隧道衬砌结构火灾灾后损伤检测与评价方法研究

零芳菲

摘要：现阶段，针对隧道衬砌结构火灾后损伤的检测和评价方法，往往集中在对某一方面进行检测评价，而缺少综合的、系统的检测评价方法。文章依托广西大端隧道火灾灾后检测项目，结合采用外观检查、回弹检测、超声波检测以及地质雷达检测等方法，对衬砌结构损伤进行综合检测与评价。相关检测方法可为今后公路隧道衬砌结构灾后安全稳定性检测与评价提供参考.

关键词：隧道火灾;衬砌结构损伤;检测;评价

中图分类号：U456 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.040

文章编号：1673-4874（2019）09-0141-05

0引言

火灾在公路隧道中时有发生，尽管发生概率不高，但一旦发生会危及人民群众生命、财产安全，也会对隧道支护结构造成一定程度的损伤.及时对隧道衬砌火灾灾后的损伤状况进行检测与评价，并对其损伤状况作出合理的判断，便于针对性地提出维修范围与加固方案，是保证公路隧道安全与运营的重要措施。近年来，针对公路隧道的衬砌结构火灾灾后损伤检测与评价方法研究也越来越多。但是，以往的研究多是采用单一的方法对火灾灾后衬砌结构损伤进行检测与评价，缺少对其进行综合评价的检测方法与评价。鉴于此，本文依托具体工程项目，采用外观检查、回弹检测、超声波检测以及地质雷达检测等多种方法相结合，对火灾灾后衬砌结构的损伤进行综合检测和评价，以期为类似检测工程提供参考。

1工程概况

2017-10-06，桂柳高速公路大端隧道左洞K1195+185处发生货车自燃事故，火灾影响范围为K1195+175-K1195+195，衬砌主要受损范围为K1195+183-K1195+189左侧边墙和拱腰部位。大端隧道未设置防火涂层，边墙两侧贴有装饰瓷砖。

2检测结果及评价

目前较为规范、系统的隧道混凝土衬砌结构火灾损伤评定方法是铁科院、北方交大等单位实施的铁道部重点项目“隧道衬砌结构火灾损伤评定和修复加固措施”报告中的评价方法。本文参考此评价方法，对大端隧道火灾后衬砌结构进行综合检测和评价。

2.1外观检查结果

K1195+184-186处，左侧边墙瓷砖大范围剥落，未脱落瓷砖呈空鼓状态，衬砌表面砂浆层硬化;左侧拱腰至拱顶范围呈火烧后米白色，并夹杂有红色斑点，且外表酥松，酥松层厚度约18mm;左侧路面出现大量烧伤坑洞，共有17个，其中最大0.4m×0.3m，深度约40mm;K1195+184-186处，右侧拱腰至拱顶范围呈烟熏黑色，未发现明顯裂缝，右側边墙未熏黑;K1195+175-184和K1195+186-195处，两侧拱腰至拱顶范围呈烟熏黑色，未发现明显裂缝，两侧边墙未熏黑。详细的外观检查结果如表1所示。

2.2 回弹检测结果

本文根据火灾外观检查结果，确定火灾影响范围为K1125+175-K1195+195，沿隧道纵向间隔2排为一个构件，每个构件布置10个测区，具体如图1所示。

依次对构件1-4的各测区进行回弹值检测，得到混凝土回弹值在36.56-43.80之间，换算强度在25.24-43.21MPa之间，构件1-4的推定现龄期衬砌混凝土强度依次为29.32MPa、24.91MPa、29.49MPa、27.26MPa。隧道各构件的现龄期衬砌混凝土强度推定值大于设计强度（20#混凝土），混凝土强度状况良好。以距离火灾事故点较远，影响较小的K1195+200-K1195+202左拱腰强度（强度推定值30MPa）作为该隧道衬砌混凝土初始强度，计算得到火灾区构件1-4强度损失比依次为0.977、0.830、0.983、0.909。

2.3超声波检测结果

本次检测发现，隧道结构受损的主要部位发生在下行线左侧，故本次检测主要针对左侧边墙、拱腰和拱顶附近进行检测。选取火灾受损严重区段进行超声波检测，通过回弹检测可知，隧道衬砌强度降低主要集中在K1195+184-K1195+186段，且降低幅度不大，所以本次超声检测测区布置在K1195+185位置左侧边墙和拱腰。具体测区布置如图2所示。

超声检测结果如图3-4所示。通过分析可知，K1195+185处左侧边墙损伤层波速为4079.6m/s，新鲜混凝土波速为4852.0m/s，声速比为0.84，混凝工损伤层厚度为16.31mm;K1195+185处左侧拱腰损伤层波速为3193.8m/s，新鲜混凝土波速为4731.1m/s，声速比为0.68，混凝土损伤层厚度为35.71mm。

对两测区进行钻孔，通过钻孔可知，边墙砂浆层剥落7mm，衬砌损伤层深度为12mm，与超声检测结果16.31mm接近;拱腰酥松层深度6mm，凿孔得知损伤深度约32mm，与超声检测结果35.71mm接近。超声检测结果汇总如表2所示。

2.4地质雷达检测结果

隧道衬砌雷达检测测线布置如图5所示.

通过对火损区左边墙、左拱腰测线的地质雷达图像进行处理、分析，未发现衬砌背后存在脱空现象，如图6所示。

2.5隧道火灾损伤评价

根据上述检测结果，对隧道火灾受损情况进行分区域评价，详细区域布置如图7所示。

2.5.1火灾温度推算

2.5.1.1 声速比推算

结合超声检测结果，推算各火损区的温度如表3所示.由表3结果可知，火灾发生点的隧道左边墙到左拱腰范围的温度在262.2℃-465.4℃之间。

2.5.1.2 强度推算

依据《隧道衬砌结构火灾损伤评定和修复加固措施》中混凝土强度损伤比与受火温度的对应关系，结合回弹检测结果，推定火损区的火灾温度分布如表4所示。

2.5.1.3 外观推算

依据《隧道衬砌结构火灾损伤评定和修复加固措施》中关于火灾后衬砌表面特征与受火温度的对应关系，结合外观检测结果，推定火损区的火灾温度分布如表5所示。

2.5.1.4 综合推定

通过超声波声速比、混凝土强度损失比及灾后混凝工表面特征确定的火灾温度，综合推定火损区的火灾温度如表6所示。

2.5.2 损伤等级判定

结合《隧道衬砌结构火灾损伤评定和修复加固措施》中损伤等级评定的相关要素和本次检查结果，对该隧道火损段损伤等级判定为轻微损伤（I级）和中度损伤（Ⅱ级），具体如表7所示。

3 结语

通过大端隧道火灾灾后检测可知，铁道部《隧道衬砌结构火灾损伤评定和修复加固措施》报告中的评价方法能较好地应用于公路隧道中。建议针对公路隧道衬砌结构火灾灾后检测和评价，应结合外观检测、回弹检测、超声检测和地质雷达检测等四个方面进行综合检测和评定。