案例分析

　　2016年1月10日9時50分，一輛裝載摩托車配件和日用品的六軸貨車行駛至包茂高速公路隧道內時發生自燃，火從車前部燃起，駕駛員下車后沒有采取滅火措施，直接撥打了報警電話，然后逃離隧道。隨后，隧道發生火災。

　　該隧道為左右洞分離式，左右洞中線相距34米，右洞全長4799米，左洞全長4745米，縱坡為-0.4%的單面坡，隧道建筑限界寬10.5米，高5米，采用復合式襯砌。根據隧道竣工資料顯示，火災段圍巖以厚層狀灰質白云巖、白云質灰巖為主，圍巖級別為Ⅲ級，巖溶、裂隙較發育，巖體完整性差，呈巨塊狀結構。

　　現場火災持續時間約2小時，消防隊趕到后，對隧道進行了噴水滅火，火災后隧道部分段落襯砌出現較大面積剝落和龜裂，電纜橋架變形，機電設施損壞嚴重。根據美國消防協會頒布的《高速公路隧道、橋梁和其他限制性通道標準》（NF P A502）規定，標準車輛的火災熱釋放功率為：轎車5兆瓦、多輛轎車15兆瓦、公共汽車30兆瓦、重載卡車150兆瓦、易燃液體槽灌車300兆瓦。據此推算，本次隧道火災熱釋放功率大致相當于150兆瓦。

　　結構檢測與破損特征

　　隧道發生火災后，混凝土在高溫作用下，將發生脫水導致水泥石收縮，同時骨料會受熱膨脹，兩者變形不協調致使混凝土產生裂縫，使其強度降低。此外，由于襯砌受熱輻射的不均勻性，將導致結構內部產生附加應力、剛度下降，嚴重情況下產生的混凝土剝落更是將直接減少結構有效受力截面，這些不利因素均將影響隧道結構的安全性、適用性和耐久性，因此，當隧道發生火災事故后，應通過檢查、檢測，及時掌握結構受損情況，并為后續處治設計提供依據。

　　檢測與檢查主要包括： 襯砌外觀與裂縫、襯砌強度與厚度、襯砌混凝土碳化深度、襯砌混凝土損傷厚度、路面破損、以及機電系統損壞情況等。縱向檢測長度應涵蓋受火災影響區域。此次事故，根據火災后襯砌破損情況，縱向長度取84米，其中火源點前方60米，后方24米。

　　外觀與裂縫 對隧道火災及其影響段襯砌混凝土外觀狀態，如剝落范圍、剝落深度、襯砌混凝土顏色、裂縫分布狀態、典型裂縫深度、寬度及長度等數據采用目測，配合使用儀器設備的方法進行檢測，情況如下：

　　受火災和消防噴水影響，火災前方30米（K1+040~+070）范圍段襯砌混凝土存在剝落現象，殘留混凝土出現密集龜裂紋。剝落區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重。

　　位于K1+016~+040、K1+070~+100段襯砌混凝土出現龜裂紋，靠近車輛燃燒部位及段落出現的龜裂紋越密集和明顯，隨著距離變遠呈現逐漸減輕的變化趨勢。

　　剝落區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。火災及其影響段非剝落區域混凝土表面由于受火及煙熏作用，呈現黑色。

　　剝落區襯砌混凝土除存在龜裂紋外，還檢測到4條因火災新產生的環向和斜向裂縫。其中K1++058右邊墻部位環向裂縫寬0.61毫米，長度為7.2米，深度為22.6厘米。

　　襯砌強度 隧道火災及其影響段落共鉆孔42個芯樣，試壓結果表明，該42個芯樣抗壓強度值范圍為25兆帕至42兆帕，具體見圖1。從強度檢測結果看，雖然均不小于該段襯砌混凝土抗壓強度標準值，但這是由于原襯砌混凝土強度較高所導致。為進一步分析火災后混凝土強度的損失程度，對火災影響區外（K1+100）的襯砌混凝土強度進行檢測，以確定隧道襯砌實際強度。經檢測后確認該段襯砌實際強度36兆帕至42兆帕，取其平均值39兆帕作為襯砌強度標準值。通過對檢測強度與標準強度的比較分析，可得火災后二次襯砌混凝土強度損失率如圖2。從圖2中可看出，襯砌強度損失率最大約為35%，位于右邊墻處，在火災中心點前方10米至20米范圍內襯砌強度損失最大，且總體上右側襯砌強度損失比左側襯砌大，這應是由于火災車輛位于右側車道所致。

　　碳化深度 碳化與混凝土結構耐久性密切相關，是衡量混凝土結構物可靠度的重要指標。在火災中混凝土受到高溫影響后發生成分變化，膠凝材料CHCa(OH)z)分解為CaO及COz，并 反應產生中性的C a-C03，最終導致混凝土的中 性化（碳化）。文獻指出，混凝土碳化程度與 火災溫度及持續時間有直接關系，因此通過對 比混凝土碳化深度的變化，能夠對混凝土的損 傷情況進行定性判斷。

　　對隧道共檢測31處混凝土碳化深度（見圖 3），檢測結果表明：受火災影響，但襯砌混 凝土未出現剝落現象的段落(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，內部未碳化。

　　損傷厚度 在火災等高溫作用下，混凝土 表層變得疏松，內部發生變質，采用超聲波 儀對襯砌進行檢測，可通過波速變化測定襯 砌受火災損傷的程度與深度。測試采取平測 法進行，在左右邊墻及拱腰部位共布置30個 測區，每個測區的測點數不少于6個，為便于 與襯砌厚度對應，測區均布置于地質雷達測 線上。 混凝土損傷層厚度檢測結果表明（如圖 4）：隧道火災及其影響段二次襯砌混凝土損傷 層厚度小于6厘米，通過對曲線的擬合可得，總 體損傷厚度最大區間為火災前方10米至20米，這與襯砌強度損失率分布特征比較類似，其中 左邊墻最大值為火災前方14米處，右邊墻為22 米處。

　　襯砌處治

　　火災后隧道修復加固技術主要包括維修養 護、加固處治兩個方面。養護維修是災后一項 經常性工作，可由養護單位對損壞缺陷進行修 復。加固處治是通過加強（加大）隧道支護結 構和對火災病害進行徹底整治來提高隧道支護 承載能力的措施。襯砌結構的加固設計可依據 現場檢測結果，按結構分段和分級選擇加固處 治方案。

　　損傷分級 襯砌火災后損傷分級依據是災 后襯砌實際承載力與原結構承載力相比的損失 程度，但實際承載力指標比較難以準確確定，一 般可以通過襯砌強度損失率、襯砌剝落嚴重程 度、襯砌損傷厚度、襯砌裂縫發展程度等指標進 行綜合確定（見表1）。

　　處治技術 火災病害加固，可根據評估等級來選擇加固方法：火災病害評估等級為Ⅰ級的區 段，可采取粘貼纖維復合材料法、粘貼鋼板法、噴 射混凝土法等進行加固；火災病害評估等級為Ⅱ級 的區段，應先進行既有襯砌裂縫修補，再采取粘貼 纖維復合材料、粘貼鋼板、噴射混凝土或鋼纖維混 凝土等方法進行加固；火災病害評估等級為Ⅲ級的 區段，應先進行既有襯砌裂縫修補，再采取噴射混 凝土或纖維混凝土、嵌入鋼拱架等方法進行補強加 固；火災病害評估等級為Ⅳ級的區段，采取套拱、換 拱等方法進行加固。

　　一些建議

　　在進行隧道襯砌結構火災后損傷檢測前， 應充分調查火災發生及撲滅過程、襯砌結構設計 參數等基礎信息，這些信息可為確定火災代表溫 度、襯砌損傷等級提供有效支持；表觀損傷特征 （襯砌表面顏色和燒傷區襯砌特征）、損傷深 度、碳化深度和剝落深度、襯砌混凝土殘余強度 等指標在襯砌火災后損傷評價時有一定的相關性 和一致性，可通過一種或幾種指標對襯砌火災后 結構損傷進行定性或定量評價；作為地下工程的 隧道，其結構受力本身就具有不確定性和不確知 性，加之火災后結構的容許承載能力計算也難以 準確，因此，隧道火災后襯砌結構的評價與處 治，除應進行相關檢測與計算評估外，一定要請 有豐富經驗的專家進行評審，并可建立一些結構 穩定的長期觀測點，以判斷結構的穩定性。 ( 來源: 《中國公路》 作者：文/ 圖 重慶南開中學 吳湘瑜 招商局重慶交通科研設計院有限公司 吳夢軍 劉永華 )