.5 m。為防范外部人員或體型較大的動(dòng)物進(jìn)入機(jī)場(chǎng)區(qū)域,本機(jī)場(chǎng)設(shè)置封閉鋼絲網(wǎng)圍欄,凈高1.8 m,考慮排水溝、平整邊界位置,圍欄沿機(jī)場(chǎng)平整邊界內(nèi)2 m～3 m設(shè)置。南端端安全區(qū)尺寸縮減后,其周邊圍欄最大超高1.4 m,因此需要調(diào)整圍欄的位置,超高段圍欄設(shè)置于填方邊坡上,以降低圍欄頂標(biāo)高,滿足凈空障礙物要求。

根據(jù)《通規(guī)》7.1.6,為便于巡視車輛及人員的活動(dòng)并限制巡視車輛及人員的活動(dòng)范圍,沿飛行區(qū)平整邊界內(nèi)側(cè)設(shè)置巡場(chǎng)路,路面寬3.5 m。民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)巡場(chǎng)路一般為水泥混凝土路面,為節(jié)約造價(jià),本機(jī)場(chǎng)巡場(chǎng)路采用泥結(jié)碎石道路。

8 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)合理確定飛行區(qū)設(shè)施關(guān)鍵參數(shù)和位置,針對(duì)填挖方區(qū)域分別優(yōu)化機(jī)場(chǎng)地勢(shì)設(shè)計(jì)等措施,顯著減少了通用機(jī)場(chǎng)土石方量,提高了通用機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率,使通用機(jī)場(chǎng)在滿足規(guī)范和使用要求的同時(shí),節(jié)約了工程投資,減少了用地規(guī)模,為同類型通用機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了參考。針對(duì)通用機(jī)場(chǎng)前期咨詢和設(shè)計(jì),提出以下幾點(diǎn)建議:

1)機(jī)場(chǎng)周邊凈空處理用地盡量采用臨時(shí)用地的方式,集約利用土地,節(jié)約投資,綜合考慮用地規(guī)模、費(fèi)用以及復(fù)墾后土地利用的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益,實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化。

2)民航管理部門應(yīng)加強(qiáng)公開通用機(jī)場(chǎng)常用機(jī)型參數(shù),各機(jī)場(chǎng)建設(shè)咨詢從業(yè)單位應(yīng)采用一致的飛機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3)民航管理部門和機(jī)場(chǎng)建設(shè)咨詢從業(yè)單位應(yīng)該重視機(jī)場(chǎng)航空業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)模型的研究。根據(jù)通用機(jī)場(chǎng)功能、主營(yíng)業(yè)務(wù)類別和機(jī)場(chǎng)需求等,明確航空業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)方法,通過(guò)收集、整理現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)的航空業(yè)務(wù)量歷史數(shù)據(jù),建立大數(shù)據(jù)分析和模擬,注重?cái)?shù)據(jù)的更新和監(jiān)測(cè),提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和專業(yè)性。

4)通用機(jī)場(chǎng)航空器性能對(duì)跑道、滑行道等幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)層厚度的確定起著控制作用。目前照搬民用航空運(yùn)輸規(guī)范對(duì)通用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)設(shè)施關(guān)鍵參數(shù)的確定起著限制作用,造成了過(guò)度投資和資源浪費(fèi)。應(yīng)深入研究通用機(jī)場(chǎng)航空器性能,出臺(tái)針對(duì)通用機(jī)場(chǎng)的飛行區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

5)深入研究民用機(jī)場(chǎng)道面設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)通用機(jī)場(chǎng)的適用性,通用機(jī)場(chǎng)道面設(shè)計(jì)應(yīng)考慮車輛荷載,如消防車、加油車等。