公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷及檢測評估技術(shù)研究.pdf

1、山區(qū)公路隧道由于其結(jié)構(gòu)狹長、空間小、道路窄、通風(fēng)條件差、受火溫度高等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，不能及時撲滅，后果極其嚴(yán)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(dǎo)致混凝土爆裂和力學(xué)性能的劣化，對襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的損壞，大大降低結(jié)構(gòu)的承載力和安全性?；馂?zāi)后，如何快速準(zhǔn)確評估火災(zāi)高溫對襯砌結(jié)構(gòu)的損傷情況，及時制定隧道結(jié)構(gòu)修復(fù)方案和加固補(bǔ)強(qiáng)方案，保證隧道結(jié)構(gòu)的安全等方面有著實(shí)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(jìn)行公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)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(xué)性能劣化，獲得了強(qiáng)度、燒蝕厚度等物理力學(xué)指標(biāo)與受火溫度、時間的定量關(guān)系，獲得回歸數(shù)理方程；根據(jù)試驗結(jié)果，分析評定了襯砌結(jié)構(gòu)材料的火災(zāi)損傷程度，為隧道

3、襯砌結(jié)構(gòu)的承載力計算提供了理論依據(jù)。
　　 ②建立了一種火災(zāi)工況下的隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算模型“廣義荷載-結(jié)構(gòu)模型”。該模型為改進(jìn)的荷載結(jié)構(gòu)法，改梁單元為平面應(yīng)變單元，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)工況與圍巖荷載工況耦合；考慮了不同火災(zāi)場規(guī)模與襯砌內(nèi)部溫度大小之間的關(guān)系，材料參數(shù)選取方法與常規(guī)荷載結(jié)構(gòu)法不同，實(shí)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(xué)參數(shù)；可求得任意截面沿厚度方向的各應(yīng)力值，便于分析襯砌任意截面內(nèi)部應(yīng)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(jié)構(gòu)模型”，建立了火災(zāi)工況下兩車道公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評估方法。以淺埋V級圍巖襯砌結(jié)構(gòu)為例，詳細(xì)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(guān)鍵點(diǎn)沿襯砌厚度方向的應(yīng)力變化。對比了襯砌厚度減薄前和減薄5cm、10cm、15cm、20cm后的結(jié)構(gòu)承載力計算，應(yīng)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(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般安全系數(shù)為2～3，即

5、使襯砌減薄后，其應(yīng)力增加幅度達(dá)到原來的35％，在結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)力，雖然安全系數(shù)會降低，但結(jié)構(gòu)仍然穩(wěn)定。因此，可以排除拆毀襯砌結(jié)構(gòu)的方案，僅需對損毀的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。
　　 ④系統(tǒng)研究了襯砌火災(zāi)損傷的檢測方法，制定了現(xiàn)場火災(zāi)調(diào)查表，給出了損傷評價分級表，為火災(zāi)后隧道修復(fù)加固提供理論依據(jù)。
　　 ⑤將上述成果應(yīng)用于廣韶高速公路大寶山隧道，對火災(zāi)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和研究，然后對