公路隧道火災(zāi)損傷快速檢測(cè)與加固方法

■葉晨峰

（1.近海公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)新材料技術(shù)應(yīng)用交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，福州 350004；2.福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

隨著福建省高速公路的快速發(fā)展，特長(zhǎng)隧道數(shù)量不斷增多，同時(shí)交通量急劇增加，高速公路隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)日益增大。 由于特長(zhǎng)隧道的環(huán)境密閉性，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，散熱與排煙條件差，局部段落溫度急劇升高，隧道襯砌受高溫影響性能迅速劣化，主要表現(xiàn)為襯砌結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形、開(kāi)裂、剝落掉塊，襯砌混凝土強(qiáng)度降低，嚴(yán)重的將導(dǎo)致襯砌坍塌。 為保障通行安全，火災(zāi)后需全洞封閉通行，導(dǎo)致高速公路通行中斷， 特長(zhǎng)隧道改道還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)峻的安全隱患，因此災(zāi)后隧道損傷快速檢測(cè)與加固顯得尤為重要。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)隧道火災(zāi)損傷的檢測(cè)與加固方法的研究已有一定基礎(chǔ)。 梅志榮[1]等通過(guò)理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等一系列試驗(yàn)研究，提出襯砌結(jié)構(gòu)損傷程度的分級(jí)、災(zāi)后襯砌燒損評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)以及鋼纖維（網(wǎng)）噴混凝土加固等燒損襯砌修復(fù)加固的措施。 李清[2]以京珠高速公路大寶山隧道火災(zāi)后結(jié)構(gòu)物損傷為研究對(duì)象， 采用外觀檢查、超聲檢測(cè)、碳化深度檢測(cè)、鉆芯檢測(cè)等檢測(cè)手段，評(píng)估火災(zāi)燒損等級(jí)，提出以鋼纖維噴射砼為主的處置方案。 田世雄[3]等以新七道梁隧道大型火災(zāi)損毀為研究對(duì)象， 對(duì)不同損傷程度的襯砌結(jié)構(gòu)、路面及電纜槽等分別提出了不同的恢復(fù)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)隧道防火、逃生通道、標(biāo)志標(biāo)牌、照明設(shè)施設(shè)置提出了相關(guān)建議。 楊婕[4]以梧桐隧道火災(zāi)損傷為研究對(duì)象，對(duì)火災(zāi)損傷段火災(zāi)前及火災(zāi)后襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力驗(yàn)算，評(píng)估受損隧道安全性，提出以高強(qiáng)度砂漿掛網(wǎng)修復(fù)為主的處置加固方案。 王明年[5]等在現(xiàn)有隧道結(jié)構(gòu)非線性瞬態(tài)熱—力耦合有限元模型基礎(chǔ)上，提出一種在火災(zāi)高溫條件下混凝土發(fā)送剝落的循環(huán)算法， 模擬火災(zāi)下襯砌結(jié)構(gòu)截面面積的損失，得出基于混凝土循環(huán)剝落的隧道襯砌火災(zāi)損傷數(shù)值的模型建立流程。 本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以福建某高速公路特長(zhǎng)隧道火災(zāi)為例，重點(diǎn)研究火災(zāi)后如何對(duì)隧道襯砌損傷程度進(jìn)行快速檢測(cè)、評(píng)估，并制定科學(xué)合理的搶修加固方案。

1 工程概況

1.1 火災(zāi)概況

2019 年4 月14 日， 在福建某高速公路隧道主車道內(nèi)， 運(yùn)載木頭貨車發(fā)生刮擦燃燒事故，在K2993+200 處燃燒近3 h48 min。 火滅后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，二襯表層混凝土大面積網(wǎng)裂、剝落，路面出現(xiàn)破損（燒損）等隧道病害，嚴(yán)重影響著該段高速公路的通車安全。

1.2 隧道概況

火災(zāi)隧道為雙向高速公路隧道， 全長(zhǎng)3267 m，設(shè)計(jì)縱坡為-0.90%的單向坡，隧道凈高5.0 m，凈寬9.75 m，隧道由曲線和直線構(gòu)成。隧址區(qū)第四系殘坡積層松散堆積層強(qiáng)、 弱風(fēng)化巖層中有孔隙裂隙水發(fā)育，水量較為貧乏，對(duì)隧道洞身的開(kāi)挖和圍巖穩(wěn)定影響不大。 事故造成的火燒區(qū)域?yàn)棰蚣?jí)圍巖，初襯為C20 噴射素混凝土， 厚度為8 cm，Φ22 砂漿錨桿L=3.5 m，Φ6 鋼筋網(wǎng)；二襯為素混凝土，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，厚度為35 cm。 隧道斷面及支護(hù)形式如圖1 所示。

2 火災(zāi)損傷檢定與加固程序

火災(zāi)損傷快速檢定與加固程序主要分為外觀調(diào)查、初步檢測(cè)、初步評(píng)估、專項(xiàng)檢測(cè)、詳細(xì)評(píng)估、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收共8 個(gè)階段。 為快速恢復(fù)交通，保障通行安全，外觀調(diào)查、初步檢測(cè)、初步評(píng)估由第三方檢測(cè)單位完成，提出火災(zāi)損傷初步評(píng)估結(jié)果和加固方案建議；再采用總承包模式委托專業(yè)加固單位完成專項(xiàng)檢測(cè)、詳細(xì)評(píng)估、設(shè)計(jì)、施工工作（圖2）。

圖2 火災(zāi)損傷快速檢測(cè)與加固程序

3 火災(zāi)損傷病害檢測(cè)

3.1 檢測(cè)目的

（1）通過(guò)對(duì)隧道目前的總體健康狀況的檢查、檢測(cè)，獲悉隧道目前詳細(xì)的病害狀況和實(shí)際的工作狀態(tài)，以便對(duì)隧道的工作性能進(jìn)行綜合評(píng)估；（2）針對(duì)發(fā)生火災(zāi)受損段的損傷情況進(jìn)行全面檢查，確定襯砌結(jié)構(gòu)的損傷范圍和程度及其發(fā)展情況，為制定災(zāi)后隧道處治加固方案提供依據(jù)。

3.2 檢測(cè)內(nèi)容

本次檢測(cè)采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與試驗(yàn)分析相結(jié)合的形式。 通過(guò)目視和量測(cè)，首先確定隧道襯砌燒傷的面積、混凝土剝落的程度，然后其次根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定待檢的部位和范圍； 從而而后對(duì)損傷部位進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行火災(zāi)對(duì)結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度、損傷深度、襯砌厚度、結(jié)構(gòu)變形等影響程度的評(píng)定。

3.2.1 隧道損傷外觀調(diào)查

對(duì)火災(zāi)影響段落， 檢查隧道襯砌混凝土裂縫、剝落、露筋等病害，標(biāo)記病害位置與程度。 結(jié)合手敲錘擊，初步評(píng)價(jià)襯砌混凝土強(qiáng)度狀況，檢查路面及機(jī)電、電纜槽、標(biāo)志標(biāo)牌等附屬設(shè)施的損傷情況。

3.2.2 襯砌混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

對(duì)火災(zāi)影響段落選取20 個(gè)斷面采用回彈法對(duì)襯砌表面強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)斷面拱頂、兩側(cè)拱腰、兩側(cè)邊墻各測(cè)一點(diǎn)。

3.2.3 襯砌厚度檢測(cè)

對(duì)火災(zāi)影響段落襯砌進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，檢測(cè)判定拱頂、兩側(cè)拱腰、兩側(cè)邊墻襯砌厚度及襯砌后脫空情況，檢測(cè)結(jié)果與鉆芯取樣結(jié)果進(jìn)行對(duì)比修正。

3.2.4 襯砌鉆芯取樣檢測(cè)

在回彈檢測(cè)點(diǎn)附近對(duì)襯砌鉆孔取芯，對(duì)芯樣進(jìn)行碳化深度檢測(cè)， 判斷火災(zāi)對(duì)襯砌的損傷深度，同時(shí)， 將芯樣制作成100 mm×100 mm×100 mm 的混凝土試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

3.2.5 隧道斷面尺寸檢測(cè)

采用激光斷面儀對(duì)火災(zāi)影響段落進(jìn)行斷面尺寸檢測(cè)，為制定加固方案提供依據(jù)，防止加固措施侵限。

4 火災(zāi)損傷評(píng)定

在研究大量國(guó)內(nèi)外隧道火災(zāi)實(shí)例的基礎(chǔ)上，參考《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[6]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)火災(zāi)損傷檢測(cè)結(jié)果， 將隧道受火災(zāi)影響段落劃分為嚴(yán)重?fù)p傷、中度損傷、輕度損傷和輕微損傷4 個(gè)區(qū)域。

5 損傷加固方案制定

5.1 加固原則

（1）該段隧道圍巖等級(jí)為Ⅱ級(jí)，圍巖未受火災(zāi)高溫影響，整體性好；襯砌厚度滿足原設(shè)計(jì)要求，處治時(shí)以不擾動(dòng)圍巖、 保證襯砌自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定為原則。 （2）依據(jù)檢測(cè)報(bào)告劃分的襯砌結(jié)構(gòu)損失程度，制定相應(yīng)的治理措施。 （3）依據(jù)檢測(cè)報(bào)告檢測(cè)判定的損傷層厚度對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行治理。 （4）加固方案應(yīng)在保證高速公路通行安全的基礎(chǔ)上，注重考慮加固方法的便捷性，以實(shí)現(xiàn)交通快速恢復(fù)。

5.2 加固方案

綜合考慮隧道圍巖、襯砌損傷程度、快速通行要求，比較噴射高強(qiáng)環(huán)氧砂漿、噴射鋼纖維混凝土、混凝土套拱、鋼板加固等加固方法，認(rèn)為在本隧道圍巖等級(jí)較高、襯砌損傷深度較淺、高速公路要求快速恢復(fù)通行等條件下，適宜采用噴射高強(qiáng)環(huán)氧砂漿為主的加固方法。

根據(jù)不同的損傷程度，不同段落采用不同的加固方案（表2），具體如下：（1）嚴(yán)重?fù)p傷段加固方案：鑿除襯砌砼至新鮮面（約5～10 cm 厚），襯砌表面應(yīng)形成不小于6 mm 凹凸差； 在襯砌上垂直植入Φ16鋼筋，植入深度20 cm，鋼筋間距60 cm×60 cm，梅花型布置， 植筋上綁扎Φ8 鋼筋網(wǎng)， 間距10 cm×10 cm；噴射10 cm 厚高強(qiáng)砂漿。 （2）中度損傷段加固方案：鑿除襯砌砼至新鮮面（約3～5 cm 厚），襯砌表面應(yīng)形成不小于6 mm 凹凸差； 在襯砌上垂直植入Φ16 鋼筋， 鋼筋植入襯砌20 cm， 鋼筋間距60 cm×60 cm， 梅花型布置， 植筋上綁扎鍍鋅鐵絲網(wǎng)；噴射約4 cm 厚高強(qiáng)砂漿。 （3）輕度損傷段加固方案：鑿除襯砌砼至新鮮面（約2 cm 厚），襯砌表面應(yīng)形成不小于6 mm 凹凸差；噴射約2 cm 厚高強(qiáng)砂漿。 （4）輕微損傷段加固方案：襯砌結(jié)構(gòu)性能影響較小，只需對(duì)襯砌表層進(jìn)行清洗，采用“畢可法”封閉裂縫。

表2 不同損傷程度段落加固方案

6 加固效果評(píng)價(jià)

該項(xiàng)目從火災(zāi)發(fā)生到加固完成恢復(fù)通行僅用了3 個(gè)月工期。 隧道火災(zāi)損傷加固段落運(yùn)營(yíng)至今已有2 年，2021 年進(jìn)行外觀檢查， 僅發(fā)現(xiàn)部分環(huán)向微表裂縫，未發(fā)現(xiàn)縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫以及混凝土剝落等病害，說(shuō)明該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了快速處治，且加固效果良好。

7 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目依托福建某高速公路特長(zhǎng)隧道火災(zāi)損傷工程實(shí)例，研究火災(zāi)后公路隧道的檢測(cè)與加固處置，可知：（1）采用“第三方初步評(píng)估+專項(xiàng)檢測(cè)、設(shè)計(jì)、施工總承包”的管理模式更有利于高速公路隧道火災(zāi)損傷的快速檢測(cè)與加固。 （2）外觀檢查、回彈法測(cè)襯砌強(qiáng)度、鉆芯取樣測(cè)碳化深度與試件抗壓強(qiáng)度、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)襯砌厚度、激光斷面儀測(cè)隧道斷面尺寸是高速公路隧道火災(zāi)損傷的主要檢測(cè)內(nèi)容。（3）對(duì)于圍巖等級(jí)較高、襯砌損傷深度較淺的高速公路隧道火災(zāi)損傷段落，適宜采用噴射高強(qiáng)環(huán)氧砂漿的加固方法，加固效果良好。