案例分析
2016年1月10日9時(shí)50分，一輛裝載摩托車配件和日用品的六軸貨車行駛至包茂高速公路隧道內(nèi)時(shí)發(fā)生自燃，火從車前部燃起，駕駛員下車后沒有采取滅火措施，直接撥打了報(bào)警電話，然后逃離隧道。隨后，隧道發(fā)生火災(zāi)。
該隧道為左右洞分離式，左右洞中線相距34米，右洞全長4799米，左洞全長4745米，縱坡為-0.4%的單面坡，隧道建筑限界寬10.5米，高5米，采用復(fù)合式襯砌。根據(jù)隧道竣工資料顯示，火災(zāi)段圍巖以厚層狀灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)，巖溶、裂隙較發(fā)育，巖體完整性差，呈巨塊狀結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)持續(xù)時(shí)間約2小時(shí)，消防隊(duì)趕到后，對(duì)隧道進(jìn)行了噴水滅火，火災(zāi)后隧道部分段落襯砌出現(xiàn)較大面積剝落和龜裂，電纜橋架變形，機(jī)電設(shè)施損壞嚴(yán)重。根據(jù)美國消防協(xié)會(huì)頒布的《高速公路隧道、橋梁和其他限制性通道標(biāo)準(zhǔn)》（NF P A502）規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)車輛的火災(zāi)熱釋放功率為：轎車5兆瓦、多輛轎車15兆瓦、公共汽車30兆瓦、重載卡車150兆瓦、易燃液體槽灌車300兆瓦。據(jù)此推算，本次隧道火災(zāi)熱釋放功率大致相當(dāng)于150兆瓦。
結(jié)構(gòu)檢測(cè)與破損特征
隧道發(fā)生火災(zāi)后，混凝土在高溫作用下，將發(fā)生脫水導(dǎo)致水泥石收縮，同時(shí)骨料會(huì)受熱膨脹，兩者變形不協(xié)調(diào)致使混凝土產(chǎn)生裂縫，使其強(qiáng)度降低。此外，由于襯砌受熱輻射的不均勻性，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力、剛度下降，嚴(yán)重情況下產(chǎn)生的混凝土剝落更是將直接減少結(jié)構(gòu)有效受力截面，這些不利因素均將影響隧道結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性，因此，當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)事故后，應(yīng)通過檢查、檢測(cè)，及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)受損情況，并為后續(xù)處治設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
檢測(cè)與檢查主要包括： 襯砌外觀與裂縫、襯砌強(qiáng)度與厚度、襯砌混凝土碳化深度、襯砌混凝土損傷厚度、路面破損、以及機(jī)電系統(tǒng)損壞情況等。縱向檢測(cè)長度應(yīng)涵蓋受火災(zāi)影響區(qū)域。此次事故，根據(jù)火災(zāi)后襯砌破損情況，縱向長度取84米，其中火源點(diǎn)前方60米，后方24米。
外觀與裂縫 對(duì)隧道火災(zāi)及其影響段襯砌混凝土外觀狀態(tài)，如剝落范圍、剝落深度、襯砌混凝土顏色、裂縫分布狀態(tài)、典型裂縫深度、寬度及長度等數(shù)據(jù)采用目測(cè)，配合使用儀器設(shè)備的方法進(jìn)行檢測(cè)，情況如下：
受火災(zāi)和消防噴水影響，火災(zāi)前方30米（K1+040~+070）范圍段襯砌混凝土存在剝落現(xiàn)象，殘留混凝土出現(xiàn)密集龜裂紋。剝落區(qū)域主要分布于自左邊墻1米高度起至右邊墻腳的部位，剝落面積約570平方米，平均剝落厚度約5厘米，最深處為10.4厘米，剝落嚴(yán)重部位主要位于隧道拱頂及左右拱肩部位，特別以隧道右拱部剝落最為嚴(yán)重。
位于K1+016~+040、K1+070~+100段襯砌混凝土出現(xiàn)龜裂紋，靠近車輛燃燒部位及段落出現(xiàn)的龜裂紋越密集和明顯，隨著距離變遠(yuǎn)呈現(xiàn)逐漸減輕的變化趨勢(shì)。
剝落區(qū)域混凝土新鮮面呈灰色，部分段落襯砌混凝土表面有黑色煙塵。火災(zāi)及其影響段非剝落區(qū)域混凝土表面由于受火及煙熏作用，呈現(xiàn)黑色。
剝落區(qū)襯砌混凝土除存在龜裂紋外，還檢測(cè)到4條因火災(zāi)新產(chǎn)生的環(huán)向和斜向裂縫。其中K1++058右邊墻部位環(huán)向裂縫寬0.61毫米，長度為7.2米，深度為22.6厘米。
襯砌強(qiáng)度 隧道火災(zāi)及其影響段落共鉆孔42個(gè)芯樣，試壓結(jié)果表明，該42個(gè)芯樣抗壓強(qiáng)度值范圍為25兆帕至42兆帕，具體見圖1。從強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果看，雖然均不小于該段襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，但這是由于原襯砌混凝土強(qiáng)度較高所導(dǎo)致。為進(jìn)一步分析火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度的損失程度，對(duì)火災(zāi)影響區(qū)外（K1+100）的襯砌混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，以確定隧道襯砌實(shí)際強(qiáng)度。經(jīng)檢測(cè)后確認(rèn)該段襯砌實(shí)際強(qiáng)度36兆帕至42兆帕，取其平均值39兆帕作為襯砌強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。通過對(duì)檢測(cè)強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的比較分析，可得火災(zāi)后二次襯砌混凝土強(qiáng)度損失率如圖2。從圖2中可看出，襯砌強(qiáng)度損失率最大約為35%，位于右邊墻處，在火災(zāi)中心點(diǎn)前方10米至20米范圍內(nèi)襯砌強(qiáng)度損失最大，且總體上右側(cè)襯砌強(qiáng)度損失比左側(cè)襯砌大，這應(yīng)是由于火災(zāi)車輛位于右側(cè)車道所致。
碳化深度 碳化與混凝土結(jié)構(gòu)耐久性密切相關(guān)，是衡量混凝土結(jié)構(gòu)物可靠度的重要指標(biāo)。在火災(zāi)中混凝土受到高溫影響后發(fā)生成分變化，膠凝材料CHCa(OH)z)分解為CaO及COz，并 反應(yīng)產(chǎn)生中性的C a-C03，最終導(dǎo)致混凝土的中 性化（碳化）。文獻(xiàn)指出，混凝土碳化程度與 火災(zāi)溫度及持續(xù)時(shí)間有直接關(guān)系，因此通過對(duì) 比混凝土碳化深度的變化，能夠?qū)炷恋膿p 傷情況進(jìn)行定性判斷。
對(duì)隧道共檢測(cè)31處混凝土碳化深度（見圖 3），檢測(cè)結(jié)果表明：受火災(zāi)影響，但襯砌混 凝土未出現(xiàn)剝落現(xiàn)象的段落(K1+016~+040、 K1+070~+100段)碳化深度一般小于7毫米； K1+040~+070段未剝落部位混凝土碳化深度一 般為7毫米至13毫米；剝落部位混凝土表面已 碳化，內(nèi)部未碳化。
損傷厚度 在火災(zāi)等高溫作用下，混凝土 表層變得疏松，內(nèi)部發(fā)生變質(zhì)，采用超聲波 儀對(duì)襯砌進(jìn)行檢測(cè)，可通過波速變化測(cè)定襯 砌受火災(zāi)損傷的程度與深度。測(cè)試采取平測(cè) 法進(jìn)行，在左右邊墻及拱腰部位共布置30個(gè) 測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)的測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于6個(gè)，為便于 與襯砌厚度對(duì)應(yīng)，測(cè)區(qū)均布置于地質(zhì)雷達(dá)測(cè) 線上。 混凝土損傷層厚度檢測(cè)結(jié)果表明（如圖 4）：隧道火災(zāi)及其影響段二次襯砌混凝土損傷 層厚度小于6厘米，通過對(duì)曲線的擬合可得，總 體損傷厚度最大區(qū)間為火災(zāi)前方10米至20米，這與襯砌強(qiáng)度損失率分布特征比較類似，其中 左邊墻最大值為火災(zāi)前方14米處，右邊墻為22 米處。
襯砌處治
火災(zāi)后隧道修復(fù)加固技術(shù)主要包括維修養(yǎng) 護(hù)、加固處治兩個(gè)方面。養(yǎng)護(hù)維修是災(zāi)后一項(xiàng) 經(jīng)常性工作，可由養(yǎng)護(hù)單位對(duì)損壞缺陷進(jìn)行修 復(fù)。加固處治是通過加強(qiáng)（加大）隧道支護(hù)結(jié) 構(gòu)和對(duì)火災(zāi)病害進(jìn)行徹底整治來提高隧道支護(hù) 承載能力的措施。襯砌結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)可依據(jù) 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，按結(jié)構(gòu)分段和分級(jí)選擇加固處 治方案。
損傷分級(jí) 襯砌火災(zāi)后損傷分級(jí)依據(jù)是災(zāi) 后襯砌實(shí)際承載力與原結(jié)構(gòu)承載力相比的損失 程度，但實(shí)際承載力指標(biāo)比較難以準(zhǔn)確確定，一 般可以通過襯砌強(qiáng)度損失率、襯砌剝落嚴(yán)重程 度、襯砌損傷厚度、襯砌裂縫發(fā)展程度等指標(biāo)進(jìn) 行綜合確定（見表1）。
處治技術(shù) 火災(zāi)病害加固，可根據(jù)評(píng)估等級(jí)來選擇加固方法：火災(zāi)病害評(píng)估等級(jí)為Ⅰ級(jí)的區(qū) 段，可采取粘貼纖維復(fù)合材料法、粘貼鋼板法、噴 射混凝土法等進(jìn)行加固；火災(zāi)病害評(píng)估等級(jí)為Ⅱ級(jí) 的區(qū)段，應(yīng)先進(jìn)行既有襯砌裂縫修補(bǔ)，再采取粘貼 纖維復(fù)合材料、粘貼鋼板、噴射混凝土或鋼纖維混 凝土等方法進(jìn)行加固；火災(zāi)病害評(píng)估等級(jí)為Ⅲ級(jí)的 區(qū)段，應(yīng)先進(jìn)行既有襯砌裂縫修補(bǔ)，再采取噴射混 凝土或纖維混凝土、嵌入鋼拱架等方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加 固；火災(zāi)病害評(píng)估等級(jí)為Ⅳ級(jí)的區(qū)段，采取套拱、換 拱等方法進(jìn)行加固。
一些建議
在進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu)火災(zāi)后損傷檢測(cè)前， 應(yīng)充分調(diào)查火災(zāi)發(fā)生及撲滅過程、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 參數(shù)等基礎(chǔ)信息，這些信息可為確定火災(zāi)代表溫 度、襯砌損傷等級(jí)提供有效支持；表觀損傷特征 （襯砌表面顏色和燒傷區(qū)襯砌特征）、損傷深 度、碳化深度和剝落深度、襯砌混凝土殘余強(qiáng)度 等指標(biāo)在襯砌火災(zāi)后損傷評(píng)價(jià)時(shí)有一定的相關(guān)性 和一致性，可通過一種或幾種指標(biāo)對(duì)襯砌火災(zāi)后 結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行定性或定量評(píng)價(jià)；作為地下工程的 隧道，其結(jié)構(gòu)受力本身就具有不確定性和不確知 性，加之火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的容許承載能力計(jì)算也難以 準(zhǔn)確，因此，隧道火災(zāi)后襯砌結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)與處 治，除應(yīng)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)與計(jì)算評(píng)估外，一定要請(qǐng) 有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行評(píng)審，并可建立一些結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定的長期觀測(cè)點(diǎn)，以判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 ( 來源: 《中國公路》 作者：文/ 圖 重慶南開中學(xué) 吳湘瑜 招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 吳夢(mèng)軍 劉永華 )
