公路隧道襯砌結構火災損傷及檢測評估技術研究.pdf

1、山區(qū)公路隧道由于其結構狹長、空間小、道路窄、通風條件差、受火溫度高等特點，一旦發(fā)生火災，不能及時撲滅，后果極其嚴重。大火除了對隧道內(nèi)的人員造成巨大傷害外，還會由于高溫導致混凝土爆裂和力學性能的劣化，對襯砌結構產(chǎn)生不同程度的損壞，大大降低結構的承載力和安全性。火災后，如何快速準確評估火災高溫對襯砌結構的損傷情況，及時制定隧道結構修復方案和加固補強方案，保證隧道結構的安全等方面有著實際的意義。
　　 本論文的主要研究工作如下：

2、>　　 ①采用數(shù)控高溫電爐加熱方式，進行公路隧道襯砌結構混凝土試塊燒蝕試驗。通過四種不同等級(C20、C25、C30、C35)的隧道襯砌材料，四種受火溫度(300℃、600℃、750℃、900℃)和三種受火時間(1小時、2小時、4小時)火損組合試驗，深入研究分析襯砌材料的損傷表觀特征和力學性能劣化，獲得了強度、燒蝕厚度等物理力學指標與受火溫度、時間的定量關系，獲得回歸數(shù)理方程；根據(jù)試驗結果，分析評定了襯砌結構材料的火災損傷程度，為隧道

3、襯砌結構的承載力計算提供了理論依據(jù)。
　　 ②建立了一種火災工況下的隧道襯砌結構計算模型“廣義荷載-結構模型”。該模型為改進的荷載結構法，改梁單元為平面應變單元，實現(xiàn)了火災工況與圍巖荷載工況耦合；考慮了不同火災場規(guī)模與襯砌內(nèi)部溫度大小之間的關系，材料參數(shù)選取方法與常規(guī)荷載結構法不同，實現(xiàn)了沿襯砌截面厚度方向定義襯砌截面各層的彈性模量值、泊松比等力學參數(shù)；可求得任意截面沿厚度方向的各應力值，便于分析襯砌任意截面內(nèi)部應力的變化情況和

4、確定損傷程度。
　　 ③基于燒蝕試驗與“廣義荷載-結構模型”，建立了火災工況下兩車道公路隧道襯砌結構安全性評估方法。以淺埋V級圍巖襯砌結構為例，詳細分析了小汽車、公交車、重型貨車、油罐車燃燒后，拱頂、拱腰、邊墻等關鍵點沿襯砌厚度方向的應力變化。對比了襯砌厚度減薄前和減薄5cm、10cm、15cm、20cm后的結構承載力計算，應力較完整時均有所增加，但增加幅度沒有超過原來的35％；襯砌整體結構在結構設計中，一般安全系數(shù)為2～3，即

5、使襯砌減薄后，其應力增加幅度達到原來的35％，在結構設計安全系數(shù)的前提下?lián)p壞后的襯砌并不會超過其容許應力，雖然安全系數(shù)會降低，但結構仍然穩(wěn)定。因此，可以排除拆毀襯砌結構的方案，僅需對損毀的襯砌結構進行修復補強。
　　 ④系統(tǒng)研究了襯砌火災損傷的檢測方法，制定了現(xiàn)場火災調(diào)查表，給出了損傷評價分級表，為火災后隧道修復加固提供理論依據(jù)。
　　 ⑤將上述成果應用于廣韶高速公路大寶山隧道，對火災現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)進行了分析和研究，然后對