特长公路隧道现场火灾试验与衬砌结构抗火性能研究

论文摘要

随着公路交通建设的迅猛发展,特长公路隧道不断增多,隧道内发生火灾事故的概率也随之上升。一旦特长公路隧道内发生火灾,将严重地威胁到隧道内的人员生命与财产安全,甚至还将造成隧道结构垮塌。因此,对特长公路隧道火灾进行现场试验研究和衬砌结构抗火性能研究具有十分重要的意义。本文主要通过全尺寸现场火灾试验和计算机数值模拟等手段对常吉高速公路岩门界隧道火灾进行研究。主要研究内容和结论如下：(1)在对常吉高速公路岩门界隧道实地调研的基础上,设计一套完整的隧道火灾现场试验方案,并得到了环境温度、火源功率、环境风速等试验相关参数。(2)通过对不同火灾功率、不同通风风速的火灾工况进行现场试验,获得不同工况下隧道内不同断面处的中心竖向温度分布、隧道拱顶纵向温度分布、热烟沉降规律和烟气蔓延规律,同时也验证了隧道通风排烟系统的可靠性。(3)运用FDS对试验工况火灾进行数值模拟,通过对比分析,得到各工况数值模拟结果与试验结果基本吻合,验证了数值模拟结果的可靠性。(4)通过对30MW、50MW等大功率火灾进行模拟,得到不同工况下隧道内的温度场分布规律、隧道拱顶最高温度和隧道内高温区分布范围,可为隧道结构防火保护及灾后损伤评定与加固提供技术依据。(5)建立一个隧道衬砌结构受力计算模型,对衬砌结构火灾下的安全性进行评估,结果表明：当温度达到800℃燃烧时间超过2小时或者温度达到1000℃以上时,隧道衬砌结构安全性不能得到保证。相比国外而言,目前国内对隧道火灾全尺寸现场试验研究较少,现场火灾试验数据和研究成果显得弥足珍贵,因此,本文的试验数据和研究成果可为今后特长公路隧道火灾理论的进一步研究和隧道结构抗火性能研究提供有价值的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 公路隧道火灾主要致灾因素
• 1.1.2 公路隧道的火灾特点
• 1.1.3 隧道火灾案例统计
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 存在问题及发展趋势
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 岩门界隧道现场火灾试验方案设计
• 2.1 概述
• 2.2 试验数据采集方案
• 2.2.1 火源功率采集方案
• 2.2.2 温度采集方案
• 2.2.3 烟雾采集方案
• 2.2.4 现场试验保护
• 2.3 现场风速测定
• 2.3.1 隧道通风系统
• 2.3.2 风速测定方案
• 2.3.3 测试数据及结果
• 2.4 试验工况与火源功率
• 2.4.1 试验工况设计
• 2.4.2 火源功率
• 2.5 本章小结
• 第三章 现场火灾试验结果分析
• 3.1 中心竖向温度分析
• 3.2 拱顶纵向温度分析
• 3.3 烟气沉降分析
• 3.4 烟气蔓延分析
• 3.5 本章总结
• 第四章 火灾下隧道内温度场数值模拟分析
• 4.1 模拟软件介绍
• 4.2 模拟场景设定
• 4.2.1 火灾规模
• 4.2.2 模拟模型及场景确定
• 4.3 模拟结果分析
• 4.3.1 对应试验部分模拟结果
• 4.3.2 火源功率为30MW模拟结果
• 4.3.3 火源功率为50MW模拟结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 隧道衬砌结构抗火性能研究
• 5.1 历次隧道火灾事故对衬砌结构的损害分析
• 5.2 火灾高温对隧道衬砌性能影响
• 5.2.1 混凝土的高温性能
• 5.2.2 高温下钢筋的力学性能
• 5.2.3 隧道衬砌结构在火灾下的破坏机理
• 5.3 火灾后衬砌结构受力特性及剩余承载力研究
• 5.3.1 衬砌结构受力计算模型
• 5.3.2 衬砌结构强度检算
• 5.3.3 火灾后衬砌结构受力计算参数
• 5.4 火灾作用下隧道衬砌结构安全性评估
• 5.4.1 隧道工程的计算模型
• 5.4.2 计算结果
• 5.5 隧道结构防火技术方案
• 5.5.1 提供额外混凝土厚度
• 5.5.2 在混凝土中添加耐火纤维
• 5.5.3 安装水喷淋灭火系统
• 5.5.4 隧道防火板材
• 5.5.5 隧道防火涂料
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 存在问题及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目