湖北某高速公路连拱隧道火灾处治设计
时间：2022-09-27 15:45:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
邹永艳 吕国磊
【摘要：】隧道火灾处治设计是一个较为复杂的技术问题。文章在查阅相关文献与技术资料的基础上，结合具体工程实例，根据隧道检测报告，系统地分析湖北某高速公路连拱隧道火灾后的安全储备状况，并提出了火灾后隧道处治设计原则与方案，为类似项目提供了经验借鉴。
【关键词：】高速公路;连拱隧道;隧道火灾;安全系数;处治设计
U458.1A531762
0 引言
近年来随着公路通车里程越来越长，公路隧道运营里程也呈指数增长，截至2018年年末，全国公路隧道已达17 738道/1 723.6万延米[1]。隧道作为公路交通主要结构物的数量急剧增加，随着车流量的不断增加，事故也在增加，隧道内发生事故甚至是长时间火灾等恶性事故也在所难免。公路隧道出现火灾也是常见事故的一种。2008-05-04，广韶高速公路大宝山隧道南行方向Y141+500段发生隧道内火灾爆炸事故[2];2012年10月，天宝高速公路那下湾隧道内左线段K1260+550～K1260+590发生火灾事故[3];2013年，沈海高速公路吉坑隧道BK1874+286处发生火灾[4];2017-05-2 京昆高速公路（G5）河北省张石保定段浮图峪V号隧道内发生了火灾事故[5]。隧道火灾后结构加固处理研究探讨是非常必要的，本文结合葛山隧道工程实例进行了分析探讨。
1 火灾概况
湖北武鄂高速公路葛山隧道为上、下行分离的四车道高速公路连拱隧道，设计速度为100 km/h，建筑限界为10.75 m×5 m，起讫桩号为K56+475～K56+63 全长156 m。2018年4月左洞发生火灾事故，火灾起因为一辆满载衣物的大货车在K56+540处自燃，火灾猛烈燃烧时长共计约2 h，造成K56+562～K56+540、K56+536～K56+526段平均宽度约9 m、共32 m拱顶范围内的二次衬砌钢筋混凝土大面积剥落，剥落深度为5～17 cm，露筋现象严重，施工缝、沉降缝掉块现象严重，机电照明桥架严重变形，电缆沟体混凝土粉碎状。其中K56+562～K56+550段靠左侧沥青路面完全燃烧，形成宽约2.5 m、长约12 m、最深处约8 cm的凹槽。火灾发生后，隧道净空未发现明显变形，火灾影响平面图如图1所示。
通过对葛山隧道左洞的检查、评定，隧道土建结构技术状况JCGI评定为26分，为5类隧道。
2 结构分析
根据隧道原设计资料与检测报告，计算选取隧道火灾受损典型断面K56+550，原设计二次衬砌采用45 cm厚C25钢筋混凝土，断面处埋深32 m，基岩为中风化斑状花岗岩，围岩级别为Ⅳ级，围岩重度为26 kN/m 泊松比为0.35，计算内摩擦角为30°，坚固系数为1.7，弹性抗力系数为200 MPa/m。采用同济曙光软件按平面荷载-结构模型进行结构验算，分析结构安全储备-安全系数。计算分析时，先假定原设计工况满足规范最小安全系数2.4的要求，反算原设计工况二次衬砌与围岩的荷载分担比例，再根据实际检测二次衬砌厚度与强度工况，采用软件自带材料劣化模块验算二次衬砌结构火灾受损后的结构安全系数，并综合检测结论与结构计算分析，提出处治原则和思路。二次衬砌主要计算参数如表1所示。
根据现场调查、原设计资料和检测结论，分3种工况进行分析，计算结果如表2所示。
（1）工况1：根据原设计参数反算出隧道设计安全系数包络图，隧道仅局部边墙脚安全系数（2.339）略小于规范要求的2.4[6]，其他部位安全储备满足规范要求。计算结果如图2所示。
（2）工况2：直接考虑材料劣化，计算得出剥落后安全系数包络图，火灾洞室拱部抗拉安全系数下降明显，最小为1.396，不满足规范最小安全系數2.4的要求。计算结果如图3所示。
（3）工况3：根据隧道检测的二次衬砌强度、厚度及现场灭火反馈情况，火灾核心温度>900 ℃。参考《公路隧道加固技术规范》（JTG/T 5540-2018）[7]，温度场效应未剥落的二衬混凝土强度按0.8的系数折减，环向受力钢筋强度按0.89的系数折减，计算得出安全系数包络图，火灾洞室拱部抗拉安全系数下降明显，最小为1.905，不满足规范最小安全系数2.4的要求。计算结果如图4所示。
从以上3种工况结构验算分析可以看出，隧道现状安全系数均> 隧道现有结构整体稳定，但隧道结构在经过本次火灾灼烧后结构安全储备存在一定程度的下降。根据检测结论，虽然检测出的二次衬砌受损部位强度与厚度均满足原设计要求，若考虑高温受损后材料强度折减系数，隧道拱部最小安全系数1.905小于规范规定最小值2.4，安全储备不满足规范要求。考虑火灾发生后，消防灭火采用消防水进行急剧降温，对隧道二次衬砌钢筋混凝土抗拉、抗压强度损伤较大，需对隧道二次衬砌结构受损部分进行加固处理，以最大程度恢复隧道衬砌结构的安全储备。
3 加固方案
根据检测结论与原设计资料，火灾后隧道结构整体稳定，但拱部安全系数低于隧道设计规范要求，安全储备不足，长期运营过程中容易掉块、开裂，若再次遇突发因素可能造成隧道垮塌，隧道通行存在安全隐患。查阅国内隧道火灾处治方案相关文献，主要有置换二次衬砌、套衬钢板灌注混凝土、喷射纤维混凝土三种技术方案。其中，置换二次衬砌处理较为彻底，但防排水处理复杂，对原有结构扰动较大，施工风险大，需要辅助支撑，造价较高。套衬钢板灌注混凝土置换后混凝土耐久性较好，结构整体性好，防排水易处理，但钢板需要定做，制作工艺复杂，需要辅助施工，造价高，文献[5]引用工程案例即采用此工法。喷射纤维混凝土应用较广，该工法具有施工快捷、方便、造价低、工程可供参考经验相对较多、施工风险总体可控等优点，但也存在结构耐久性相对较差、结构整体性差、需长期观测与养护等缺点。从施工时间与造价经济性来看，喷射纤维混凝土具有较大优势。综合考虑，本隧道主要采用喷射纤维混凝土处治方案。
根據检测报告及计算分析，将K56+525～K56+575段划分为结构安全受影响严重区域，K56+505～K56+525段、K56+575～K56+585段划分为结构安全受影响较严重区域，其余划分为结构安全受影响较小区域。处治措施如下：
（1）结构安全受影响严重区域：K56+525～K56+575段拱顶区域，采用小型工具凿除二衬混凝土表面受损疏松层或碳化层，采用高压风将表面吹洗干净，均匀涂抹专用界面剂，增设格栅+钢筋网喷射钢纤维混凝土加强二次衬砌整体刚度。格栅采用主筋直径为22 mm的三角形格栅，格栅纵向间距为1 m，钢筋网间距为15 cm×15 cm，喷射混凝土采用C25钢纤维混凝土。在施工过程中拱顶按2.5 m间距设置预留注浆孔，对于施工中发现结构中可能存在的空洞，在拱顶喷射混凝土完成后及时注浆。
（2）结构安全受影响较严重区域：K56+505～K56+525段、K56+575～K56+585段区域，采用小型工具凿除二次衬砌混凝土表面受损疏松层或碳化层，采用高压风将表面吹洗干净，均匀涂抹专用界面剂，根据凿毛后混凝土剥落、受损情况采用钢筋网、喷射钢纤维混凝土增加二衬刚度。
（3）结构安全受影响较小区域：隧道其他区域，主要结合检测报告与现场凿毛处理后的情况，采用环氧细石混凝土与钢筋网局部修饰处理。
4 结语
根据隧道运营管理方反馈，目前该隧道运营通畅，喷射纤维混凝土加固表面未出现裂缝或脱落情况，隧道内净空收敛基本稳定，未发生明显变形，仍处于长期运营监测阶段。
隧道作为公路交通的一种特殊结构物，其受力本身较为复杂，特别是连拱隧道更为复杂。采用喷射纤维混凝土处理运营期间隧道结构问题虽然在工程实践中应用较多，但是从理论上分析喷射纤维混凝土耐久性以及与既有混凝土粘结性、耐久性问题等则需要进一步研究考察。隧道设计与施工通常以经验为主、理论为辅，文中采用同济曙光软件计算分析也是从宏观角度分析结构安全储备，其计算模型与实际工程仍存在一定差距。隧道火灾处治，是一项繁复的技术研究工作，本文在查阅相关文献与技术资料的基础上，结合具体工程实例，根据隧道检测报告，系统地分析隧道火灾后的安全储备状况，并提出了火灾后隧道处治设计原则与方案，为类似项目提供了技术参考经验。
参考文献：
[1]蒋树屏，林 志，王少飞.2018年中国公路隧道发展[J].隧道建设（中英文），2019，39（7）：1 217-1 220.
[2]李 清.隧道火灾后结构物快速检测评估及处治设计分析[J].广东公路交通，2012（3）：50-53.
[3]张士兵，王心刚，宋占辉.运营隧道衬砌结构火灾损伤技术状况检测与评价[J].公路交通科技（应用技术版），201 9（7）：50-54.
[4]朱元锋.隧道火灾造成混凝土损伤检测评估与处置探讨[J].福建建设科技，2014（1）：45-48.
[5]王子鹏.爆炸火灾造成的公路隧道损伤检测及加固方案案例初探[J].交通世界，2017（21）：174-176.
[6]JTG 3370.1-2018，公路隧道设计规范 第一册 土建工程[S].
[7]JTG/T 5440-2018，公路隧道加固技术规范[S].
猜你喜欢 安全系数高速公路 铁路路堑高边坡的长期稳定评价方法及分级预警方法土木建筑与环境工程(2022年5期)2022-06-22工程塑料防眩板在桂柳高速公路中的应用西部交通科技(2022年2期)2022-04-27大雪散文诗世界(2022年1期)2022-01-13为什么高速公路上不用路灯照明小学阅读指南·低年级版(2017年11期)2017-12-06结构模型破坏实验中国水运(2016年12期)2017-02-21某边坡地质灾害隐患点治理工程勘查绿色科技(2016年20期)2016-12-27试论建筑结构设计安全度与结构构件耐久性科技视界(2015年25期)2015-09-01浅谈水利水电工程中的水闸施工技术中国高新技术企业(2015年16期)2015-04-30轱辘心儿，高速公路上的猫文学少年(小学版)(2009年1期)2009-01-22
