水平定向钻和钢桁架灯光桥在机场助航灯光工程中的应用

汤集俊 蓝浩华

摘要：本文对水平定向钻工艺在现状道面铺设助航灯光二次电缆保护管中的应用、钢桁架灯光桥技术在机场进近灯光系统中的应用进行了简介，分析了技术要点、适用场所、发展趋势，对比传统工艺技术，在增强助航灯光供电可靠性的同时，减少了相关运行维护的工作量，提高了维修的效率和安全保障程度，有利于保障飞行安全，符合四型机场的指导思想，具有推广的价值。

关键词：水平定向钻助航灯光钢桁架灯光桥四型机场

Abstract： This paper briefly introduces the application of horizontal directional drilling technology in laying secondary cable protection pipe of navigation light on the current pavement and the application of steel truss light bridge technology in airport approach lighting system， analyzes the technical key points， applicable places and development trend. and compares with traditional technology. Compared with traditional technology， it not only enhances the power supply reliability of navigation lights， but also reduces the workload of relevant operation and maintenance， and improves the maintenance efficiency and safety guarantee degree. It is conducive to ensuring flight safety， in line with the guiding ideology of type IV Airport. It is worth popularizing.

Key Words：Horizontal directional drilling;Navigational lighting;Steel truss light bridge; Type IV airport

1 水平定向鉆工艺在铺设助航灯光二次电缆保护管中的应用

1.1敷设方式

机场现状道面需加装滑行道中线灯等嵌入式灯具时，灯箱至灯具的二次电缆通常有以下几种敷设方式。

（1）现状道面为混凝土刚性道面，通常采用切槽直接埋设二次电缆的方式;该方式切割精度受操作工人技术水平制约，如操作不当，易损伤道面结构并产生FOD。

（2）现状道面为沥青柔性道面，通常采用铣掉现状沥青道面层，露出刚性道面层，再切槽埋设二次电缆保护管，以快干水泥回填刚性道面层的，再回铺沥青道面层。该种施工方法造价高，一般结合沥青盖被工程同步实施，施工完毕后，二次电缆的相关维护成本低[1]。

（3）个别机场只是在现状沥青柔性道面加装嵌入式灯具，并无盖被工程同步实施，且灯具数量较少，采用了在沥青道面上切槽埋线或切槽埋管的方式，二次电缆或保护管受柔性道面推挤作用，可能产生损伤，另外在沥青柔性道面上切槽，对道面稳定性影响较大，可能会产生反射缝，不宜推广[2]。

上述方式灯具一般采用侧进线，二次电缆（保护管）和灯具底座间采用软管连接，软管受灯具缝隙填充料的压力，二次电缆不易抽出，造成今后需更换二次电缆时，需将灯具底座取出方可实施。

1.2水平定向钻工艺的应用

水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施（管道、电缆等）的一种施工机械，它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等柔性管线铺设施工中，适用于沙土、粘土、等地况，不适宜地下水位较高及卵石地层，应用前景广阔[3]。

在云南某机场，将水平定向钻孔工艺应用在现状混凝土道面的二次电缆保护管敷设。工艺流程包括测量放线、灯坑钻孔、钻机就位、导向钻孔、清孔、线管拖拉并注浆、灯具安装、灌注灯具固定胶、现场清理及恢复，技术要点如下。

（1）道面灯坑钻孔：道面结构面层为34cm水泥混凝土，上基层为18cm水泥稳定碎石，下基层为18cm水泥稳定碎石，钻孔深度约600～700mm，与水平定向钻钻深相符。

（2）水平钻孔：距道肩边6～9m下钻杆（孔径100mm），钻至道肩基层下土面区，再水平钻至灯具安装位置。钻机系统是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体，钻机系统的组成部分包括钻机主机、转盘等，它主要是通过将钻机主机放置在钻机架上，以此来完成钻进作业和回拖作业，达到不同作业状态下的要求[3] ，详见图1。

（3）线管拖拉：采用PE25电缆保护管，拖拉至灯坑。

（4）注浆：电缆保护管与钻孔之间的缝隙采用注浆，注浆配合比根据凝固时间要求调节，注浆时采用高压注浆法，并增设排气管，有效保证注浆质量。

（5）灯坑回填及灯具底座安装：一般采用机场常用修补材料超快硬混凝土修复王填补，稳定后灌注灯具固定胶、安装灯具底座。

1.3推广的意义

综上所述，采用水平定向钻孔工艺铺设助航灯光二次电缆保护管，可减少对道面结构（尤其是沥青柔性道面）的影响，且灯具采用底进线，今后二次电缆维护方便，应用前景广阔;但水平定向钻施工的人力、机械用量较大，相对费用较高，另外其工艺还有尚待改进之处，建议如下。

（1）水平钻宜在道面结构层下土面区实施，钻杆孔径尽可能小，减少对道面结构的影响。

（2）提高注浆质量，填实电缆保护管与钻孔之间的缝隙。

2钢桁架助航灯光桥

2.1钢桁架助航灯光桥的应用与发展概况

当机场进近灯建设场地位于山坡或山丘时，通常每30m设置一座近进灯铁塔以保持近进灯带的水平高度。灯塔的塔顶设检修平台，通过钢爬梯从地面爬到塔顶进行检修，或通过灯杆升降梯将灯具降到地面进行检修。进近灯带设计过程中，经常会遇到建设地点存在道路、河流、悬崖等情况，导致进近灯铁塔无法按每30m一座进行设置，通常，会选择偏移铁塔或悬挑塔顶平台避让建设不利地段，当障碍物宽度较大时，可采用双塔柱钢桁架桥跨越障碍物，检修人员通过桁架桥步行到灯具下进行检修。随着钢桁架桥实际应用中面对复杂地形的突出优势，灯具检修的便利性，全长的钢桁架助航灯光桥在机场建设中逐渐得到推广。2020年11月5日，贵阳龙洞堡国际机场新建东跑道正式投入使用，该项目就采用了钢结构桁架“空中走廊”灯光桥的形式，开创了钢结构桁架用于民航机场进近灯光系统建设的先河。

2.2钢桁架灯光桥的优点

钢桁架灯光桥相对于传统的一灯一塔的设计方案主要有以下几点优势。

2.2.1解决复杂地形、跨越障碍物

一灯一塔的设计方案钢塔架根据灯具布置要求每30m一个进行布置，当遇到不利边坡时通常要进行边坡支护处理，遇到河流、市政道路时无法布置钢铁塔。

钢桁架灯光桥的灯具布置在桁架走道上，钢塔柱墩可避开不利地形，选择地势较平坦、地基承载力较高的场地进行布置，提高了结构基础安全的可靠性，同时也减少了边坡支护和地基处理的费用，如图2所示。钢桁架灯光桥还可以跨越溪流、道路、管线和构筑物等障碍物，减少道路改线、管线迁移及构筑物拆除等额外的项目，解决了障碍物上不能落塔的问题，也节省了征地修路、管线迁移等额外费用。

2.2.2灯具检修安全便利

一灯一塔的设计方案有两种检修方案，一种是检修人员通过钢爬梯爬到铁塔顶部检修平臺进行检修，第二种使用助航灯光辅助升降设备将灯杆降到地面进行检修。第一种成本较低，但对检修人员高空作业的能力要求比较高;第二种设备成本较高，与电梯类似需要进行日常维护，存在设备发生故障的概率，但灯具维修方便。

钢桁架灯光桥主要通过桁架走廊步行到灯具下进行检修，相对一灯一塔的方案主要增加了钢桁架连廊的结构工程投资。但检修人员不需要高空作业，也不存在设备故障的风险，提高了灯具检修的安全性，减轻了工作人员的负担。钢爬梯及露天升降电梯在雨雪天气检修都非常的危险，但钢桁架灯光桥在非极端的雨雪天气依然可以用于检修，这也提高了机场安全保障的能力。

2.2.3经济性

对比一灯一塔采用辅助升降设备的方案，钢桁架灯光桥在遇到复杂地形和障碍物时经济效益非常明显。实际的工程费用受到很多因素的影响，如钢塔越高时桁架桥因为减少了塔柱的数量，所以经济效益会更高;风荷载较大时桁架桥因为受风面积的增加，成本也会增加。每个项目的经济分析还是需要根据风荷载、地形地貌、建设场地已存在的建构筑物、施工条件等实际情况具体分析，根据比选结果选择最合适的建设方案。

2.3钢桁架灯光桥的设计要点

钢桁架灯光桥将灯光塔进行了串联，结构设计由单塔的设计变为了整体结构的设计，需要重点考虑以下几点问题：第一，钢桁架桥整体刚度较柔，既要考虑风荷载下的应力与位移，根据文献[4]颤振、涡激共振也是设计的重点;第二，钢桁架桥作为超长结构，计算中应考虑温度作用的影响，温度荷载的影响仅次于风荷载;第三，钢桁架桥的基础可能位于各种不同的土层上，基础的不均匀沉降分析也是钢桁架桥的设计重点。第四，抗震设计，钢桁架桥因自重轻，地震基本不是控制作用，但高烈度区还是要加强钢结构的节点构造。第五，施工的可行性，合理的桁架桥跨度、合适的桥墩建设地点、吊装场地及施工便道等内容在设计时都应被考虑在内，必要时应通过使用有限单元计算软件建立模型，计算桥梁施工进行过程中各设计阶段及工程运营中各阶段结构的受力情况，进行精细化分析验算[5]。

2.4钢桁架灯光桥推广的意义

根据《四型机场建设导则》[6]的指导思想，钢桁架灯光桥的推广具有重要的意义。第一，提高了灯具维修过程的安全性，提高了机场安全保障的能力。第二，采用全装配式钢结构，占地面积钢桁架小，可跨越河流、建构筑物、动植物保护区，有很好的绿色环保意义。第三，减轻了机场员工的工作负担、降低了检修灯具的安全风险，符合人文机场的一般要求。

3结语

上述技术的应用提高了机场助航灯光供电的可靠性，减少了运行维护的工作量，提高了机场安全保障的能力，符合四型机场的指导思想，应用前景较广。

参考文献

[1] 李先锐.机场复合式道面力学行为分析研究[D].西安：长安大学，2019.

[2] 余潇.再生混凝土应用于道路改造中的实用性研究[D].重庆：重庆交通大学，2018.

[3] 董顺.水平定向钻反循环扩孔技术与试验研究[D].武汉：中国地质大学，2020.

[4] 陈以荣，曹张，刘志文，等.钢桁架人行桥行人风环境及抗风性能研究[J]振动与冲击.2019.38（16）：274-280.

[5] 王梅俊，魏一绗.钢桁架人行桥设计计算[J].四川建材.2021，47（7）：176，192.

[6] MH/T 5049-2020，四型机场建设导则[S].北京：中国民航出版有限公司，2020.