特长公路隧道现场火灾试验与衬砌结构抗火性能研究

摘要

随着公路交通建设的迅猛发展，特长公路隧道不断增多，隧道内发生火灾事故的概率也随之上升。一旦特长公路隧道内发生火灾，将严重地威胁到隧道内的人员生命与财产安全，甚至还将造成隧道结构垮塌。因此，对特长公路隧道火灾进行现场试验研究和衬砌结构抗火性能研究具有十分重要的意义。本文主要通过全尺寸现场火灾试验和计算机数值模拟等手段对常吉高速公路岩门界隧道火灾进行研究。主要研究内容和结论如下：
　　 (1)在对常吉高速公路岩门界隧道实地调研的基础上，设计一套完整的隧道火灾现场试验方案，并得到了环境温度、火源功率、环境风速等试验相关参数。
　　 (2)通过对不同火灾功率、不同通风风速的火灾工况进行现场试验，获得不同工况下隧道内不同断面处的中心竖向温度分布、隧道拱顶纵向温度分布、热烟沉降规律和烟气蔓延规律，同时也验证了隧道通风排烟系统的可靠性。
　　 (3)运用FDS对试验工况火灾进行数值模拟，通过对比分析，得到各工况数值模拟结果与试验结果基本吻合，验证了数值模拟结果的可靠性。
　　 (4)通过对30MW、50MW等大功率火灾进行模拟，得到不同工况下隧道内的温度场分布规律、隧道拱顶最高温度和隧道内高温区分布范围，可为隧道结构防火保护及灾后损伤评定与加固提供技术依据。
　　 (5)建立一个隧道衬砌结构受力计算模型，对衬砌结构火灾下的安全性进行评估，结果表明：当温度达到800℃燃烧时间超过2小时或者温度达到1000℃以上时，隧道衬砌结构安全性不能得到保证。
　　 相比国外而言，目前国内对隧道火灾全尺寸现场试验研究较少，现场火灾试验数据和研究成果显得弥足珍贵，因此，本文的试验数据和研究成果可为今后特长公路隧道火灾理论的进一步研究和隧道结构抗火性能研究提供有价值的参考。