科恩沉埋隧道的防火耐燃設(shè)計(jì)

科恩沉埋隧道的防火耐燃設(shè)計(jì)

新建的第2座科恩沉埋隧道，與既有的第1座科恩沉埋隧道平行，相距僅10～15 m。既有的第1座科恩沉埋隧道是由若干個(gè)長(zhǎng)90 m的單元組成，不設(shè)專門的膨脹伸縮縫，主要的變形發(fā)生在單元之間的浸入式膨脹接頭中。第2座科恩沉埋隧道的每個(gè)單元細(xì)分成7段，因此，無論單元之間的接頭，還是分段之間的接頭，都會(huì)發(fā)生變形。沉埋隧道的地基是將砂漿（砂和水的混合物）注入隧道底部形成的砂地基，砂的飽和度與注入速度是影響地基最終質(zhì)量的重要參數(shù)。

1　隧道耐燃能力設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，除了滿足交通功能要求外，還要求隧道具有在發(fā)生火災(zāi)時(shí)耐燃的能力。這溫度根據(jù)RWS溫度曲線來決定，隧道內(nèi)溫度燃燒1 h后達(dá)到1 350 ℃；火災(zāi)的屬性定義為由碳?xì)浠衔锶紵鸬幕馂?zāi)。

隧道的耐燃能力的設(shè)計(jì)可從兩方面來敘述：混凝土結(jié)構(gòu)的防護(hù)；橡膠止水帶的防護(hù)。

1.1混凝土結(jié)構(gòu)的防護(hù)

火災(zāi)中混凝土結(jié)構(gòu)暴露在外的1層混凝土的溫度上升很快。鋼材和混凝土的溫度分別達(dá)到400℃和250℃時(shí)便會(huì)失去強(qiáng)度和剛度。

為了防止結(jié)構(gòu)由高溫燃燒引起的垮塌，隧道的頂板和側(cè)墻的上部1 m高度范圍內(nèi)采用絕緣纖維板材料防護(hù)，這在結(jié)構(gòu)預(yù)制時(shí)很容易做到。

隧道側(cè)墻的其余部分也必須防護(hù)，但采用絕緣纖維板材料不一定合適。根據(jù)其他隧道工程的成功經(jīng)驗(yàn)，可采取加厚保護(hù)層的方法來保護(hù)結(jié)構(gòu)的混凝土及內(nèi)部鋼筋。對(duì)側(cè)墻來說，如果采用石灰?guī)r為骨料的混凝土，鋼筋的混凝土保護(hù)層的厚度可取100 mm。根據(jù)RWS溫度曲線，燃燒2 h后，混凝土溫度達(dá)到380℃，深度達(dá)70 mm，還有30 mm厚的未變質(zhì)混凝土保護(hù)著鋼筋。

結(jié)構(gòu)計(jì)算中，混凝土截面必須相應(yīng)地折減，以考慮變質(zhì)的混凝土對(duì)截面的影響，火災(zāi)后必須把變質(zhì)的混凝土鑿除，并加以修補(bǔ)。

為了防止保護(hù)層混凝土爆裂，在混凝土拌合料中添加聚丙烯纖維?；馂?zāi)試驗(yàn)證明，此材料可以防爆裂。

1.2橡膠密封部分的防護(hù)

接頭中傳統(tǒng)安設(shè)橡膠膨脹接頭和可注入的橡膠止水帶，在火災(zāi)中如果沒有防護(hù)，則橡膠密封部分的溫度很快上升，導(dǎo)致其可靠性降低。

與混凝土不同的是,橡膠密封部分通常是在結(jié)構(gòu)的外側(cè),損壞后是很難修理的。所以，業(yè)主提出要求橡膠密封部分能經(jīng)受住80℃的高溫（根據(jù)RWS溫度曲線，火災(zāi)2 h后橡膠溫度達(dá)到80 ℃）。傳統(tǒng)上這類接頭用防護(hù)板加以保護(hù)，而這種相對(duì)簡(jiǎn)單方法的缺點(diǎn)是，防護(hù)板因接頭兩側(cè)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相對(duì)位移而被折斷（圖1）。應(yīng)該避免出現(xiàn)這種相對(duì)位移，但是垂直于平面的位移，多多少少會(huì)自由地發(fā)生，因?yàn)椴痪鶆虻慕Y(jié)構(gòu)荷載以及不同的支承剛度是難以完全避免的。

對(duì)于第2座科恩隧道，把接頭設(shè)計(jì)成可變形的接頭，即使產(chǎn)生相對(duì)位移，也不致?lián)p壞防護(hù)板（圖2）。

圖1　會(huì)導(dǎo)致防護(hù)板折斷的接頭

圖2　可適應(yīng)相對(duì)位移的接頭

參考文獻(xiàn)

[1] Service for Life [J]. Tunnels & Tunnelling. 2014(1): 41-45.

邵根大 編譯

責(zé)任編輯 冒一平

收稿日期2014-10-27