王润
浙江华东工程安全技术有限公司 浙江杭州 311122
摘要：本文以公路隧道内火灾损伤事故为例，介绍火灾后衬砌混凝土损伤检测和评估方法，并提出加固解决措施，为类似隧道的火灾结构损伤提供评判参考。
关键词：公路隧道；火灾检测；衬砌检测
随着我国高速公路的快速发展，公路隧道的规模也是逐年增加，由于交通事故引起的火灾、撞击等事件严重影响着运营隧道的结构安全，尤其是隧道内长时间的火灾对衬砌混凝土的影响更为明显，本文以一起公路隧道内严重火灾事故，探讨介绍火灾后衬砌混凝土损伤的检测和评估。
括苍山隧道位于浙江省台州市与温州市交界的仙居县到永嘉县境内，为双线4车道，设计车速80km/h，其中右洞全长7870米，左洞长7930米，行车道宽度2×3.75m，洞内紧急停车带宽3.5m（含路缘带0.5m及侧向余宽0.25m），长30m，过渡段2×5m，净高5m，二次衬砌采用C25砼，厚度40cm。该区域围岩为Ⅲ级围岩。2013年某日凌晨，括苍山隧道左线往诸暨方向桩号为K155+655的紧急停车带位置，一辆装载鞋帽服饰类货车突发燃烧事故，对隧道衬砌造成烧灼损伤。灼烧约2个小时后被消防部门扑灭。
1.检查结果
1.1外观检测成果
混凝土本身的强度、受火温度、火灾持续时间是影响受火钢筋混凝土结构力学性能的三个主要因素，而受火温度则是最主要因素。受火后混凝土会出现颜色改变、裂缝、爆裂和疏松等情况，与构件的受火温度存在一定的关系，受火后混凝土表观特征如表1所示：
火灾发生位置为隧道左线往诸暨方向紧急停车带处，着火点处桩号K155+655，火灾损伤主要分布在K155+649~K155+660段3个区域，其中A区域为火源直接灼烧区，距离拱脚约4.4m高度，表面混凝土严重剥落，面积2.5×1.9m2，深度约3cm，锤击后声音发哑，且表面疏松，呈灰白色；B区域表面涂层剥落、内部混凝土存在严重网裂裂缝，且锤击声音较响，表面呈灰白色，面积约4m×6m；C区域表面被烟熏，呈黑色覆盖，锤击声音较响亮，涂层亦存在局部开裂剥落现象，纵向长度约12m。病害展开示意见图1。
图1 隧道衬砌损伤平面展开图（单位：m）
1.2火场温度及温度区域分布推定
根据现场火灾时间调查情况，综合推断出火灾温度场。现场火灾有效燃烧时间为120min，根据国际标准升温曲线ISO 834 火灾时间—温度计算可得火场最高温度：
=1054℃
其中，为火灾标准温度，℃；
为自然界温度，℃；
为火灾经历时间，min。
当温度超过800℃混凝土表面颜色开始由淡黄色变到灰白，现场检测符合该情况。
根据火场最高温度计算与外观调查结果，观察衬砌混凝土表面的颜色、混凝土裂缝及开裂程度、混凝土疏松脱落情况、露筋情况及锤击声音，对隧道受火温度进行综合推定，其中A区域火场温度为900℃~1100℃，B区域火场温度约为500℃~900℃，C区域火场温度小于500℃。
1.3混凝土强度、碳化深度检测
该隧道衬砌受火区域混凝土强度下降和碳化情况明显。对病害区域的回弹和碳化深度测试表明，受火源直接灼烧区，表面混凝土剥落，碳化深度平均值为3mm；灼烧区周围未剥落处混凝土均已碳化，且深度大于10mm。A区域实测强度20MPa，小于衬砌强度设计值，测试结果如下表2：
1.4构件评估评级
（1）火灾后结构构件的鉴定评级，参照建设部《火灾后建筑结构鉴定标准》进行，根据构件烧灼损伤、变形、开裂（或断裂）程度按下列标准评定损伤状态等级：
状态Ⅱa—轻微或未直接遭受烧灼作用，结构材料及结构性能未受或仅受轻微影响，可不采取措施或仅采取提高耐久性的措施；
状态Ⅱb—轻度烧灼，但未对结构材料及结构性能产生明显影响，尚不影响结构安全，应采取提高耐久性或局部处理和外观修复措施；
状态Ⅲ—中度烧灼尚未破坏，显著影响结构材料或结构性能，明显变形或开裂，对结构安全性或正常使用性产生不利影响，应采取加固或局部更换措施；
状态Ⅳ—破坏，火灾中或火灾后结构倒塌或构件塌落；结构严重烧灼损坏、变形损坏或开裂损坏，结构承载能力丧失或大部丧失，危及结构安全，必须或必须立即采取安全支护、彻底加固或拆除更换措施。
A区域表面大面积烧光、呈土黄色或灰白色、锤击声音发闷，混凝土粉碎或塌落、单块的混凝土脱落面积>50×50 cm2
B区域表面局部被烧光、呈灰白、表面轻微裂缝网、锤击声音较响或较闷，混凝土表面留下较明显痕迹或局部混凝土酥碎、单块的混凝土脱落面积≤50×50 cm2
C区域表面局部有烟灰、被黑色覆盖、轻微裂缝网、锤击声音响亮，混凝土表面不留下痕迹、无混凝土脱落
依据规范中火灾后结构构件的初步评估评级对衬砌结构进行初步评定，A区域为III级：B区域为IIb级，C区域为IIa级。
2.维修措施
结合外观损伤和强度综合评估，该隧道受火区域属于中度烧灼，显著影响结构性能，对结构安全性或正常使用性产生不利影响，需采取加固或局部更换措施，提出以下解决方案；
（1）从火灾受损部位来看，K155+649~K155+660段为主要受火区域，其中A和B区域为受损严重位置，需对混凝土表层烧酥、开裂、剥落的混凝土表面先进行凿除，由于该段二衬无配筋，可采用植筋方式提高二衬强度。后续进行喷射混凝土施工加固。
（2）由于C区域为轻度烧伤区域，需对受损的局部剥落进行铲除，对表面混凝土进行凿毛处理后采用环氧细石混凝土进行处理。
（3）对于表面熏黑部分进行冲洗清洁。
3.结语
本文主要对隧道火灾事故后的损伤进行定性和定量评判，从混凝土的外观特征变化到内部材料质量的检测，综合评定损伤程度，并在结果分析的基础上提出加固解决方案，为类似的病害检测和处置提供参考。
论文作者:王润
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/7
标签：混凝土论文; 火灾论文; 区域论文; 隧道论文; 结构论文; 表面论文; 损伤论文; 《防护工程》2018年第24期论文;