标王 热搜: 土工格栅  土工布  工程  路桥  沥青混凝土  机械  施工  路面施工  沥青  沥青路面 
 
关于邀请加入《中国路桥网》常务理事单位、理事单位、会员单位的函
 
当前位置: 首页 » 论文 » 工程技术 » 隧道工程 » 正文

隧道火灾后结构破损特征与处治技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-31  来源:《中国公路》  作者:吴湘瑜
核心提示:  近年来,公路隧道火灾的应急保障和灾后处治技术越来越受到行业的重视。公路隧道一旦发生火灾,由于公路隧道的封闭式结构特性
   近年来,公路隧道火灾的应急保障和灾后处治技术越来越受到行业的重视。公路隧道一旦发生火灾,由于公路隧道的封闭式结构特性,隧道内人员与车辆疏散困难,往往会造成严重的人员伤亡和巨大的社会影响。同时,其封闭性还将造成隧道内温度急升,从而因高温导致混凝土爆裂和力学性能的劣化,对衬砌结构产生不同程度的损坏,降低隧道的承载力和稳定性。

  案例分析

  2016年1月10日9时50分,一辆装载摩托车配件和日用品的六轴货车行驶至包茂高速公路隧道内时发生自燃,火从车前部燃起,驾驶员下车后没有采取灭火措施,直接拨打了报警电话,然后逃离隧道。随后,隧道发生火灾。

  该隧道为左右洞分离式,左右洞中线相距34米,右洞全长4799米,左洞全长4745米,纵坡为-0.4%的单面坡,隧道建筑限界宽10.5米,高5米,采用复合式衬砌。根据隧道竣工资料显示,火灾段围岩以厚层状灰质白云岩、白云质灰岩为主,围岩级别为Ⅲ级,岩溶、裂隙较发育,岩体完整性差,呈巨块状结构。

  现场火灾持续时间约2小时,消防队赶到后,对隧道进行了喷水灭火,火灾后隧道部分段落衬砌出现较大面积剥落和龟裂,电缆桥架变形,机电设施损坏严重。根据美国消防协会颁布的《高速公路隧道、桥梁和其他限制性通道标准》(NF P A502)规定,标准车辆的火灾热释放功率为:轿车5兆瓦、多辆轿车15兆瓦、公共汽车30兆瓦、重载卡车150兆瓦、易燃液体槽灌车300兆瓦。据此推算,本次隧道火灾热释放功率大致相当于150兆瓦。

  结构检测与破损特征

  隧道发生火灾后,混凝土在高温作用下,将发生脱水导致水泥石收缩,同时骨料会受热膨胀,两者变形不协调致使混凝土产生裂缝,使其强度降低。此外,由于衬砌受热辐射的不均匀性,将导致结构内部产生附加应力、刚度下降,严重情况下产生的混凝土剥落更是将直接减少结构有效受力截面,这些不利因素均将影响隧道结构的安全性、适用性和耐久性,因此,当隧道发生火灾事故后,应通过检查、检测,及时掌握结构受损情况,并为后续处治设计提供依据。

  检测与检查主要包括: 衬砌外观与裂缝、衬砌强度与厚度、衬砌混凝土碳化深度、衬砌混凝土损伤厚度、路面破损、以及机电系统损坏情况等。纵向检测长度应涵盖受火灾影响区域。此次事故,根据火灾后衬砌破损情况,纵向长度取84米,其中火源点前方60米,后方24米。

  外观与裂缝 对隧道火灾及其影响段衬砌混凝土外观状态,如剥落范围、剥落深度、衬砌混凝土颜色、裂缝分布状态、典型裂缝深度、宽度及长度等数据采用目测,配合使用仪器设备的方法进行检测,情况如下:

  受火灾和消防喷水影响,火灾前方30米(K1+040~+070)范围段衬砌混凝土存在剥落现象,残留混凝土出现密集龟裂纹。剥落区域主要分布于自左边墙1米高度起至右边墙脚的部位,剥落面积约570平方米,平均剥落厚度约5厘米,最深处为10.4厘米,剥落严重部位主要位于隧道拱顶及左右拱肩部位,特别以隧道右拱部剥落最为严重。

  位于K1+016~+040、K1+070~+100段衬砌混凝土出现龟裂纹,靠近车辆燃烧部位及段落出现的龟裂纹越密集和明显,随着距离变远呈现逐渐减轻的变化趋势。

  剥落区域混凝土新鲜面呈灰色,部分段落衬砌混凝土表面有黑色烟尘。火灾及其影响段非剥落区域混凝土表面由于受火及烟熏作用,呈现黑色。

  剥落区衬砌混凝土除存在龟裂纹外,还检测到4条因火灾新产生的环向和斜向裂缝。其中K1++058右边墙部位环向裂缝宽0.61毫米,长度为7.2米,深度为22.6厘米。

  衬砌强度 隧道火灾及其影响段落共钻孔42个芯样,试压结果表明,该42个芯样抗压强度值范围为25兆帕至42兆帕,具体见图1。从强度检测结果看,虽然均不小于该段衬砌混凝土抗压强度标准值,但这是由于原衬砌混凝土强度较高所导致。为进一步分析火灾后混凝土强度的损失程度,对火灾影响区外(K1+100)的衬砌混凝土强度进行检测,以确定隧道衬砌实际强度。经检测后确认该段衬砌实际强度36兆帕至42兆帕,取其平均值39兆帕作为衬砌强度标准值。通过对检测强度与标准强度的比较分析,可得火灾后二次衬砌混凝土强度损失率如图2。从图2中可看出,衬砌强度损失率最大约为35%,位于右边墙处,在火灾中心点前方10米至20米范围内衬砌强度损失最大,且总体上右侧衬砌强度损失比左侧衬砌大,这应是由于火灾车辆位于右侧车道所致。


  碳化深度 碳化与混凝土结构耐久性密切相关,是衡量混凝土结构物可靠度的重要指标。在火灾中混凝土受到高温影响后发生成分变化,胶凝材料CHCa(OH)z)分解为CaO及COz,并 反应产生中性的C a-C03,最终导致混凝土的中 性化(碳化)。文献指出,混凝土碳化程度与 火灾温度及持续时间有直接关系,因此通过对 比混凝土碳化深度的变化,能够对混凝土的损 伤情况进行定性判断。

  对隧道共检测31处混凝土碳化深度(见图 3),检测结果表明:受火灾影响,但衬砌混 凝土未出现剥落现象的段落(K1+016~+040、 K1+070~+100段)碳化深度一般小于7毫米; K1+040~+070段未剥落部位混凝土碳化深度一 般为7毫米至13毫米;剥落部位混凝土表面已 碳化,内部未碳化。



  损伤厚度 在火灾等高温作用下,混凝土 表层变得疏松,内部发生变质,采用超声波 仪对衬砌进行检测,可通过波速变化测定衬 砌受火灾损伤的程度与深度。测试采取平测 法进行,在左右边墙及拱腰部位共布置30个 测区,每个测区的测点数不少于6个,为便于 与衬砌厚度对应,测区均布置于地质雷达测 线上。 混凝土损伤层厚度检测结果表明(如图 4):隧道火灾及其影响段二次衬砌混凝土损伤 层厚度小于6厘米,通过对曲线的拟合可得,总 体损伤厚度最大区间为火灾前方10米至20米,这与衬砌强度损失率分布特征比较类似,其中 左边墙最大值为火灾前方14米处,右边墙为22 米处。


  衬砌处治

  火灾后隧道修复加固技术主要包括维修养 护、加固处治两个方面。养护维修是灾后一项 经常性工作,可由养护单位对损坏缺陷进行修 复。加固处治是通过加强(加大)隧道支护结 构和对火灾病害进行彻底整治来提高隧道支护 承载能力的措施。衬砌结构的加固设计可依据 现场检测结果,按结构分段和分级选择加固处 治方案。

  损伤分级 衬砌火灾后损伤分级依据是灾 后衬砌实际承载力与原结构承载力相比的损失 程度,但实际承载力指标比较难以准确确定,一 般可以通过衬砌强度损失率、衬砌剥落严重程 度、衬砌损伤厚度、衬砌裂缝发展程度等指标进 行综合确定(见表1)。


  处治技术 火灾病害加固,可根据评估等级来选择加固方法:火灾病害评估等级为Ⅰ级的区 段,可采取粘贴纤维复合材料法、粘贴钢板法、喷 射混凝土法等进行加固;火灾病害评估等级为Ⅱ级 的区段,应先进行既有衬砌裂缝修补,再采取粘贴 纤维复合材料、粘贴钢板、喷射混凝土或钢纤维混 凝土等方法进行加固;火灾病害评估等级为Ⅲ级的 区段,应先进行既有衬砌裂缝修补,再采取喷射混 凝土或纤维混凝土、嵌入钢拱架等方法进行补强加 固;火灾病害评估等级为Ⅳ级的区段,采取套拱、换 拱等方法进行加固。

  一些建议

  在进行隧道衬砌结构火灾后损伤检测前, 应充分调查火灾发生及扑灭过程、衬砌结构设计 参数等基础信息,这些信息可为确定火灾代表温 度、衬砌损伤等级提供有效支持;表观损伤特征 (衬砌表面颜色和烧伤区衬砌特征)、损伤深 度、碳化深度和剥落深度、衬砌混凝土残余强度 等指标在衬砌火灾后损伤评价时有一定的相关性 和一致性,可通过一种或几种指标对衬砌火灾后 结构损伤进行定性或定量评价;作为地下工程的 隧道,其结构受力本身就具有不确定性和不确知 性,加之火灾后结构的容许承载能力计算也难以 准确,因此,隧道火灾后衬砌结构的评价与处 治,除应进行相关检测与计算评估外,一定要请 有丰富经验的专家进行评审,并可建立一些结构 稳定的长期观测点,以判断结构的稳定性。 ( 来源: 《中国公路》 作者:文/ 图 重庆南开中学 吴湘瑜 招商局重庆交通科研设计院有限公司 吴梦军 刘永华 )

(更多精彩,欢迎扫描下方二维码关注中国路桥网官方微信:zgluqiao)
 
 
[ 论文搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐论文
点击排行
 
 
网站首页 | 版权隐私 | 使用协议 | 联系方式 | 关于我们 | 网站地图 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言 | RSS订阅
津ICP备14003769号-1