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      重庆机场实施02L西跑道仪表着陆II类运行的项目建设

      摘要:以重庆江北机场02L西跑道实施仪表着陆系统I类升级改造为II类运行的项目建设为例,介绍了仪表着陆系统的工作原理及分类技术标准,并对项目建设的方案比选、不停航施工及高填方管控等相关问题进行了分析和总结,其过程管理经验具有一定的借鉴意义。

      0 引言

      仪表着陆系统(Instrument Landing System,简称ILS),俗称盲降系统,是一种运用于飞机精密进近和着陆导航的辅助设备,主要由地面航向信标台、下滑信标台、指点标台及相应的进近灯光阵构成。其工作原理是通过地面设备发射无线电信号提供航向道和下滑道指引,在机场跑道与空中航线之间建立一条虚拟路径,飞机通过机载接收设备,确定自身与该路径的相对位置,使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降高度,最终实现安全着陆。

      根据《国际民用航空公约附件十四》的规定,按照不同的气象条件、使用决断高度和跑道视程对ILS的着陆技术标准分为I、II、III类(表1)。同时要求机场运行类别与ILS类别相匹配,如机场运行达到II类,相应的ILS必须达到II类标准,除此外还需其他设施或项目(如目视助航灯光、标志标牌、围界安防、监控模块、运行程序、机场服务等)达到II类标准才能满足机场运行条件。据不完全统计,目前我国有80余个机场建成仪表着陆设施100余套,其中开放II类运行的分别为北京首都、上海虹桥、广州新白云、成都双流、西安咸阳、昆明长水、乌鲁木齐地窝堡和重庆江北等大中型骨干机场,开放III类运行的仅有首都机场三跑道、上海浦东机场17号跑道和重庆江北机场三跑道,其他机场均实施I类运行。从现状来看,我国实施II、III类运行的机场数量占比不到总数的3%,相较于国外实施II、III类运行的机场整体数量偏少,难以形成规模效应,不利于提高航班安全运行水平和降低运营成本[1]

      1  重庆江北机场西跑道II类运行项目建设背景

      重庆是西部地区唯一的直辖市,全国有名的山城和雾都,其净空条件差,低云、低能见度天气较多。随着对内对外改革开放力度的加大,重庆江北机场作为国内干线机场、航空口岸机场,航班密度、旅客流量及货邮吞吐量不断增加,因此实施仪表着陆II类运行既是满足机场业务量高速发展的需要,又是提高机场保障能力的需要,同时可减少低云、多雾、低能见度等不良天气对飞行的影响,提高机场保障能力和航班正常率,减少航空公司因航班延误和改备降等带来的经济损失,提升机场的整体服务水平,对发挥机场运行的经济效益和社会效益起着重要作用[2]

      1.1 实施II类运行ILS的建设历程

      重庆江北机场一、二跑道位于T2航站楼东侧,是作为两条一组平行跑道保障航班起降,其中一跑道即为西跑道,按民航标准编号为02L/20R跑道,该跑道由南向北方向起降简称为02L跑道。西跑道是重庆江北机场自白市驿迁建两路后修建的第一条跑道,原设计规模为长2800m,宽45m,于1990年1月正式通航启用,2004年底完成西跑道南北端头各延长200m的扩建,其升降带扩大为3320m×300m范围,飞机主降方向由北端更改为南端,主降方向按Ⅰ类精密进近跑道天气标准开放,进出港最低飞行天气标准为云高60m,水平能见度为800m,北端为次降方向,按I类精密进近仪表着陆系统(ILS)配置导航设施。

      西跑道II类运行仪表着陆系统1995年开始动议修建,2003年4月委托上海民航新时代机场设计研究院进行(预)可行性研究报告的编制工作,2005年11月再次对可研报告进行修改调整,并以首都机场集团公司的名义上报国家民航总局,2007年12月获得民航总局的立项批复,2010年11月获得民航西南管理局批复初步设计及概算,2012年5月完成公开招标工作,2012年10月签订施工合同,2013年1月正式开工建设,2017年3月23日通过竣工验收,2017年5月15日和17日分别完成02L跑道II类运行项目的校飞、试飞工作,2017年6月16日通过行业验收合格,2017年8月29日与东航站区T3A航站楼及第三跑道同时投入使用。

      1.2  02L西跑道实施II类运行的方案比选

      仪表着陆系统Ⅱ类运行是一项系统工程,为了保持Ⅱ类运行的总体安全水平,所在机场的地面设施、服务和低能见度工作程序必须达到较高的整体性水平。其方案应重点考虑机场的地面环境(地面活动控制、气象条件、入口地面平整度、航行情报等)、空中交通服务(空域、航线)和投资等因素。

      重庆江北机场场区地处丘陵地带,西跑道南北两端净空道以外各有相对高差达30~50m左右的跌坎、低洼地,由于西跑道两端的地形条件较差,考虑到工程投资等问题,不选择在西跑道两端同时建设Ⅱ类精密进近仪表着陆系统。

      云、能见度和风是影响飞机起降的最经常的三大气象要素。根据多年的气象资料统计,重庆江北机场低能见度天气呈逐渐减少的趋势,而低云出现的天数和时次呈增加趋势:每年云高低于60m天气约367时次,其中低于30m的天气约98时次,跑道视程(RVR)低于550米的天气约73时次,其中低于350米的天气约44时次,由此可见影响飞行的天气大多介于Ⅰ、Ⅱ类放行天气标准之间。从风向、风速上看,重庆江北机场以北风为主,0~3m/s风速的天气占绝大多数,基本上是静风天气,每年10月到次年3月为多雾天气,不易吹散而集中出现在跑道两端;从机场运行以来的气象资料上看,跑道两端的云高、能见度等天气条件相仿,北端略优于南端。因此,Ⅱ类ISL运行方向的选定不受风向、风速的影响。

      从滑行道系统布局对不同方向着陆飞机所产生的影响角度分析应更改跑道主降方向为由北向南;从航线结构看,来自南面的飞机比例最大,为40%,东面和北面各占30%;从空域环境看,北面没有南面宽广,如果飞机集中在北面着陆,将导致飞机滞空时间增长;从土石方工程量看,南端明显小于北端,初步估算可以节省土石方投资约3300万元。

      综合以上天气、地形、航线、空域、工程投资等条件分析,重庆江北机场西跑道由南向北方向上实施Ⅱ类精密进近运行建设符合实际需要,技术上可行,经济上更合理。

      1.3  02L西跑道实施II类运行的建设经验

      重庆江北机场 02L西跑道II类运行工程从动议到建成历时十余年,项目在组织实施过程中根据敏感区标准调整,用地范围增加和保护区扩大等现场变化不断予以补充和完善,以满足新的适航条件(见图1)。根据投资渠道的不同按立项批复文件分为实施仪表着陆II类运行工程(简称II类运行工程)、02L跑道仪表着陆II类运行改造工程(简称II类运行改造工程)、02L仪表着陆系统相关设备更换工程(简称II类设备更换工程)和东航站区配合II类运行工程土石方项目(简称II类土石方工程)等四个子项目,并分别进行公开招投标或委托施工。

      影响II类运行项目延迟建设既有客观方面的因素,又有主观方面的原因。主观原因是决策层考虑到江北机场的发展势头较猛,航班密度大,关闭南近进台势必会对生产量的增长不利,一直犹豫难决是否搬迁南进近台的问题。客观因素在于:(1)项目批复的建设责任主体变化的影响。民航总局2007年12月批复的项目主体单位为首都机场集团公司,造成无法在当地办理征地手续,后经重庆市发改委转发,明确业主单位重庆机场集团公司,才启动征地手续办理工作;(2)地下管网迁移的影响。在征地范围内有直径φ426mm的中石油天然气管道,且穿越东航站区扩建区域,待东区扩建征地后搬迁完毕,才具备建设条件;(3)行业技术规范标准调整的影响。2013年3月,民航局空管行业办公室发布《II/III类仪表着陆系统场地设置与保护指导材料》(简称“II/III类场地指导材料”)(IB-TM-2013-003),2014年2月民航局发布《民航航空通信导航监视台(站)设置场地规范》(简称“通导台设置规范”)(MH/T4003.2-2014),2013年11月,国家标准化管理委员会颁布了《航空无线电导航台站电磁环境要求》(简称“通导台电磁要求”)(GB-6364-2013),明确II类运行下滑台保护区内不得有影响电磁信号稳定的市政道路等公共基础设施。根据标准规范要求的变化和场地条件的改变情况,原批复的项目需要进行新增建设内容,以满足民航局新的适航条件。

      图1 西跑道II类运行项目施工范围图

      2  02L西跑道实施II类运行的建设内容

      重庆江北机场西跑道02L实施II类运行是在原I类精密进近灯光系统(长度900m,排灯间距30m)基础上进行改造升级,需要对原有灯光系统、通信导航以及灯光带和下滑台临界区及保护区场地平整、外高边坡治理、围界和巡场路等附属设施工程进行同步改建,在实施过程中拆分为II类运行、II类改造、II类设备更换和II类土石方等,主要建设内容为:

      • 场道工程。西跑道南端下滑台、原有灯光带保护区1000m×128m的场地平整(包括南侧高填边坡的强夯回填、防护和挡墙),B/C保护区外高边坡治理,东西航站区三联洞式箱形车辆通道,以及附属排水沟、巡场路、检修车道、围界等。
      • 通信导航工程。在西跑道南端增设内指点标,搬迁原有南近台,增设北航向台远场监视器以及配套台站内安装照明动力、工艺设备配电、避雷接地及消防灭火系统等设施设备。
      • 助航灯光工程。升级西跑道02L南端I类进近灯光系统为II类精密进近灯光系统(包括原有灯光系统的拆除),新增一套21盏灯光系统的顺序闪光灯,增设南端接地带灯、跑道警戒灯、中间等待位置灯、停止排灯及跑道脱离标记牌。
      • 着陆系统设备更换工程。在原址更新满足II类性能标准的ILS一套,包括航向天线及下滑天线系统、基础及天线铁塔等,对现有导航机房进行整修,更新电池、空调设施,新建气体消防设施两套,完善接地系统和防雷设施。

      3  02L西跑道实施II类运行场道工程管控要点

      02L西跑道实施仪表着陆II类运行场道工程是项目投资和质量控制的重点,涉及土石方平整、高填方回填强夯、场外排水改线、高支模浇筑砼、钢筋砼格构护坡等施工环节,特别是下滑台临界区和保护区的场地平整施工,由于距离跑道入口仅为240m,小于规范最短300m的要求[3],需要编制详细的不停航施工方案,并与空管及机场运行单位建立有效协调机制,每日施工时间段需经空管及机场运行单位共同确定后方可进行施工。

      3.1 高填边坡的地基处理/回填强夯

      II类运行施工场区地质条件较为复杂,总体地势起伏大,从纵向上北高南低,横向上中部较高,东西两侧较低。最南面设计回填高度接近90m,且坡底与拟建的机场南联络道路相邻不到10m,为汲取国内外其他高填机场边坡大面积滑坡的教训,确保填筑体及高填边坡的稳定性,施工时需注意以下问题:

      (1) 对现场发现的3个原始自然冲沟内的淤泥、粉质粘土等抗剪强度低,流动性大,易造成滑坡隐患的软弱土层进行清除,采用砂岩换填,3000KNM能量分层强夯处理,并在原冲沟最低渗水点设置盲沟,将渗水引出坡脚墙体外排水系统,确保填筑体不受地下水侵蚀。

      (2) 由于南侧原始坡面高陡临空,且填筑体前方无山体及其他阻碍,强夯回填施工前需要在原边坡上开挖内倾台阶,保证填筑体与山体的有效搭接,同时对主体强夯回填区域与边界碾压填筑、临时道路新填土与已填部分的搭接要处理到位。

      (3) 高填边坡两侧边界设置有浆砌挡土墙及片石排水沟,需与坡面台阶的马道砼排水沟相连,形成完整统一的排水系统,减少场区排水对坡面的影响,同时对坡面采用5m×5m钢筋砼网格及植草加以防护(见图2)。

      (4) 为及时掌握填筑体的变化,施工中需合理布设位移和沉降观测点,根据监测专项方案初步设立10个点,从2013年6月开始进行定期观测,截止2017年3月竣工验收时,其纵(X)、横(Y)方向的最大累计差分别为48mm和51mm,高程最大累计沉降值为154mm .未发现滑坡及不良现象,处于稳定状态,满足工程设计要求。

      图2 建成后的II类运行项目高填边坡图

      3.2 东西联络下穿通道

      东西联络通道及空侧巡场路的局部路段横跨西跑道下滑台保护区,原设计采用加装雷达反射网以稳定跑道入口前无线电高度表信号,后考虑到钢架结构发射网技术和施工方面存在不确定因素,一次性投资及维保成本大等风险,为满足II/III类场地设置指导材料的场地保护要求,同时将航向信标台保护区域的空侧道路,与下滑台保护区范围内和II类运行所需范围内的东西联络道进行加盖,采用的结构方案为:框架结构+浅基础+地基处理+重力式挡墙,通道净高4.5m,顶部地势由覆土调整降坡。

      初步方案调整后的箱形通道为三联洞形式钢筋混凝土框架结构,总长310.50m,总跨度53.35m。其中东西联络道路等级为城市主干路,双向8车道,为两跨,净跨度均为19.95m,机场巡检路为空侧道路,2车道, 跨度为13.86m(见图3)。由于通道所在位置多为无序堆填土,基岩埋深在1.5~36.00m之间,砂岩体裂隙结合面差,地质构造条件复杂,故对基岩埋深大的地段采用27004300mm的条形基础,埋深较浅地段为独立基础,柱间距5m,柱高7.5m,顶板厚200mm,独立基础及柱均采用C30砼现浇,梁板采用C40P6抗渗砼现浇,并对基础下方填土进行换填处理,通道两侧修建浆砌毛石衡重式挡土墙及排水设施。

      施工管理的技术要点:

      • 箱型通道基槽开挖集中在北侧原有围界范围内,平均开挖0m,最深为10.4m,根据施工机械技术参数,需进行三次分层开挖作业,首先按照不停航施工的管理规定编制土石方开挖、飞行区围界分批次倒改、混疑土浇筑等施工方案,报业主批准后再进行现场施工;
      • 由于基础开挖放坡顶面距离使用中的西跑道南导向台最短为12m,为保证飞机起降安全,该部分区域须采用夜间航线关闭后再进行施工作业;
      • 在进行通道顶板砼分段浇筑时,要求施工机具、车辆的高度及起重机悬臂作业高度不得超过障碍物限制面[4],即升降带两侧所选用机械高度不得超过2m,其余施工区域不得超过4m。并在通道南北两侧边线位置设置标高标尺旗帜,作为限制高度。
      • 考虑到通道范围地质条件特殊,裂隙面结合差,属于软弱结构面,对地基回填处理采用换填垫层法进行置换,碎石垫层的压实系数不小于9。设计要求对基槽碎石垫层进行重型动力触探和静力荷载试验,即动力触探N63.5检验垫层施工时,按分层碾压2030cm厚取样,各检验点的间距<4m;竣工验收采用静力载荷试验检验垫层承载力时,每条轴线上部不少于3个点,水平间距为100m,承载力合格值≥250KPa。

      图3 II类运行改造&东西联络道三联洞箱涵横断面图

      3.3  B/C保护区外高边坡的治理措施

      根据II/III类场地设置指导材料,需对A/B/C区进行土方平整,其中位于东西联络道以北现有飞行区内的A/B/C区地势已基本满足规范要求,东西联络通道以南B/C区的地势按由西向东约2.5%的降坡,由北向南约2.5%的降坡,土方压实度按0.90(重型击实法)控制。

      B/C保护区外高填边坡曾作为机场东区扩建工程的弃渣场,地势起伏小,裂隙较发育,层面结合差,地质构造复杂,边坡顶部因暴雨出现较大开裂现象,设计采用放坡+格构+坡面绿化+排水的支护措施进行综合治理,并在边坡坡面布设水平位移监测24点,从2017年1月24日开始监测,监测点BW21水平位移累计最变化量最大,其中X方向为-22.6mm,变化速率为-0.1mm/d,Y方向-20.4mm,变化速率为0.1mm/d,未超过报警值,总体变形量较小,边坡稳定,坡面位移累计变化曲线有逐渐收敛趋势(见图4)。

      整治措施:

      (1)边坡按1:2坡率进行放坡,局部坡率为1:1.5,坡高每8m 设置2m宽的钢筋砼中间马道封闭;

      (2)为防止雨水下渗对边坡稳定性产生不利影响,在坡顶及马道内侧设置排水沟,边坡两侧及坡底设置截水沟,将场地地表水排除场外;

      (3)边坡坡面绿化采用0.2m厚种植土并植草皮绿化。

      图4 B/C 边坡监测最大和最小变动点的水平位移累计曲线

      3.4 场外排水沟的改道

      重庆江北机场西跑道排水系统是以跑道中心点为分水岭,向南北方向有组织的排水,原有A外线排水线穿越东西联络道路的箱涵底部,因初设加装反射网而无法满足机场净空要求,需对部分道路和箱涵顶面标高做降低处理,为保证机场排水系统和东西联络道路通道的建设不受影响,排水改线方案采用1.8m×1.8m双孔箱涵,改线后的箱涵在A4920/B2752.25处与现有A外线箱涵相接,并能满足下穿箱涵的设计要求,同时对处于抛填区的基槽每边超挖4m,进行4000KN.M 强夯处理,防止产生不均匀沉降对箱涵的拉裂。

      4 结束语

      机场仪表着陆系统项目涉及场区平整、灯光改造、通导设备、导航台站等子项目以及配套的运行程序、机场服务标准升级,各工程之间又是相互联系的,如果某项工程未能按照计划实施,可能会产生链带反应,不但整个项目进度受到影响,还会推迟项目发挥投资效益。因此,做好前期可行性研究优化工作是保证项目落地的关键,一旦立项批复后就应尽快组织实施,以降低环境变动给项目带来的风险。

      参考文献

      [1] 雷磊.浅谈我国仪表着陆系统II、III类项目建设[J].机场建设,2013(2):14-16.

      [2] 重庆江北国际机场实施仪表着陆Ⅱ类运行可行性研究报告[R].上海:上海民航新时代机场设计研究院有限公司,2007.

      [3] 国家质量监督检验检疫总局,国家标准化委员会.GB6364-2013 航空无线电导航台(站)电磁环境要求[S].北京:中国标准出版社,2013.

      [4] 中国民用航空总局57号令.中国民用航空仪表着陆系统Ⅱ类运行规定[S].北京:中国民用航空总局,1996.

       

      (航家作者:李志成

      作者简介:李志成(1964-),男,四川达州人,本科学士,正高级工程师,注册造价师,主要研究方向为工程项目管理与投资控制。)

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