淺談城市隧道結(jié)構(gòu)防火

1、淺談城市隧道結(jié)構(gòu)防火 建筑學(xué)中把橫截面積超過30m2的地下人工建造的通道定義為隧道。自從1841年第一條泰晤士河隧道貫通以來, 在人類史中已修建了數(shù)以萬計的人行隧道、公路隧道、鐵路隧道、越江隧道、海底隧道, 這些隧道或是連接不同的兩個地區(qū), 或是勾通相鄰的兩個國家,是現(xiàn)代化交通建設(shè)中的不可缺少的樞紐。隨著社會的發(fā)展, 隧道的重要性逐步被人們所認(rèn)識, 越來越多的國家和地區(qū)都將修建大量的隧道來發(fā)展自己的交通和經(jīng)濟(jì), 而且建設(shè)的規(guī)模和技術(shù)水平也在逐步提高。 隧道的出現(xiàn)也帶來了一種新的火災(zāi) 隧道火災(zāi), 隧道火災(zāi)的主要危害在于火災(zāi)對隧道本身結(jié)構(gòu)的損害和其引起的人員傷亡。1979年7月11日, 日本大坂隧

2、道內(nèi)4 輛卡車與兩輛轎車連續(xù)相撞, 轎車油箱破裂起火, 致使隧道內(nèi)的174 輛汽車全部燒毀, 7人死亡2 人受傷, 隧道內(nèi)千余平方米的頂部崩落; 1996年chann el 隧道火災(zāi)中也發(fā)生了混凝土剝落的情況。 1 隧道結(jié)構(gòu)耐火性較差 由于隧道結(jié)構(gòu)造型和本身施工的要求,一般采用高強(qiáng)度混凝土(hsc)作為內(nèi)襯保護(hù)結(jié)構(gòu), 但這種結(jié)構(gòu)有其自身的防火弱點(diǎn), 美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(nist)在對這種材料的防火性能研究時發(fā)現(xiàn): 在隧道內(nèi)部溫度為450 到600 時hsc 的強(qiáng)度將會下降40%75% ,導(dǎo)致混凝土因失水等原因而發(fā)生大面積爆炸性的剝落,其內(nèi)部的加強(qiáng)鋼筋立即暴露在500 600的高溫下, 根

3、據(jù)燃燒學(xué)理論, 鋼材在500時只要0.25h其強(qiáng)度就會減少一半。 近年來, 國際上分別在實際隧道、廢棄隧道和實驗室條件下進(jìn)行了大量的火災(zāi)研究, 取得了不同火災(zāi)類型的火災(zāi)升溫時間/溫度曲線(見圖1)。其中, 、曲線是在開放環(huán)境下普通可燃物和碳?xì)浠衔锶紵奶卣髑€; 曲線即rabt 曲線表現(xiàn)了較封閉環(huán)境內(nèi)一輛汽車燃燒時的特征: 燃燒初期升溫迅速, 而待其燃燒完畢后, 溫度回降; 曲線即rws曲線是火災(zāi)最不利的情況, 即大量碳?xì)浠衔?如油罐車) 在較封閉的環(huán)境中燃燒, 在極短時間內(nèi)升溫1200 以上, 1 h 后升溫至1350 。 從圖1中火災(zāi)升溫曲線可以看出, 隧道火災(zāi)持續(xù)3min后, 隧道上

4、方頂部的溫度可達(dá)1000左右, 這個溫度足以對隧道的結(jié)構(gòu)造成破壞。為了在火災(zāi)時維護(hù)隧道的結(jié)構(gòu)不被損害, 不至于造成人員恐慌甚至大量傷亡, 為消防救援、滅火提供必要的時間, 應(yīng)該對隧道結(jié)構(gòu)的耐火性提出一定的要求。筆者認(rèn)為隧道結(jié)構(gòu)要有一定的耐火極限, 此極限時間的規(guī)定應(yīng)考慮到以下因素: (1) 人員在隧道火災(zāi)發(fā)生時的逃生時間, 消防人員到場開展救助時間; (2) 隧道內(nèi)部風(fēng)機(jī)及其管道在火災(zāi)中進(jìn)行通風(fēng)排煙的正常運(yùn)行時間; (3) 保護(hù)與隧道內(nèi)部相貼鄰的電纜間、管道井、風(fēng)井等結(jié)構(gòu)不受火災(zāi)危害的時間。 2 如何提高隧道的耐火性 2. 1 保護(hù)隧道的結(jié)構(gòu) 解決結(jié)構(gòu)本身耐火性差與耐火極限要求高這一矛盾的辦法

5、主要有以下三種: (1) 在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下對比較重要的城市隧道(戰(zhàn)備、人行、主干道隧道) 或隧道內(nèi)重要路段加設(shè)自動噴水滅火系統(tǒng)并加大通風(fēng)排煙量, 以達(dá)到撲滅火災(zāi)和降低隧道火災(zāi)中煙氣對內(nèi)部的溫升作用。 (2) 采用一定耐火等級的防火板作模板, 與固定件一起澆鑄到高強(qiáng)度混凝土上作為保護(hù)層, 很多歐洲大陸隧道例如bell iardkoretenbergroodebbeek 就采用了一種27mm 厚的防火板(proma tect h) 來提高隧道內(nèi)部的耐火性。此做法已通過依據(jù)rws溫升曲線(該曲線要維持2h耐火極限, 最高溫度為1350) 的測試和評估。 (3) 用多種粘性防火噴涂材料直接噴涂在

6、隧道內(nèi)壁, 或在施工中對現(xiàn)場澆注的混凝土進(jìn)行噴洗同時去除固化物。開羅的al hazard 隧道(2.5km) 就是使用了耐火粘性噴涂材料(firema sterf irebarr ier 135) , 噴涂厚度為47mm。據(jù)資料顯示只要此材料在火災(zāi)中沒有受到機(jī)械破壞, 就可以重復(fù)使用。此做法也已通過依據(jù)rws溫升曲線的測試和評估。 2. 2 進(jìn)行防火分隔 為了控制火勢, 防止蔓延, 應(yīng)在隧道內(nèi)部劃分防火分區(qū), 劃分防火分區(qū)的原則是結(jié)合隧道自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將隧道、風(fēng)井、電纜或通信溝(橋架)、機(jī)房間、逃生通道等部位分開設(shè)為獨(dú)立的防火分區(qū)。 (1) 隧道與風(fēng)井的分隔。一些隧道為了通風(fēng)需要設(shè)置了風(fēng)井,如:

7、 上海市打浦路隧道設(shè)有3個風(fēng)井, 外環(huán)線隧道設(shè)有1 個風(fēng)井。風(fēng)井在火災(zāi)中會起到“煙囪效應(yīng)”助長火勢, 因此根據(jù)建筑設(shè)計防火規(guī)范中有關(guān)設(shè)備用房防火的要求, 筆者認(rèn)為風(fēng)井與隧道之間的門應(yīng)為甲級防火門, 風(fēng)井本身結(jié)構(gòu)的耐火極限不應(yīng)小于2h。 (2) 隧道與電纜或通信溝(橋架) 的分隔。電纜、通信光纜都直接關(guān)系到市政設(shè)施或隧道內(nèi)部各項設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn), 所以貫穿電纜或通信光纜的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)與其它部位進(jìn)行防火分隔, 其耐火極限不小宜小于1h。 (3) 隧道與機(jī)房間、逃生通道的分隔。隧道與變電室、配電間等機(jī)房間和逃生通道之間的門應(yīng)設(shè)為甲級防火門。 3 上海市外環(huán)線隧道結(jié)構(gòu)的防火保護(hù) 上海市內(nèi)越江隧道僅作為一般

8、的城市公路交通,不允許油罐車或液態(tài)天然氣等運(yùn)載危險品車輛通行,因此都采用了rabt曲線作為防火構(gòu)造的設(shè)計依據(jù)。目前, 隧道內(nèi)防火保護(hù)一般采用噴涂材料保護(hù)和板材保護(hù)。在一些采用噴涂材料保護(hù)的隧道內(nèi), 由于噴涂保護(hù)層的附著力主要是依靠化學(xué)作用, 在污染環(huán)境下容易失效。為了獲得更好的耐久性, 防火板材在隧道工程中的應(yīng)用越來越普及, 同時采取設(shè)置自動消防設(shè)施等來保護(hù)隧道的結(jié)構(gòu)。以外環(huán)線隧道為例, 主要采用了以下保護(hù)措施: (1) 采用一定耐火等級的proma tecth防火板, 對隧道結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)部位(隧道頂板結(jié)構(gòu)和管段接頭) 進(jìn)行加強(qiáng)保護(hù)。根據(jù)rabt火災(zāi)升溫曲線, 即火災(zāi)溫度1200 , 隧道頂板防

9、火保護(hù)時間60min, 隧道頂部采用20mm 厚proma tecth 防火板, 以保證被保護(hù)時間內(nèi)鋼筋表面溫度300, 底排鋼筋溫度250 。管段接頭需保證止水帶等設(shè)施的完善,以rabt火災(zāi)溫升曲線為準(zhǔn), 采用25mm 厚proma tect h 防火板, 以保證保護(hù)層背火面溫度250 。 (2) 外環(huán)線隧道長1200 m , 在隧道沉管段736m和浦西暗埋段100m 的長度范圍內(nèi)(此范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)一旦被破壞將難以修復(fù)), 設(shè)置開式水噴霧自動滅火系統(tǒng), 共102組, 水噴霧系統(tǒng)的用水量為37 l/s, 噴霧強(qiáng)度為6 l/(m inm 2)。水噴霧系統(tǒng)的作用為火災(zāi)時冷卻、防護(hù), 并對隧道內(nèi)附屬設(shè)

10、備進(jìn)行保護(hù)。 (3) 采用縱向通風(fēng)排煙方式, 58臺耐高溫、可逆轉(zhuǎn)射流風(fēng)機(jī)分配在隧道內(nèi), 滿足雙向送排煙要求, 8臺隧道軸流風(fēng)機(jī)分別設(shè)于浦東、浦西兩端的電纜井通道內(nèi),另在浦西端頭井設(shè)置5 臺集中軸流風(fēng)機(jī), 有利于火災(zāi)時控制煙流方向, 減少高溫?zé)煔鈱λ淼澜Y(jié)構(gòu)的影響。 (4) 盡可能地降低隧道內(nèi)的火災(zāi)荷載, 內(nèi)裝修材料采用不燃材料, 所有消防設(shè)備的聯(lián)動控制電纜與信號電纜(電線) 以及應(yīng)急照明等采用耐火電纜, 其余均采用阻燃電纜。 (5) 將車行道作為一個獨(dú)立的防火分區(qū), 與車行道相通的門采用甲級防火門。電纜等穿越隧道結(jié)構(gòu)處均采用proma tect h 防火板加以保護(hù)。雖然我國的隧道建設(shè)和隧道研究在許多方