鄒永艷 呂國磊

【摘要：】隧道火災處治設計是一個較為復雜的技術問題。文章在查閱相關文獻與技術資料的基礎上，結合具體工程實例，根據(jù)隧道檢測報告，系統(tǒng)地分析湖北某高速公路連拱隧道火災后的安全儲備狀況，并提出了火災后隧道處治設計原則與方案，為類似項目提供了經(jīng)驗借鑒。

【關鍵詞：】高速公路;連拱隧道;隧道火災;安全系數(shù);處治設計

U458.1A531762

0 引言

近年來隨著公路通車里程越來越長，公路隧道運營里程也呈指數(shù)增長，截至2018年年末，全國公路隧道已達17 738道/1 723.6萬延米[1]。隧道作為公路交通主要結構物的數(shù)量急劇增加，隨著車流量的不斷增加，事故也在增加，隧道內發(fā)生事故甚至是長時間火災等惡性事故也在所難免。公路隧道出現(xiàn)火災也是常見事故的一種。2008-05-04，廣韶高速公路大寶山隧道南行方向Y141+500段發(fā)生隧道內火災爆炸事故[2];2012年10月，天寶高速公路那下灣隧道內左線段K1260+550～K1260+590發(fā)生火災事故[3];2013年，沈海高速公路吉坑隧道BK1874+286處發(fā)生火災[4];2017-05-2 京昆高速公路（G5）河北省張石保定段浮圖峪V號隧道內發(fā)生了火災事故[5]。隧道火災后結構加固處理研究探討是非常必要的，本文結合葛山隧道工程實例進行了分析探討。

1 火災概況

湖北武鄂高速公路葛山隧道為上、下行分離的四車道高速公路連拱隧道，設計速度為100 km/h，建筑限界為10.75 m×5 m，起訖樁號為K56+475～K56+63 全長156 m。2018年4月左洞發(fā)生火災事故，火災起因為一輛滿載衣物的大貨車在K56+540處自燃，火災猛烈燃燒時長共計約2 h，造成K56+562～K56+540、K56+536～K56+526段平均寬度約9 m、共32 m拱頂范圍內的二次襯砌鋼筋混凝土大面積剝落，剝落深度為5～17 cm，露筋現(xiàn)象嚴重，施工縫、沉降縫掉塊現(xiàn)象嚴重，機電照明橋架嚴重變形，電纜溝體混凝土粉碎狀。其中K56+562～K56+550段靠左側瀝青路面完全燃燒，形成寬約2.5 m、長約12 m、最深處約8 cm的凹槽?；馂陌l(fā)生后，隧道凈空未發(fā)現(xiàn)明顯變形，火災影響平面圖如圖1所示。

通過對葛山隧道左洞的檢查、評定，隧道土建結構技術狀況JCGI評定為26分，為5類隧道。

2 結構分析

根據(jù)隧道原設計資料與檢測報告，計算選取隧道火災受損典型斷面K56+550，原設計二次襯砌采用45 cm厚C25鋼筋混凝土，斷面處埋深32 m，基巖為中風化斑狀花崗巖，圍巖級別為Ⅳ級，圍巖重度為26 kN/m 泊松比為0.35，計算內摩擦角為30°，堅固系數(shù)為1.7，彈性抗力系數(shù)為200 MPa/m。采用同濟曙光軟件按平面荷載-結構模型進行結構驗算，分析結構安全儲備-安全系數(shù)。計算分析時，先假定原設計工況滿足規(guī)范最小安全系數(shù)2.4的要求，反算原設計工況二次襯砌與圍巖的荷載分擔比例，再根據(jù)實際檢測二次襯砌厚度與強度工況，采用軟件自帶材料劣化模塊驗算二次襯砌結構火災受損后的結構安全系數(shù)，并綜合檢測結論與結構計算分析，提出處治原則和思路。二次襯砌主要計算參數(shù)如表1所示。

根據(jù)現(xiàn)場調查、原設計資料和檢測結論，分3種工況進行分析，計算結果如表2所示。

（1）工況1：根據(jù)原設計參數(shù)反算出隧道設計安全系數(shù)包絡圖，隧道僅局部邊墻腳安全系數(shù)（2.339）略小于規(guī)范要求的2.4[6]，其他部位安全儲備滿足規(guī)范要求。計算結果如圖2所示。

（2）工況2：直接考慮材料劣化，計算得出剝落后安全系數(shù)包絡圖，火災洞室拱部抗拉安全系數(shù)下降明顯，最小為1.396，不滿足規(guī)范最小安全系數(shù)2.4的要求。計算結果如圖3所示。

（3）工況3：根據(jù)隧道檢測的二次襯砌強度、厚度及現(xiàn)場滅火反饋情況，火災核心溫度>900 ℃。參考《公路隧道加固技術規(guī)范》（JTG/T 5540-2018）[7]，溫度場效應未剝落的二襯混凝土強度按0.8的系數(shù)折減，環(huán)向受力鋼筋強度按0.89的系數(shù)折減，計算得出安全系數(shù)包絡圖，火災洞室拱部抗拉安全系數(shù)下降明顯，最小為1.905，不滿足規(guī)范最小安全系數(shù)2.4的要求。計算結果如圖4所示。

從以上3種工況結構驗算分析可以看出，隧道現(xiàn)狀安全系數(shù)均> 隧道現(xiàn)有結構整體穩(wěn)定，但隧道結構在經(jīng)過本次火災灼燒后結構安全儲備存在一定程度的下降。根據(jù)檢測結論，雖然檢測出的二次襯砌受損部位強度與厚度均滿足原設計要求，若考慮高溫受損后材料強度折減系數(shù)，隧道拱部最小安全系數(shù)1.905小于規(guī)范規(guī)定最小值2.4，安全儲備不滿足規(guī)范要求?？紤]火災發(fā)生后，消防滅火采用消防水進行急劇降溫，對隧道二次襯砌鋼筋混凝土抗拉、抗壓強度損傷較大，需對隧道二次襯砌結構受損部分進行加固處理，以最大程度恢復隧道襯砌結構的安全儲備。

3 加固方案

根據(jù)檢測結論與原設計資料，火災后隧道結構整體穩(wěn)定，但拱部安全系數(shù)低于隧道設計規(guī)范要求，安全儲備不足，長期運營過程中容易掉塊、開裂，若再次遇突發(fā)因素可能造成隧道垮塌，隧道通行存在安全隱患。查閱國內隧道火災處治方案相關文獻，主要有置換二次襯砌、套襯鋼板灌注混凝土、噴射纖維混凝土三種技術方案。其中，置換二次襯砌處理較為徹底，但防排水處理復雜，對原有結構擾動較大，施工風險大，需要輔助支撐，造價較高。套襯鋼板灌注混凝土置換后混凝土耐久性較好，結構整體性好，防排水易處理，但鋼板需要定做，制作工藝復雜，需要輔助施工，造價高，文獻[5]引用工程案例即采用此工法。噴射纖維混凝土應用較廣，該工法具有施工快捷、方便、造價低、工程可供參考經(jīng)驗相對較多、施工風險總體可控等優(yōu)點，但也存在結構耐久性相對較差、結構整體性差、需長期觀測與養(yǎng)護等缺點。從施工時間與造價經(jīng)濟性來看，噴射纖維混凝土具有較大優(yōu)勢。綜合考慮，本隧道主要采用噴射纖維混凝土處治方案。

根據(jù)檢測報告及計算分析，將K56+525～K56+575段劃分為結構安全受影響嚴重區(qū)域，K56+505～K56+525段、K56+575～K56+585段劃分為結構安全受影響較嚴重區(qū)域，其余劃分為結構安全受影響較小區(qū)域。處治措施如下：

（1）結構安全受影響嚴重區(qū)域：K56+525～K56+575段拱頂區(qū)域，采用小型工具鑿除二襯混凝土表面受損疏松層或碳化層，采用高壓風將表面吹洗干凈，均勻涂抹專用界面劑，增設格柵+鋼筋網(wǎng)噴射鋼纖維混凝土加強二次襯砌整體剛度。格柵采用主筋直徑為22 mm的三角形格柵，格柵縱向間距為1 m，鋼筋網(wǎng)間距為15 cm×15 cm，噴射混凝土采用C25鋼纖維混凝土。在施工過程中拱頂按2.5 m間距設置預留注漿孔，對于施工中發(fā)現(xiàn)結構中可能存在的空洞，在拱頂噴射混凝土完成后及時注漿。

（2）結構安全受影響較嚴重區(qū)域：K56+505～K56+525段、K56+575～K56+585段區(qū)域，采用小型工具鑿除二次襯砌混凝土表面受損疏松層或碳化層，采用高壓風將表面吹洗干凈，均勻涂抹專用界面劑，根據(jù)鑿毛后混凝土剝落、受損情況采用鋼筋網(wǎng)、噴射鋼纖維混凝土增加二襯剛度。

（3）結構安全受影響較小區(qū)域：隧道其他區(qū)域，主要結合檢測報告與現(xiàn)場鑿毛處理后的情況，采用環(huán)氧細石混凝土與鋼筋網(wǎng)局部修飾處理。

4 結語

根據(jù)隧道運營管理方反饋，目前該隧道運營通暢，噴射纖維混凝土加固表面未出現(xiàn)裂縫或脫落情況，隧道內凈空收斂基本穩(wěn)定，未發(fā)生明顯變形，仍處于長期運營監(jiān)測階段。

隧道作為公路交通的一種特殊結構物，其受力本身較為復雜，特別是連拱隧道更為復雜。采用噴射纖維混凝土處理運營期間隧道結構問題雖然在工程實踐中應用較多，但是從理論上分析噴射纖維混凝土耐久性以及與既有混凝土粘結性、耐久性問題等則需要進一步研究考察。隧道設計與施工通常以經(jīng)驗為主、理論為輔，文中采用同濟曙光軟件計算分析也是從宏觀角度分析結構安全儲備，其計算模型與實際工程仍存在一定差距。隧道火災處治，是一項繁復的技術研究工作，本文在查閱相關文獻與技術資料的基礎上，結合具體工程實例，根據(jù)隧道檢測報告，系統(tǒng)地分析隧道火災后的安全儲備狀況，并提出了火災后隧道處治設計原則與方案，為類似項目提供了技術參考經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]蔣樹屏，林 志，王少飛.2018年中國公路隧道發(fā)展[J].隧道建設（中英文），2019，39（7）：1 217-1 220.

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[4]朱元鋒.隧道火災造成混凝土損傷檢測評估與處置探討[J].福建建設科技，2014（1）：45-48.

[5]王子鵬.爆炸火災造成的公路隧道損傷檢測及加固方案案例初探[J].交通世界，2017（21）：174-176.

[6]JTG 3370.1-2018，公路隧道設計規(guī)范 第一冊 土建工程[S].

[7]JTG/T 5440-2018，公路隧道加固技術規(guī)范[S].