论文范文隧道防火措施研究进展

1、隧道防火措施研究进展隧道防火措施研究进展摘耍：随着我国隧道建设的飞速发展，隧道防火安全问题随之 出现。本文从隧道火灾发生的起因、特点出发，指出了隧道防火的必 耍性，针对火灾特性总结提出了有效防火措施，并对各种防火措施进 行了比较论述。为保障隧道安全提供一些参考，对需耍进一步研究的 问题提出建议。关键词：隧道；隧道火灾；防火措施中图分类号：u458research progress of tunnel fire prevention measureschang chuan-pengl,2, xie jin-de2, hou zi-yil(1.school of civil engineering

2、, hebei university of technology, tianjin300401, china；2.research insititute of highway ministry of transport, beijing 100088, china)abstract: with the rapid development of tunnel linings construction in china, the fire safety of tunnel linings is attract!ng growing attention. this paper from the ca

3、uses of tunnel fire , characteristics, points out the necessity of tunnel fire, according to the fire characteristic, puts forward effective fire prevention measures, and many kinds of fire protect!on measures are discussed in this paper to ensure the safety of tunnel lings to provide some referenee

4、, further research needs on fire safety of tunnel structures are proposed.key words: tunnel linings: tunnel fire: fire preventionmeasures0前言随着国民经济和公路交通的迅猛发展，东部地区为了节约土地资 源缓解交通压力，西部地区为了便利交通跨越山领，隧道建设越来越 多，其渐渐成为了交通的咽喉要道。在公路方面，据国家统计局2011 年公路水路交通运输行业发展统计公报，全国公路隧道为8522处, 625. 34万米，比上年末增加1138处，113.09万米。其中，特

5、长隧道 326处，143.32万米；长隧道1504处，251.84万米。隧道作为管状 结构，内空间结构狭窄，能见度较低，再加上入洞时的黑洞、黑框效 应，易引起车辆碰撞，车辆抛锚等交通事故，导致汽车可燃材料燃烧 而引发火灾。隧道火灾发生概率尽管很小，但无论公路、铁路隧道一 旦发生火灾，如救援人员不能及吋发现并扑救，将造成严重的经济损 失和人员伤广。而我国是世界上公路隧道最多的国家1。因此对隧 道进行防火处理显得尤为重要。最近儿年国内外的隧道事故1隧道火灾特点随机性大隧道火灾的发生不受人所控制，从它引发的原因出发，可能在隧 道任何地点、任何交通运行期间发生火灾事故2。正是由于这种原 因，导致人们无

6、法估计或者预测火灾可能发牛的规模大小，不能及时 采取补救措施造成更大的经济损失。(2) 烟雾大，温度高发生在隧道等地下工程中的火灾，处于这种近似于密闭状态的狭 小空间内，热量急剧发展形成热冲击，造成照明系统破坏，同时不完 全燃烧的烟雾颗粒布满空间，能见度降低，扑救火灾儿乎不可能。瑞 士阿尔卑斯iii区隧道火灾案例中，高温热冲击以及大的烟雾使得救援 人员进入火灾场地的尝试多次失败3 o(3) 火灾类型多样化隧道火灾发生并不是单一i古i定的，相反火灾形势多样，主要涉及 气体可燃物的火灾、固体可燃物火灾、液体可燃易燃物火灾等多种类 型4。并且随着火势的蔓延，多种火灾形式就有可能同时发生。剧 烈的火灾

7、有可能会使隧道混凝土结构承受不住高温而爆裂、脱落，导 致隧道坍塌，带来更加严重的后果。隧道火灾造成的浓烟、乍辆拥堵以及灾难事故2隧道防火必要性在早期地隧道建中，建筑隧道所用的混凝土材料本身不燃能够有 效防火，再者人们对隧道以及相关安全的认识不足，一般认为能够满 足耐火要求，另外考虑到隧道建设工期的缩短、经济的节约等就省略 了安装防火板材或者喷涂防火涂层的工序。而正是由于这些原因隧道 火灾造成了更大的经济损失、人员伤亡。特别是处于软弱地层或者海 底高压等情况下的隧道结构，隧道的支撑结构、密封及防水结构在火 灾下可能受到破坏而失效，使得隧道发生涌水、甚至坍塌。作为隧道 建筑材料的混凝土，虽然本身不

8、燃并具有良好的耐热性，但是超出他 所承受的极限，材料受到破坏，混凝凝土强度就会下降，导致结构破 坏。对于混凝土强度随温度变化国外研究比较明确，美国国家标准和 测试协会(nist)指出：普强混凝土 (csc)温度达到300°c时，强度损 失为10 %20 % ；达到600°c吋，强度损失为60%75 %。高 强混凝土 (hsc)在450°c吋,抗压强度损失达到40 %,当温度达到600°c 吋，抗压强度损失约为75 %o而隧道发生火灾吋温度一般在1000°c 以上，隧道砌体结构难以承受如此高温，严重部分就容易垮塌5-6 o为了保证隧道安全运营，就

9、需要采取必要的防火措施保护好隧道 结构，避免或者减少隧道火灾造成的巨大损失。3隧道防火措施鉴于隧道火灾带來的灾难损失，人们在材料应用方面及隧道结构 设计方面进行了一系列有意义的研究并提出了有效地改善措施。3. 1材料方面为了避免火灾对隧道结构的破坏，隧道防火材料方面人们采取了 如下的一些防火措施。3. 1. 1隧道防火板材在隧道壁面上为了降低火灾对隧道结构地破坏，根据隧道截面特 点而铺设粘贴地耐火板材。防火板材的防火原理在于火灾高温环境下, 板材表面会损失一部分结晶水，从而降低隧道壁面的温度上升趋势。 隧道防火板材优点较多，他自身具有良好的耐久性、作为防火板材隔 热保温性好、热量传递较慢。提高

10、了隧道的耐火极限。防火板材厚度 不同耐火吋间也不尽相同，1. 0-4. 0 h的耐火极限，板材厚度通常在 10-50mm 7。荷兰 westerschelde tunnel3. 1.2喷射无机纤维喷射无机纤维防火材料国外研究比较靠前，早在20世纪60年代 就已经问世。喷射无机纤维另辟蹊径，是利用无机纤维中耐火性能较 好的材料，如矿棉、岩棉和玻璃棉等材料，是以另外一种形式应用到 防火上的新技术。这种在国内被视为的新兴隧道防火技术在国外已是 相当成熟。喷射无机纤维防火原理在于通过喷射施工方式将粒状的无 机纤维，喷打在隧道衬体结构（表面）上，粒状棉z间和互聚集，在衬 砌结构表面形成保温、隔热的防火纤

11、维材料层。同样不同地喷射厚度 耐火吋间也不尽相同，喷涂层1.0-4. oh耐火极限，需要喷涂厚度在 10-50 mm8o3. 1.3隧道防火涂料如今应用最普遍的则是隧道防火涂料，其木身能够有效的隔热、 阻燃，降低热量传递速率或者有效吸收热量，减少火灾热冲击对隧道 衬砌结构的破坏。隧道防火涂料略与上述两种防火方式不同，对于非 膨胀型隧道防火涂料，厚度一般是7-30mm,耐火极限可达1-3个小 时7,膨胀型防火涂料则不是按厚度衡量耐火性。在火灾高温下， 膨胀型防火涂料体积逐渐增加，需要消耗体系的内能，内能地消耗导 致体系温度地降低，使得混凝土结构在一定时间内保持低温，有效阻 止燃烧进行9。隧道防火

12、涂料的发展趋势，针对防火涂料的缺陷不足进行改进。 针对防火涂料涂层太厚，研究开发薄型、超薄的防火涂料，但是耐火 性能却不能降低；针对防火涂料耐水性较差，开发研究防水隧道防火 涂料，避免隧道潮湿而造成防火涂料地脱落；针对防火涂料的燃烧可 能产牛毒性气体，开发研究绿色环保的隧道防火涂料。各种隧道防火 涂料在研究开发中，这将会更加有利于隧道防火的成效。3.1.4耐火纤维混凝土的应用(1) 纤维混凝土是在混凝土中加入纤维，改善混凝土的性能。 一般加入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维是一种半透明状的塑料纤维，材料 色质为白色，一般是束状单丝结构或网状结构，在建筑混凝土应用中 一般分散成单丝状，以便均匀分布于混凝土

13、中。作为一种新型的合成 纤维混凝土，加入少量的纤维，混凝土的抗冲击性、耐久性、收缩性 能10,延缓了高温下混凝土在裂缝地产生和发展11。(2) 耐火纤维混凝土的优缺点纤维应用具有以下优点8,考虑到纤维混凝土本身耐火特性, 在隧道建成z后，通常认为满足耐火的要求，这样就省下喷涂防火涂 层或者安装防火板这些施工工序，间接缩短建造工期；减少了上述施 工工序，相对而言隧道空间扩大了，或者掘进横断面的直径减少，使 得有效减少开挖体积12,从而减少建筑成本；本身具有良好耐久性 的纤维混凝土，通常认为满足隧道设计年限的要求，从而减少了更换 和维修，以及对周边环境和隧道内部管线铺设等影响；同时隧道运营 过程中

14、对衬砌结构裂缝观测以及强度检测更为方便。其不足在于比普通混凝土略高的造价，根据材料不同，般超 出5%- 10%左右13,加入纤维的混凝土渗透性变大，聚丙烯本身并 不存在毒性，但是在一定温度下，聚丙烯纤维不完全燃烧，其分解物 会产生有害物质。(3) 耐火纤维混凝土的发展目前推陈出新地应用新举措，耐火纤维混凝土还可以部分加入纤 维，部分不加纤维，在表面受到火灾影响的部分加入纤维大约占到 1/3左右厚度。既减少了纤维的加入，减小了渗透性，又保证了纤维 混凝土在火灾中抗裂性能14。耐火纤维混凝土如今研究的大都是单一的纤维，取得了很好的效 果，对增强混凝土性能各自发挥着独特的作用，但是性能大都比较单 一

15、也存在着许多不足之处，那么能否将纤维相互结合，使得性能互补, 使用效能和经济效益互补15 o利用不同性能和优点的纤维掺杂与混 凝土拌合得到更高性能的混凝土，实现优势互补，产生混杂效应16 o 所以多掺纤维混凝土将成为研究防火混凝土的新方向。3. 2结构方面3.2.1隧道混凝土结构的破坏混凝土爆裂的机理询未完全揭示17,目前对此解释主要有两种 一是热应力机理，一是蒸气压机理。热应力机理是指发生火灾，高温 下热传递使得混凝土内外引起了温度梯度，伴随温度梯度变化，而产 生的热应力引发爆裂由表及里；蒸气压机理是火灾高温下，结构内水 分蒸发混凝土阻止内部水蒸气的逸出，从而内部蒸气压逐渐升高，而 混凝土的

16、抗拉强度有极限，当超过这个极限就会产生爆裂，即引发高 温爆裂。而复杂的火灾场景下两种爆裂机理可能相互作用混凝土内 部的蒸气压力和热应力和互结合，使得混凝土突发爆裂18-19,使 得隧道衬砌结构受到破坏，甚至出现坍塌。混凝土爆裂的几个控制因素20o（d混凝土的湿度（含水量）， 一般混凝土胀裂的含水量不低于2%,这是混凝土爆裂的决定性因素。（2）混凝土的强度，一般而言混凝土的强度大就意味着混凝土密度 大愈加密实，密实结构的混凝土，孔径少，水蒸气溢出的途径少，爆 裂儿率更大。（3）多孔性，骨料级配、引气剂、水胶比等因素都影响 混凝土的孔隙分布。孔隙分布越多，蒸汽压力就越小，爆裂几率就越 小。3. 2

17、. 2设置混凝土牺牲层混凝土牺牲层的防火原理在于建筑附加的混凝土层作为防火牺 牲结构，火灾破坏牺牲层结构却维持了隧道内部结构的整体性，从而 阻止隧道结构在火灾屮破坏倒塌21。该施工方法一定程度上缩短建 设周期，降低了建造成本。但是混凝土牺牲层的厚度较大，一般而言 耐火极限有限，耐火时间要达到2h,厚度增加至少50mm,缺点显而 易见。较大厚度减少了隧道的必要空间，更严重的是，火灾高温会造 成大量的混凝土爆裂、剥落，可能造成路线堵塞，对救援人员以及疏 散人员造成伤害。为了减少混凝土碎片层层剥落，采取了一些措施, 如在混凝土表面铺设钢丝网等21,冃前该措施应用较少。3. 2. 3喷淋灭火系统喷淋灭

18、火系统是建筑物内应用最广泛的一种灭火设施。但是从使 用情况和现有防火实验看，冃前喷淋灭火系统在公路交通隧道内应用 效性仍存在很大争议，交通隧道内设置喷淋灭火系统应充分考虑以下 情况。(1) 考虑隧道内火灾发生的位置，火灾往往在机动车下或者发动 机处，喷头开始使用达不到灭火效果。(2) 从发现火灾到启动喷淋系统有一段间隔吋间，隧道内已经成 型的火灾使喷洒的水雾汽化而产&大量高温蒸汽，这些对疏散人员造 成极大伤害。(3) 喷淋灭火系统启动后具有降温作用，往往使沿隧道顶的热烟 气层降低并破坏烟气分层23 o(4) 喷淋灭火喷出的水会使路面变得湿滑，人员疏散困难、危险， 液体燃烧物可能危险更大

19、。3. 2. 4工程防火设计为防止火灾造成的直接损失设置隧道火灾防火隔墙，保护隧道结 构，防火分区z间设隐藏式防火隔墙，发生火情吋系统自动启动或控 制中心控制，配合隔烟水幕系统，以防止烟雾热气蔓延。设置足够数 量的消防应急避难室以备工作人员撤离。3.3防火措施总结比较对上述的防火保护措施进行比较24-25 o综合起来看，使用喷 涂防火涂料措施的防火性能可靠，成本较低，性价比较好，也值得推 广。而使用耐火纤维混凝土优点也是显而易见，经济、环保等等的许 多其它措施所没有的优点。今后研究的方向应该是开发环保，经济, 耐火性能更好的产晶。能够将防火涂料与耐火纤维和结合使用，优势 互补。对于如今的隧道防

20、火，应以喷涂防火涂料或者采用耐火纤维混 凝土的防火措施为主，各国隧道防火安全研究人员对隧道火灾都做 了大量的模拟实验，而对于纤维混凝土结构与未加纤维的结构相对 比，试验结果表明采用耐火纤维混凝土效果更好24 26,能够有效 减缓混凝土裂缝产生和发展的速度。4结语隧道火灾受多种因素影响，加强隧道火灾试验，确定隧道结构在 特定的火灾场景下的耐火性能及测试标准。为了最大限度地减少因火 灾造成的损失，按不同隧道的不同特点做出了相应的改进或预防措施, 适应隧道结构的快速发展，最大可能地消除隐患。现在隧道工程中遇 到各种问题也在逐渐攻克，而超长隧道、大隧道也是不断出现，这就 需要科研人员继续研究，而研究开

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