发布时间 : 星期四 文章公路隧道火灾后二衬结构损伤程度研究-土木工程；防灾减灾工程及防护工程专业毕业论文 - 图文更新完毕开始阅读
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值计算软件概况；4)隧道火灾防护设备等信息；5)各个隧道火灾相关的分析评
估资料；6)各国在隧道安全系数升级方面的研究项目及其研究综述。
(3)UPTUN(Cost·Effective，Sustainable and Innovative Upgrading Methods for Fire Safe in Existing Tunnies)
此工程主要目的是研究欧洲已有隧道的火灾安全，于2002年由欧洲委员会提 议，项目共耗时四年，四十二位隧道专家参加，另外不同单位也参与该项目研究， 包 括业主单位、建设单位、研究单位、设计单位、高校等。此项目的研究目的具 体 是：1)面向已有隧道探究隧道火灾的探测和监控设备以及减少火灾的手段，其 中 包括隧道衬砌结构的防火设施和人的行为反应；2)探究、检验以及改善隧道火 灾 的安全评价办法。
该项目的研究内容包括：1)火灾预防和监控；2)火灾的发展过程和灭火方法； 3) 火灾情况下人的反应；4)火灾影响及隧道结构的火灾反应；5)安全等级评估 和既 有隧道的改进；6)火灾影响及隧道系统的响应；7)成果发布、培训。
(4)Safe Tunnel(Safety in Road Tunnelsl 该项目2001年启动，历时3年。共有9个研究机构参与。研究的主要目标是 降 低公路隧道的火灾数量以及减轻火灾高温导致的不良影响。
(5)SOLIT(Safety of Life in Tunnels) 此研究项目于德国展开，其主要研究项 目有：1)隧道里水喷淋设备的可靠度
以及使用周期；2)在隧道里安装水喷淋设备的试验以及其性能的评价办法。另外 在2002年，为了检测Montblanc隧道在火灾修复后的安全度，特此做了火灾试 验 以检验隧道里的通风设备以及人员疏散体系。
美国对隧道火灾的探究有：1993\年马萨诸塞州公路局联合联邦公路局 对弗吉尼亚纪念隧道完成了实地火灾时的通风试验。该试验的重点在于探究各种 通风设备体系的烟气控制能力和泡沫喷淋设备对火灾的控制能力。日本对隧道火 灾的探究包括：2001年进行的公路隧道实地大断面火灾试验；盾构隧道管片耐火 试验；宫古线列车火灾试验等。
较其他国家而言，我国进行的火灾探究项目不但数量小，就整体而言研究也 不成 体系。就公路隧道火灾研究而言，主要的项目有：2001\年西南交通大 学以我 国秦岭终南山特长公路隧道为背景进行了较成体系的火灾大比例模型试验， 其主要研 究内容包括特长公路隧道的火灾发生规律，火灾发生时的通风技术以及 人员疏散办 法。戴国平【_7】初步探究了二郎山隧道发生火灾的通风技术和相应的应对 策略。刘伟 【8l针对欧洲公路隧道的安全运营方法以及其既有公路隧道的运营调研， 得出国内公 路隧道在安全运营方面需要关注的问题。
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第一章绪论
王永东和夏永旭等[91以其他国家的隧道火灾资料为基础得到适于国内公路隧 道的火灾防救策略，并把策略细分为8个火灾防救的子系统，以及在通风模拟简 化的基础上提出纵向火灾通风计算式。铁科院西南分院的科研单位面向铁路隧道 的油罐列车火灾进行了相关探究：1)1988年以大瑶山隧道为背景进行了《长隧道 火灾报警与消防方法的研究》。项目进行的子课题包括隧道消防措施论证、1：3消 防措施模型验证、于隧道里开展1：1隔离式灭火设备试验、针对大瑶山隧道提出消 防体系设计：2)1990年进行《长隧道火灾救援列车可行性论证》；3)1992年进 行了《隧道消防技术研究》项目，其具体子项目包含既有隧道的消防条件、长隧 道的防火技术储备、移动式隧道火灾列车救援方案、隧道火灾事件引发因素、隧
道油类火灾的迅速隔离以及预防方法、火灾时隧道出入口的封堵和装置、隧道智 能消防 设备、隧道火灾智能预警体系、二衬结构高温伤损评价办法以及加固办法； 4)1995年 进行了《特长隧道运营综合防灾技术应用方案研究》，并在秦岭隧道的 基础上探究隧道
中货车火灾的防火体系；5)1997年进行了《沉管隧道火灾可能性 分析及其火灾防治研 究》，该项目对京沪高铁南京沉管隧道的防火办法开展了探究。
另外孙文圣lloJ在了解隧道火灾的基础上把油罐火车作为分析目标，以水为灭 火 物研究水幕封隔灭火的可能性。董希琳等【llJ火灾动力学和传热学为理论基础， 根据试验 数据提出公路隧道油罐车火灾发生后的安全开启借鉴时长。冉平【l 2J提出 针对铁路隧 道先封堵后灌液氮的快速消防办法。1 994年铁道部对《隧道衬砌结构 火灾损伤评定 方法及加固措施》进行立项，多个研究机构历时三年，在隧道火灾 模型试验的基础上对隧 道衬砌损伤进行了探测分析并提出了不同损伤程度的加固 办法。
1．2．2隧道火灾的场景研究现状
隧道火灾的场景与其温度分布是相对应的，不同的火灾场景对应着不同的温 度分布 形式。国内外进行了大量关于隧道火灾时其内部温度随时间、空间变化的 研究【13】～ 【201。
在隧道的火灾试验上，海内外开展了很多关于不同条件下隧道火灾时温度变 化规律及其分布的火灾试验研究。例如，1990\年在挪威一个报废的隧道内 进行的欧洲尤里卡研究，此研究项目在隧道内开展了二十多次火灾试验以探究不
同交通类型火灾时隧道内的温度分布及最高温度。1965年瑞士公路隧道安全委员
会在一个报废隧道内开展的油池火灾试验得到差异风速下不同油池大小时隧道内 温度和烟雾在不同方向的分布规律。1993r-一1995年间，美国在弗吉尼亚纪念隧道 中开展了MTFVTP研究项目，该研究在隧道中开展的九十二次火灾试验探究了多
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种通风条件下不同油池燃烧时的最高温度及最高热释放速率，以及多种通风条件 对火灾烟雾的控制作用、泡沫喷淋的作用等。2003年欧洲于挪威一废旧隧道内开 展了UPRUN研究，该项目对大型卡车开展的四次火灾试验研究了其温度的变化和 流动过程及其对二衬的损伤。1970年英国火灾研究部门在格拉斯隧道开展了五次 关于火灾烟气流动规律和烟雾温度的火灾试验。1974年日本铁路局于宫古线一隧 道中开展了关于火灾温度的分布规律的货车燃烧试验。2001\年西南交大以 缩尺寸隧道试验模型为基础，探究了多种条件下隧道火灾中温度随时间的变化规 律和温度在不同方向的分布规律。
在隧道火灾理论及数值模拟上，海内外研究者通过数值分析软件对隧道火灾 中 温度分布规律开展了大量研究。Woodburn等【2l】利用CFD软件模拟了纵向通风 中 火灾温度在隧道里的分布状况。Modicl22】采用数值分析软件探究了火灾温度在有 无通 风条件时在纵向的分布情况。黄恒栋【23】在理论基础上，验证了温度在纵向上 的 分布情况。而在大量隧道火灾案例及实验基础上其他国家推导出一些火灾升温 曲 线，即火灾中温度随时间变化曲线，典型的火灾曲线有：RWS曲线、HC 曲 线和 HCinc曲线、RABT／ZTV曲线以及Runehamar曲线等。
就当前海内外对隧道火灾的研究来说，虽然在火灾时隧道里温度场随时间的 变化规律、温度在隧道不同方向的分布情况等研究有了一定成效，但这些研究成 果所需要的条件并不符合普遍性，即各自所需条件并不相同，这些研究成果并不 能描述隧道火灾规律的普遍性，比如方形的大断面隧道火灾的温度场探究就比较 少。因此在隧道火灾场景方面还需要更多的研究给隧道结构防火提供参考依据。
1．2．3隧道衬砌结构火灾下的力学行为研究现状
隧道二衬受力结构的高温性能是评定其火灾高温时安全与否的力学基础。如 今海内外研究机构及人员己开展了很多关于高温中或高温后的钢筋混凝土力学行 为，另外对混凝土结构的高温伤损原因也提出了一些阐释。
姚坚等124J以C50混凝土、CF50钢纤维混凝土以及PC50聚丙烯纤维混凝土为 对象进行了不同混凝土的高温力学性能研究，讨论了三种不同混凝土承受高温后 的 最大应力、应变及弹性模量的改变情况，同时提出了对应的回归方程。Carlos、 Duraani【25】在1990年开展了高温下高性能混凝土的弹性模量、强度和本构关系的变 化，其结论显示高性能混凝土的弹性模量随温度上升而降低，而其本构关系与普 通 混凝土比较接近。Kodur、Sultanl26】在2003的研究成果里得到了硅质和钙质高强 混凝土的热工参数同温度的关系。Hertz[27】、Kalifa【28】等对火灾高温中混凝土的爆 裂 因素开展了研究分析，其结论显示混凝土爆裂的重要因素为高温产生的热应力，
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第一章绪论
另外得出高性能混凝土比普通混凝土更容易爆裂的结论。2002年，Yabuki等【29】对 高温下混凝土蒸汽压的膨胀和散发开展了探究，其结果显示聚丙烯纤维对火灾高 温 中的混凝土爆裂有良好的改善。覃丽坤等Iso]、何振军等p11在探究高温后混凝土 双轴力学性能的基础上提出了混凝土高温下的双轴压损伤规律。张彦春等【3引、刘 沐宇等【331、徐晓勇等口41对纤维混凝土的高温力学行为进行了探究，其结论显示钢 纤维对高性能混凝土的开裂性以及残余强度有所增强，聚丙烯纤维能显著改善高 性 能混凝土的爆裂现象，但发现聚丙烯纤维会小幅降低其抗拉、抗压强度。
在钢筋高温力学性能上，肖建庄【35J对承受不同高温后的500MPa细晶粒钢筋 进行拉升试验，得出了钢筋的弹性模量、屈服强度、应力应变关系等随温度的变 化 规律，并给出了其随温度变化的拟合公式以及本构模型。吴红翠等【36J在对高温 后的HRB500钢筋完成拉伸试验后得出结论，承受不同高温的钢筋在冷却后其力 学性 能的变化规律也不尽相同，其应力应变关系有所改变，且随温度升高钢筋的 屈服台有 所降低。余志武等【3 71在进行大量高温下钢筋力学性能试验的基础上给出 了高温 后新III级钢筋的力学参数计算式。
混凝土和钢筋在高温作用后的力学性能在大体上出现随温度的升高而劣化的 规律。其表现主要体现在以下几点：
1)混凝土、钢筋的弹性模量以及强度随温度的上升有所减小，且钢筋和混凝
土之间的粘接强度减弱；
2)混凝土的弹性模量及强度在高温冷却后会持续降低，甚至比承受高温时更 低； 3)承受高温的钢筋在冷却后强度有所恢复且与常温相比有所降低； 4)高温冷却后的钢筋混凝土粘接强度比高温时的强度更低； 5)加有聚丙烯纤维的混凝土在高温时的爆裂现象有所改观。
1．2．4国内外关于隧道火灾的技术标准和规范
在隧道结构防火方面，国际隧协ITAWG6发布了((Guidelines for Structural Fire Resistance for Road Tunnels))导则，该导则提出了隧道分类、火灾场景确定、衬 砌高 温性能以及消防措施等在隧道结构消防方面的建议和要求(ITA， 2005)[38】。
国际道路协会PIARC WG6发布了《Fire and Smoke Control in Road
Tunnels05．05．B》(1 999)，《PIARC Proposal on the Design Criteria for Resistance to Fire for Ibad Tunnel Structures))(2002)，((Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels))(2004)等导则。
对隧道火灾的场景、烟气控制以及衬砌结构防火设计等提出了细致的建议和
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