摘要：

鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)是一種重要的沉管隧道設(shè)計(jì)形式。研究防火板的布置及不同火災(zāi)工況下該沉管結(jié)構(gòu)的溫度傳遞規(guī)律，對(duì)開(kāi)展運(yùn)營(yíng)期的鋼殼混凝土沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析具有重要意義。以隧道火災(zāi)涉事車輛作為分類，根據(jù)沉管隧道鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)建立三維有限元數(shù)值模型，模擬了小轎車、輕型車輛、巴士及重型貨車火災(zāi)工況下有無(wú)防火板布置共12種情景下的鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)溫度傳遞情況。結(jié)果表明：對(duì)于鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)，沒(méi)有布置防火板情況下發(fā)生巴士火災(zāi)或更嚴(yán)重隧道火災(zāi)時(shí)，混凝土?xí)_(dá)到建筑設(shè)計(jì)規(guī)范的防火極限，而布置有防火板時(shí)，結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)在各工況下均為安全。相關(guān)成果可為鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)型沉管隧道的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析研究提供參考。

關(guān) 鍵 詞：

沉管隧道； 鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)； 隧道火災(zāi)情景； 溫度傳遞

中圖法分類號(hào)： U459.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.03.025

0 引 言

沉管隧道按結(jié)構(gòu)類型可分為鋼筋混凝土與鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)兩類［1］，其中鋼筋混凝土沉管隧道有大量工程案例［2-3］，如珠江沉管隧道、寧波甬江沉管隧道、南昌紅谷隧道、常洪隧道、上海外環(huán)線隧道及港珠澳大橋沉管隧道，國(guó)內(nèi)鋼殼混凝土沉管隧道的代表工程為深中通道沉管隧道［4］。鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)是一種在雙面鋼板間充填混凝土，并通過(guò)焊在鋼板上的連接件將鋼板與混凝土組合成整體而共同受力的結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)具有抗?jié)B、抗裂的特性，但同時(shí)火災(zāi)后果更為嚴(yán)重。由于鋼材的導(dǎo)熱性能強(qiáng)，防火隔熱層有效與否將直接影響結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)，且內(nèi)側(cè)鋼板作為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件一旦受損，將直接損害結(jié)構(gòu)承載能力，會(huì)對(duì)沉管隧道的運(yùn)營(yíng)安全造成嚴(yán)重影響。

火災(zāi)事故是交通隧道的常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)事件之一。申艷軍等［5］對(duì)2001～2017年中國(guó)發(fā)生的121起公路隧道交通事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中發(fā)生火災(zāi)的事故占12%。2002年1月10日09：50時(shí)左右，浙江省甬臺(tái)溫高速一輛東風(fēng)大貨車滿載貨物在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)。火災(zāi)后檢查發(fā)現(xiàn)，在襯砌結(jié)構(gòu)方面，停車帶側(cè)面邊墻瓷磚全面脫落，拱部原涂有防火涂料，火災(zāi)后燃燒點(diǎn)附近只看見(jiàn)混凝土原色，并呈凹凸?fàn)睿?］。巖后隧道位于國(guó)道二廣高速公路山西省境內(nèi)晉城至濟(jì)源段，2014 年3月1日隧道右線發(fā)生?；啡急鹿?，造成液態(tài)天然氣車輛爆炸，隧道內(nèi)42輛汽車、1 500多噸煤炭燃燒，大火燃燒了73 h，隧道被嚴(yán)重破壞［7］。Ren等［8］通過(guò)統(tǒng)計(jì)2000～2016年中國(guó)高速隧道火災(zāi)事故，發(fā)現(xiàn)隧道火災(zāi)發(fā)生概率呈增加的態(tài)勢(shì)，同時(shí)不同車輛類型發(fā)生火災(zāi)的概率不同，其中重型貨車火災(zāi)發(fā)生概率最高。

火災(zāi)發(fā)生時(shí)的高溫會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，升溫會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力與使用功能受到損壞并且喪失［9］，火災(zāi)結(jié)束后結(jié)構(gòu)內(nèi)仍會(huì)存在高溫引起的殘余應(yīng)變。有大量學(xué)者對(duì)隧道火災(zāi)事故進(jìn)行了研究，蔣樹屏等［10］以港珠澳大橋沉管隧道為例，利用足尺試驗(yàn)與FDS數(shù)值模擬研究了沉管隧道火災(zāi)溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)不同火源類型對(duì)火災(zāi)拱頂最高溫度和火勢(shì)發(fā)展影響較大。閆治國(guó)［11］對(duì)隧道火災(zāi)的升溫曲線、襯砌結(jié)構(gòu)的火災(zāi)高溫力學(xué)行為開(kāi)展了細(xì)致的研究，發(fā)現(xiàn)受火面為受壓區(qū)或受拉區(qū)時(shí)，其對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)防水性能的影響有較大的差別。習(xí)陽(yáng)等［12］以深中通道沉管隧道的鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)為例，進(jìn)行了火災(zāi)高溫下的溫度傳遞規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)部受溫度影響較大的區(qū)域位于距受火面20 cm范圍內(nèi)，且同一深度下混凝土處溫度增長(zhǎng)速率明顯小于T型肋和隔板處。

目前，一般按照隧道火災(zāi)事故涉事車輛進(jìn)行火災(zāi)工況分類，而針對(duì)新型鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)在不同火災(zāi)工況下溫度場(chǎng)的研究較少。作為鋼殼混凝土沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析工作的一部分，本文依據(jù)隧道火災(zāi)統(tǒng)計(jì)選擇6種隧道火災(zāi)工況，考慮有無(wú)防火板的情況共設(shè)置12組隧道火災(zāi)情景。以沉管隧道結(jié)構(gòu)縱隔板為中位面，取縱向3 m的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，考慮不同火災(zāi)情景下鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)的溫度傳遞規(guī)律，揭示結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)溫度傳遞的差異性等規(guī)律，依據(jù)溫度場(chǎng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)在不同火災(zāi)情景下的安全性進(jìn)行判斷。相關(guān)成果可為沉管隧道火災(zāi)作用下的熱力耦合計(jì)算提供參考，并為沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)。

1 火災(zāi)升溫曲線

20世紀(jì)80年代，HC標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)曲線開(kāi)始應(yīng)用于石油化工工程和海洋工程火災(zāi)分析，用來(lái)描述小型石油火災(zāi)。后來(lái)隧道工作者把HC曲線應(yīng)用到隧道工程中，用來(lái)描述汽油箱、汽油罐、化學(xué)物品運(yùn)輸罐在隧道中燃燒時(shí)的溫度變化規(guī)律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

ΔT=1080［1-0.325exp-0.167t-0.675exp（-2.5t）］（1）

式中：ΔT為溫度變化，℃；t為時(shí)間，min。在HC曲線的基礎(chǔ)上乘以1 300/1 080便得到HCinc曲線，該曲線在法國(guó)首先被提出并應(yīng)用于隧道工程的防火設(shè)計(jì)中。

Li等［13］通過(guò)理論研究與試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了影響隧道頂部氣體溫度的因素，提出了考慮不同通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)速、熱釋放率、隧道幾何形狀及火源的計(jì)算公式。以無(wú)量綱通風(fēng)風(fēng)速V′是否大于0.19作為隧道頂部氣體最高溫計(jì)算公式選擇的分類標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算如式（2）所示。

V′=V/gQbf0ρ0cpT01/3（2）

式中：g為重力加速度，m/s2；Q為總熱釋放率，kW；bf0為火源的半徑，m；ρ0為空氣密度，kg/m3；cp為空氣的熱容，kJ/（kg·K）；T0為空氣溫度，K；V為長(zhǎng)通風(fēng)風(fēng)速，m/s。Li等［13］認(rèn)為通常無(wú)量綱通風(fēng)風(fēng)速是小于0.19的，故本文也取V′小于0.19。

隧道頂部氣體最高溫計(jì)算如式（3）～（4）所示。

DTR1=17.5Q2/3Hef5/3（3）

ΔTmax=DTR1，DTR1lt;13501350，DTR1≥1350（4）

式中：Hef為火源底部距隧道頂部的距離，m，深中通道沉管隧道此值取6.6 m。

Ren等［8］對(duì)中國(guó)高速隧道2000～2016年間的火災(zāi)事故進(jìn)行過(guò)統(tǒng)計(jì)。參考該文獻(xiàn)及PIARC提出的涉事車輛分類方式，本文參考PIARC在2017年提出的建議值，同時(shí)假設(shè)隧道內(nèi)室溫為20 ℃，計(jì)算得到不同車輛導(dǎo)致火災(zāi)時(shí)隧道頂部氣體最高溫如表1所列。

將不同工況下隧道頂部氣體最高溫與HC標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)曲線即公式（1）中的1 080進(jìn)行替換，得到不同工況下的火災(zāi)曲線。

2 計(jì)算模型

2.1 模型概述

參考文獻(xiàn)［14-15］中建立的鋼殼混凝土沉管隧道模型，本文鋼殼結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。橫隔板沿隧道縱向間隔3 m，以橫隔板為中心兩側(cè)各取1.5 m建立模型；同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)橫向也具有對(duì)稱性，火災(zāi)高溫傳遞距離有限，模型橫向上只需建立半結(jié)構(gòu)即可。由于焊釘位于格室頂板，為降低計(jì)算成本，不考慮焊釘，且鋼板與混凝土之間考慮為綁定。傳熱計(jì)算時(shí)，采用DC3D8單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

2.2 加載及邊界條件

熱量的傳遞有3種方式：對(duì)流、導(dǎo)熱和熱輻射。在隧道火災(zāi)分析中，隧道鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱量源于火災(zāi)情況下產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬?，高溫?zé)煔饬髋c隧道鋼結(jié)構(gòu)表面的熱對(duì)流與熱輻射使隧道結(jié)構(gòu)的溫度逐漸升高。在隧道鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，熱量通過(guò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱傳導(dǎo)將熱量由受火面向遠(yuǎn)方傳遞。

圖2為模型的熱邊界條件，受熱面考慮空氣的熱對(duì)流與熱輻射，假設(shè)受火面溫度均勻分布，非受火面設(shè)置為室溫、熱對(duì)流邊界，其余面不設(shè)置熱邊界條件。受火面由于受到不同工況升溫曲線的直接影響，溫度變化較大，本次模擬受火面換熱系數(shù)取值參考文獻(xiàn)［16］。

2.3 熱工參數(shù)

本文采用深中通道工程的實(shí)際用材，分別為強(qiáng)度等級(jí)C50的混凝土和Q345鋼材。

2.3.1 鋼材

（1） 熱傳導(dǎo)系數(shù)。

歐洲規(guī)范中給出的鋼筋熱傳導(dǎo)系數(shù)計(jì)算公式為

λs=12+4×10-3Ts27.320 ℃≤Tslt;800 ℃800 ℃≤Tslt;1200 ℃（5）

（2） 比熱容。

比熱容是用于衡量材料吸收或釋放能量能力的參數(shù)。不同種類鋼筋的比熱容cs存在差異，但隨著溫度的變化趨勢(shì)相似，而且鋼筋的比熱容比較小。

歐洲規(guī)范中給出的鋼筋比熱容計(jì)算如式（6）所示。

cs=425×106+7.73×105Ts－1.69×103T2s+2.22T3s" （20 ℃≤Tslt;600 ℃）666×106－13222×106Ts－740.7（600 ℃≤Tslt;735 ℃）545×106－18099×106Ts－727.6（735 ℃≤Tslt;900 ℃）650×106 （900 ℃≤Tslt;1200 ℃）（6）

（3）密度。

鋼材的密度在計(jì)算過(guò)程中取常數(shù)，即ρs=7.2×10-9 t/mm3。

2.3.2 混凝土

（1） 熱傳導(dǎo)系數(shù)。

混凝土的熱傳導(dǎo)系數(shù)受溫度的影響較大，歐洲規(guī)范中混凝土的熱傳導(dǎo)系數(shù)主要從普通混凝土和輕骨料混凝土兩種類型混凝土進(jìn)行定義，普通混凝土具體表達(dá)式如下：

λc=0.012×Tc1202-0.24×Tc120+2

（20 ℃≤Tc≤1200 ℃）（7）

（2） 比熱容。

歐洲會(huì)議建議對(duì)各種混凝土的比熱容采用統(tǒng)一的計(jì)算式：

cc=900×106+80×106Tc120-4×106Tc1202

（20 ℃≤Tc≤1200 ℃）（8）

（3） 密度。

混凝土的密度在計(jì)算過(guò)程中一般取常數(shù)，即ρc=2.4×10-9 t/mm3

2.3.3 防火板

防火板采用20 mm厚的雙層玻鎂防火板，導(dǎo)熱系數(shù)為0.109 mW/（mm·K），比熱容為800×106mJ/（t·K），密度為1 086×10-12 t/mm3，對(duì)流換熱系數(shù)為8.5×10-3 mW/（mm2·K）。

3 計(jì)算結(jié)果分析

因?yàn)槭芑鹈鏈囟冗x擇均勻分布，圖3為無(wú)防火板50 MW火災(zāi)情況下混凝土結(jié)構(gòu)120 min時(shí)的溫度場(chǎng)。無(wú)防火板情況下，混凝土結(jié)構(gòu)溫度可高達(dá)1 000 ℃，遠(yuǎn)離受熱面的混凝土結(jié)構(gòu)溫度也達(dá)到了65.70 ℃。沉管隧道鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)的溫度與受火面的距離相關(guān)，距離受火面越遠(yuǎn)，溫度越低?；炷潦菍?dǎo)熱性較差的材料，同時(shí)隨著溫度的升高導(dǎo)熱系數(shù)有下降的趨勢(shì)，這意味著當(dāng)混凝土表面的溫度升高到一定程度時(shí)候，熱量向混凝土內(nèi)部的傳遞變得更加緩慢；而鋼材的導(dǎo)熱性能較好，并且隨著溫度的升高導(dǎo)熱系數(shù)有上升的趨勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)較大的溫度差，導(dǎo)致混凝土與橫縱隔板以及T型肋的接觸處混凝土溫度出現(xiàn)波浪狀的起伏。為分析在無(wú)防火板情況下鋼殼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的溫度分布規(guī)律，選擇反映混凝土內(nèi)部溫度規(guī)律的路徑A與反映混凝土與鋼板接觸處溫度規(guī)律的路徑B，分析在有無(wú)防火板的各火災(zāi)工況下鋼殼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的溫度分布規(guī)律，如圖3所示。

3.1 不同火災(zāi)情景下沉管結(jié)構(gòu)溫度分布

圖4為50 MW火災(zāi)工況下120 min時(shí)有無(wú)防火板情景的混凝土溫度云圖。

從圖4可看出，在由橫縱隔板圍成的格室內(nèi)，溫度分布有兩邊高中間低的趨勢(shì)；同時(shí)，在中間低的趨勢(shì)下，又有T型肋附近溫度高的小趨勢(shì)。同一深度下，隔板處溫度gt;T型肋處溫度gt;混凝土處溫度，T型肋處出現(xiàn)溫度聚集現(xiàn)象。

不同火災(zāi)情景下鋼殼及混凝土最高溫見(jiàn)表2。

根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，20 MW無(wú)防火板情況下，由于混凝土溫度高于380 ℃，判定為達(dá)到耐火極限；而有防火板的條件下，6種工況的隧道火災(zāi)中，鋼殼與混凝土均未達(dá)到耐火極限，均為安全。

3.2 各火災(zāi)情景下不同深度處溫度與時(shí)間關(guān)系

選取混凝土結(jié)構(gòu)的路徑A、B進(jìn)行分析。不同火災(zāi)情景下，路徑A上溫度隨時(shí)間的關(guān)系如圖5所示。

對(duì)比圖5中火災(zāi)溫度變化可以看出，同一路徑上相同深度處的溫度隨著峰值熱釋放率的增加而依次變大。同時(shí)，各火災(zāi)情景下均存在距離鋼結(jié)構(gòu)接觸面0～50 mm范圍內(nèi)溫度快速升高的現(xiàn)象，且各工況溫度差異明顯，而無(wú)防火板情況下，該范圍內(nèi)混凝土升溫曲線幅值與隧道頂部熱空氣升溫曲線幅值相近。各火災(zāi)情景下均有如下規(guī)律：距離鋼結(jié)構(gòu)接觸面50～100 mm范圍內(nèi)，火災(zāi)開(kāi)始后20～40 min，結(jié)構(gòu)溫度開(kāi)始升高，且火災(zāi)過(guò)程中均勻上升；距離鋼結(jié)構(gòu)接觸面100～200 mm范圍內(nèi)，火災(zāi)開(kāi)始后60～100 min，結(jié)構(gòu)溫度才明顯升高，重型貨車50 MW火災(zāi)下溫度相對(duì)更高一些；距離鋼結(jié)構(gòu)接觸面200 mm以上范圍內(nèi)溫度變化幅度更小，特別是在小汽車火災(zāi)5 MW和10 MW、輕型車輛15 MW以及巴士20 MW火災(zāi)情況下，溫度幾乎不變。

不同火災(zāi)情景下，路徑B上溫度隨時(shí)間的曲線如圖6所示。

對(duì)比圖6中火災(zāi)溫度變化可以看出，與路徑A相同，同一路徑相同深度處的溫度隨著峰值熱釋放率的增加而依次變大。同時(shí)，還可以看出，各種升溫曲線均有如下規(guī)律：距離鋼結(jié)構(gòu)接觸面0～100 mm范圍內(nèi)，溫度升高速度快，且各工況下溫度差異明顯；距離鋼結(jié)構(gòu)接觸面100～300 mm范圍內(nèi)，火災(zāi)開(kāi)始后20～40 min，結(jié)構(gòu)溫度開(kāi)始升高，且火災(zāi)過(guò)程中均勻上升；距離鋼結(jié)構(gòu)接觸面300～500 mm范圍內(nèi)，火災(zāi)開(kāi)始后60～100 min，結(jié)構(gòu)溫度才明顯升高；距離受火表面500～600 mm以后范圍內(nèi)溫度變化幅度更小，距離鋼結(jié)構(gòu)接觸面600 mm以后范圍內(nèi)溫度變化幅度極小。

同一路徑相同深度處的溫度，隨著峰值熱釋放率的增加而依次變大。鋼殼厚度為30 mm時(shí)，由路徑A上溫度與時(shí)間關(guān)系發(fā)現(xiàn)，有無(wú)防火板情況下，受溫度影響較大的區(qū)域主要是距離受火表面80 mm內(nèi)的區(qū)域，而路徑B在有無(wú)防火板情況下下，受溫度影響較大的區(qū)域主要是距離受火表面230 mm內(nèi)的地方。

3.3 不同火災(zāi)工況下防火板對(duì)溫度場(chǎng)的影響

火災(zāi)開(kāi)始120 min后，有無(wú)防火板情況時(shí)，路徑A與路徑B不同火災(zāi)工況下的溫度與截面深度的關(guān)系如圖7所示。

路徑A可反映混凝土內(nèi)部溫度傳遞情況。在無(wú)防火板情況：5～50 MW火災(zāi)工況時(shí)，大于50 ℃的深度分別約為75，125，145，155，190 mm和220 mm處；大于100 ℃的深度分別約為0，55，85，100，125 mm和150 mm處。在有防火板情況下：5 MW火災(zāi)工況，各深度處溫度均未達(dá)到50 ℃，10～50 MW火災(zāi)工況，大于50 ℃的深度分別為20，40，50，75 mm和100 mm；5～30 MW火災(zāi)工況下，各深度處溫度均未達(dá)到100 ℃；50 MW火災(zāi)工況下，大于100 ℃的深度為35 mm。

路徑B可反映混凝土與鋼殼接觸面溫度傳遞情況。在無(wú)防火板情況：5～50 MW火災(zāi)工況時(shí)，大于50 ℃的深度分別約為130，240，300，345，400 mm和460 mm；5 MW火災(zāi)工況下，各深度處溫度均未達(dá)到100 ℃；10～50 MW火災(zāi)工況，大于100 ℃的深度分別約為90，150，200，260 mm和340 mm。在有防火板情況下：5～10 MW火災(zāi)工況，各深度處溫度均未達(dá)到50 ℃；15～50 MW火災(zāi)工況，大于50 ℃的深度分別為40，75，125 mm和180 mm；5～30 MW火災(zāi)工況下，各深度處溫度均未達(dá)到100 ℃；50 MW火災(zāi)工況下，大于100 ℃的深度為20 mm。

對(duì)于路徑A，防火板有效地將5～30 MW火災(zāi)工況的混凝土溫度控制在100 ℃以下，對(duì)于50 MW火災(zāi)工況，將無(wú)防火板時(shí)溫度高于100 ℃的深度從150 mm控制至35 mm。對(duì)于路徑B，防火板同樣有效地將5～30 MW火災(zāi)工況的混凝土與鋼殼接觸區(qū)的溫度控制在100 ℃以下，對(duì)于50 MW火災(zāi)工況，更是將無(wú)防火板時(shí)溫度高于100 ℃的深度從340 mm控制至20 mm，有效地降低混凝土與鋼殼的溫度，這將有效控制由熱膨脹引起的混凝土熱應(yīng)力。

4 結(jié) 論

本文在分析不同火災(zāi)工況的基礎(chǔ)上，建立了鋼殼混凝土沉管隧道在高溫下的三維數(shù)值計(jì)算模型，并對(duì)不同火災(zāi)工況下的管節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，所得結(jié)論如下：

（1） 無(wú)防火板情況下，發(fā)生20 MW巴士火災(zāi)及更嚴(yán)重火災(zāi)工況時(shí)，混凝土?xí)_(dá)到建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的耐火極限；而在有防火板的條件下，在6種工況的隧道火災(zāi)中，鋼殼與混凝土均未達(dá)到耐火極限，均為安全。

（2） 同一溫度傳遞路徑上相同厚度處的溫度，隨著峰值熱釋放率的增加而依次變大?；炷羶?nèi)部受溫度影響較大的區(qū)域主要是距離受火表面50 mm內(nèi)的地方；而對(duì)于橫縱隔板與混凝土接觸面，受溫度影響較大的區(qū)域主要是距離受火表面200 mm內(nèi)的地方。

（3） 對(duì)于混凝土內(nèi)部及橫縱隔板與混凝土接觸面，防火板均有效將混凝土溫度高于50 ℃及100 ℃的區(qū)域控制在一定范圍內(nèi)，這將有效降低隧道火災(zāi)時(shí)混凝土因熱膨脹而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

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（編輯：鄭 毅）

Study on heat transfer in steel-concrete-steel sandwich composite structure under different fire scenarios

CHENG Zhiyao1，2，XU Guoping3，YANG Fujian1，2，HU Dawei1，2，ZHOU Hui1，2

（1.State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics of Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430071，China； 2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China； 3.China Communications Construction Cooperation Highway Consultants Co.，Ltd.，Beijing 100088，China）

Abstract：

The steel-concrete-steel（SCS） sandwich composite structure is an important structural design for an immersed tube tunnel.Studies on the heat transfer in this composite structure under different fire scenarios are of important significance for the fire risk evaluation of a sandwich-structured immersed tube tunnel during the operation period.Taking the types of vehicles involved in the fire in the tunnel as classification standard，a total of 12 tunnel fire scenarios are designed，including different vehicles such as cars，light vehicles，buses，and heavy trucks.A three-dimensional（3D） finite element numerical simulation model is established for the SCS sandwich-structured immersed tunnel to simulate the heat transfer in the structure with or without fireboard in the fire scenarios.The results show that in the SCS structure，when tunnel fire of burning buses or other more serious fires occur without the fireproof panel，the temperature of concrete will reach the limitation for fire safety set by the Code of Practice for Fire Safety in Buildings，while when the fireproof panels are equipped，the temperature field of the structure is within safe limits in all fire conditions.The results can provide reference of design of SCS immersed tunnels.

Key words：

immersed tube tunnel；steel-concrete-steel sandwich composite structure；tunnel fire scenarios；heat transfer