科恩沉埋隧道的防火耐燃設計

科恩沉埋隧道的防火耐燃設計

新建的第2座科恩沉埋隧道，與既有的第1座科恩沉埋隧道平行，相距僅10～15 m。既有的第1座科恩沉埋隧道是由若干個長90 m的單元組成，不設專門的膨脹伸縮縫，主要的變形發生在單元之間的浸入式膨脹接頭中。第2座科恩沉埋隧道的每個單元細分成7段，因此，無論單元之間的接頭，還是分段之間的接頭，都會發生變形。沉埋隧道的地基是將砂漿（砂和水的混合物）注入隧道底部形成的砂地基，砂的飽和度與注入速度是影響地基最終質量的重要參數。

1　隧道耐燃能力設計

在設計中，除了滿足交通功能要求外，還要求隧道具有在發生火災時耐燃的能力。這溫度根據RWS溫度曲線來決定，隧道內溫度燃燒1 h后達到1 350 ℃；火災的屬性定義為由碳氫化合物燃燒引起的火災。

隧道的耐燃能力的設計可從兩方面來敘述：混凝土結構的防護；橡膠止水帶的防護。

1.1混凝土結構的防護

火災中混凝土結構暴露在外的1層混凝土的溫度上升很快。鋼材和混凝土的溫度分別達到400℃和250℃時便會失去強度和剛度。

為了防止結構由高溫燃燒引起的垮塌，隧道的頂板和側墻的上部1 m高度范圍內采用絕緣纖維板材料防護，這在結構預制時很容易做到。

隧道側墻的其余部分也必須防護，但采用絕緣纖維板材料不一定合適。根據其他隧道工程的成功經驗，可采取加厚保護層的方法來保護結構的混凝土及內部鋼筋。對側墻來說，如果采用石灰巖為骨料的混凝土，鋼筋的混凝土保護層的厚度可取100 mm。根據RWS溫度曲線，燃燒2 h后，混凝土溫度達到380℃，深度達70 mm，還有30 mm厚的未變質混凝土保護著鋼筋。

結構計算中，混凝土截面必須相應地折減，以考慮變質的混凝土對截面的影響，火災后必須把變質的混凝土鑿除，并加以修補。

為了防止保護層混凝土爆裂，在混凝土拌合料中添加聚丙烯纖維。火災試驗證明，此材料可以防爆裂。

1.2橡膠密封部分的防護

接頭中傳統安設橡膠膨脹接頭和可注入的橡膠止水帶，在火災中如果沒有防護，則橡膠密封部分的溫度很快上升，導致其可靠性降低。

與混凝土不同的是,橡膠密封部分通常是在結構的外側,損壞后是很難修理的。所以，業主提出要求橡膠密封部分能經受住80℃的高溫（根據RWS溫度曲線，火災2 h后橡膠溫度達到80 ℃）。傳統上這類接頭用防護板加以保護，而這種相對簡單方法的缺點是，防護板因接頭兩側的結構產生相對位移而被折斷（圖1）。應該避免出現這種相對位移，但是垂直于平面的位移，多多少少會自由地發生，因為不均勻的結構荷載以及不同的支承剛度是難以完全避免的。

對于第2座科恩隧道，把接頭設計成可變形的接頭，即使產生相對位移，也不致損壞防護板（圖2）。

圖1　會導致防護板折斷的接頭

圖2　可適應相對位移的接頭

參考文獻

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

邵根大 編譯

責任編輯 冒一平

收稿日期2014-10-27