科恩沉埋隧道的防火耐燃设计

科恩沉埋隧道的防火耐燃设计

新建的第2座科恩沉埋隧道，与既有的第1座科恩沉埋隧道平行，相距仅10～15 m。既有的第1座科恩沉埋隧道是由若干个长90 m的单元组成，不设专门的膨胀伸缩缝，主要的变形发生在单元之间的浸入式膨胀接头中。第2座科恩沉埋隧道的每个单元细分成7段，因此，无论单元之间的接头，还是分段之间的接头，都会发生变形。沉埋隧道的地基是将砂浆（砂和水的混合物）注入隧道底部形成的砂地基，砂的饱和度与注入速度是影响地基最终质量的重要参数。

1　隧道耐燃能力设计

在设计中，除了满足交通功能要求外，还要求隧道具有在发生火灾时耐燃的能力。这温度根据RWS温度曲线来决定，隧道内温度燃烧1 h后达到1 350 ℃；火灾的属性定义为由碳氢化合物燃烧引起的火灾。

隧道的耐燃能力的设计可从两方面来叙述：混凝土结构的防护；橡胶止水带的防护。

1.1混凝土结构的防护

火灾中混凝土结构暴露在外的1层混凝土的温度上升很快。钢材和混凝土的温度分别达到400℃和250℃时便会失去强度和刚度。

为了防止结构由高温燃烧引起的垮塌，隧道的顶板和侧墙的上部1 m高度范围内采用绝缘纤维板材料防护，这在结构预制时很容易做到。

隧道侧墙的其余部分也必须防护，但采用绝缘纤维板材料不一定合适。根据其他隧道工程的成功经验，可采取加厚保护层的方法来保护结构的混凝土及内部钢筋。对侧墙来说，如果采用石灰岩为骨料的混凝土，钢筋的混凝土保护层的厚度可取100 mm。根据RWS温度曲线，燃烧2 h后，混凝土温度达到380℃，深度达70 mm，还有30 mm厚的未变质混凝土保护着钢筋。

结构计算中，混凝土截面必须相应地折减，以考虑变质的混凝土对截面的影响，火灾后必须把变质的混凝土凿除，并加以修补。

为了防止保护层混凝土爆裂，在混凝土拌合料中添加聚丙烯纤维。火灾试验证明，此材料可以防爆裂。

1.2橡胶密封部分的防护

接头中传统安设橡胶膨胀接头和可注入的橡胶止水带，在火灾中如果没有防护，则橡胶密封部分的温度很快上升，导致其可靠性降低。

与混凝土不同的是,橡胶密封部分通常是在结构的外侧,损坏后是很难修理的。所以，业主提出要求橡胶密封部分能经受住80℃的高温（根据RWS温度曲线，火灾2 h后橡胶温度达到80 ℃）。传统上这类接头用防护板加以保护，而这种相对简单方法的缺点是，防护板因接头两侧的结构产生相对位移而被折断（图1）。应该避免出现这种相对位移，但是垂直于平面的位移，多多少少会自由地发生，因为不均匀的结构荷载以及不同的支承刚度是难以完全避免的。

对于第2座科恩隧道，把接头设计成可变形的接头，即使产生相对位移，也不致损坏防护板（图2）。

图1　会导致防护板折断的接头

图2　可适应相对位移的接头

参考文献

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

邵根大 编译

责任编辑 冒一平

收稿日期2014-10-27