案例分析
2016年1月10日9時(shí)50分，一輛裝載摩托車(chē)配件和日用品的六軸貨車(chē)行駛至包茂高速公路隧道內(nèi)時(shí)發(fā)生自燃，火從車(chē)前部燃起，駕駛員下車(chē)后沒(méi)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(zhǎng)4799米，左洞全長(zhǎng)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(guó)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(chē)輛的火災(zāi)熱釋放功率為：轎車(chē)5兆瓦、多輛轎車(chē)15兆瓦、公共汽車(chē)30兆瓦、重載卡車(chē)150兆瓦、易燃液體槽灌車(chē)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(chē)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(zhǎng)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(jiàn)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(guò)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(chē)輛位于右側(cè)車(chē)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(lèi)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(guò)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(lái)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(guò)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(jiàn)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(lái)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(guò)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(guò)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(zhuān)家進(jìn)行評(píng)審，并可建立一些結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定的長(zhǎng)期觀測(cè)點(diǎn)，以判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 ( 來(lái)源: 《中國(guó)公路》 作者：文/ 圖 重慶南開(kāi)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 )
