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机场沥青混凝土跑道局部损坏安全风险分析

文档作者：王维，温俊文档来源：中国民航大学机场学院		点击数：	更新时间： 2024年02月21日
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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300300)
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：X951 文献标志码：A 文章编号：1674—5590(2013)02一0046—05
Research on safety risk of aerodrome asphaIt concrete
runway local damages
WANG Wei．WEN jun
(A卸on co№ge，甜UC，n嘶梳300300，∞ino)
Abs旬ract：Thmugh the systernati(、【eseaI℃h of ail kinds of the ajrport asphaIt eonerete nIflway damages，the mode』and
methodology aI℃established to calculate the saf毫fy risk index．Based on a great quantity of 6eld comparison
and correlation analysis，the safety risk rating scales (A，B，C，D)and fhe corresponding measures
(suspended repajr，repaif be￡ween钉ights，post—nighf main￡enance，scheduled main￡enance)are puI fonVard．
Finally，the application demonstrafes the efrectlveness of the methodology．
Key words：aemdmme；asphalt concrete nlnway；daⅡlage；safety risk
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【ll，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㈣，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16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FOD(foreign objecc damage，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．1 aass嫡cation of￡he asphalf nlnway d8mages a蝴
potential safbty risl‘s
损坏种类代码I Ⅱ Ⅲ Ⅳ
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
FOD
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(risk index)作
收稿日期：2叭2一06—08；修回日期：2012一08—30
作者简介：王维(19∞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3l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
一47一
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[4j，采用以下模型计算损坏风险度
l m n l
R=100(≮cc％)～=100[qn＆兀％]一(1)
i=l l=1
式中：尺为损坏风险指数，0～100；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；cn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AHP(the analytic hierarchy process，简称AHP)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AHP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
Ⅱll 0Iz Ⅱl’ 014
AA=：’：础82国瓯} ((22))
毋l ck n∞ 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
Tab．2 Judgment matrix scal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
8／9 1 8／7 8／9
A 2}7／9 7，8 1 7／9
： l 9／8 9／7 1
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=(0．274，0．243，0．227，0’257)’。
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
Tab．3 msk coemcients of alI“nds of d蛐ag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1．000
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
缺损变形磨光
坑槽沉陷，隆起滑溜
O．889 O．828 O．939
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FOD㈣，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
Σ心尺， R，=—— (4)
ΣⅣf
式中：Ⅳf为某机型一定时间内运行架次。注意，4发飞
机的Ⅳ。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
一48一
中国民航大学学报2013年4月
————————————————————————————————————————————一危，：卫
Σ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．，Σ=尺—，Ⅳ—f
ΣM
(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Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ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
p=Jr吣旷一、】 rW棚 1 一了l “石)出=i——Le”(k ‘ J。一彤，。』Ⅲt 、／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(Ⅱ类)、变形(Ⅲ类)和磨光(Ⅳ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Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类
损坏接触横向风险系数，ⅣI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FOD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
『0．10损坏无松动
C。={0．50损坏有部分松动(10)
1．00损坏有大量松动
5．2 第Ⅱ类损坏的危害程度风险系数
第Ⅱ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14》卷I附篇A同、《机场勤务手册》和
Boeing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3 cm。当坑槽深度为3～5
cm时飞机振动较大，而当坑槽深度超过5 cm时飞机
振动加剧，不能接受。另据Boeing有关飞机振动的研
究，当飞机在道面上安全滑跑时，其竖向加速度不超
过±0．4 d8圳。并且经过飞机滑跑遭遇坑槽的力学模型
计算，表明欲使飞机竖向加速度不得超过±o．4 g，坑槽
深度不得大于4 cm。如果考虑起落架阻尼效应，此值
还略可增加，因此控制坑槽深度不超过5 cm是合理
的?据此，坑槽深度风险系数按以下原则确定
耻嚆
下面分析机轮遭遇坑槽时的嵌入情况。显然，如
果坑槽较小，对机轮不会造成影响。只有机轮部分或
全部嵌入坑槽，飞机才会受到影响。根据坑槽的宽度
(垂直跑道中线方向)、长度(平行跑道中线方向)与机
轮轮印宽度(垂直跑道中线方向)、长度(平行跑道中
线方向)的对比，机轮遭遇坑槽时出现的嵌人情况有
悬浮、半卧和全卧三种。为判断机轮一坑槽嵌卧关系，
需将损坏坑槽面积与机轮轮印面积进行比较。根据
《民用机场水泥混凝土道面设计规范》吧机轮轮印尺
寸计算方法如下：
轮印长度(mm) 扛、／酱⋯)
轮印宽度(mm)
形，=0．6厶(13)
式中：母为机轮胎压(MPa)；只为机轮单轮荷载(kN)。
将飞机机轮轮印与坑槽面积、形状相对照，即可
得出机轮的嵌卧状况。机轮嵌卧状况风险系数按下式
计算
万方数据
第3l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
一49—
1．0 形d≥形。，厶≥厶
尺。，：!乙7，， 形一≥形”L。<厶(14)>200
摩阻风险系数根据磨光道面的摩擦系数肛(指跑
道摩阻测试车的湿态测试数据)来确定
O．4肛>O．2
R“={0．7 0．1<肛≤0．2>

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