浅谈城市隧道结构防火

   建筑学中把横截面积超过30m2的地下人工建造的通道定义为隧道。自从1841年第一条泰晤士河隧道贯通以来, 在人类史中已修建了数以万计的人行隧道、公路隧道、铁路隧道、越江隧道、海底隧道, 这些隧道或是连接不同的两个地区, 或是勾通相邻的两个国家,是现代化交通建设中的不可缺少的枢纽。随着社会的发展, 隧道的重要性逐步被人们所认识, 越来越多的国家和地区都将修建大量的隧道来发展自己的交通和经济, 而且建设的规模和技术水平也在逐步提高。
    隧道的出现也带来了一种新的火灾—— 隧道火灾, 隧道火灾的主要危害在于火灾对隧道本身结构的损害和其引起的人员伤亡。1979年7月11日, 日本大坂隧道内4 辆卡车与两辆轿车连续相撞, 轿车油箱破裂起火, 致使隧道内的174 辆汽车全部烧毁, 7人死亡2 人受伤, 隧道内千余平方米的顶部崩落; 1996年CHANN EL 隧道火灾中也发生了混凝土剥落的情况。

    1 隧道结构耐火性较差

    由于隧道结构造型和本身施工的要求,一般采用高强度混凝土(HSC)作为内衬保护结构, 但这种结构有其自身的防火弱点, 美国国家标准与技术研究院(NIST)在对这种材料的防火性能研究时发现: 在隧道内部温度为450 ℃到600 ℃时HSC 的强度将会下降40%～75% ,导致混凝土因失水等原因而发生大面积爆炸性的剥落,其内部的加强钢筋立即暴露在500 ℃～600℃的高温下, 根据燃烧学理论, 钢材在500℃时只要0.25h其强度就会减少一半。
    近年来, 国际上分别在实际隧道、废弃隧道和实验室条件下进行了大量的火灾研究, 取得了不同火灾类型的火灾升温时间/温度曲线(见图1)。其中, ①、②曲线是在开放环境下普通可燃物和碳氢化合物燃烧的特征曲线; ③曲线即RABT 曲线表现了较封闭环境内一辆汽车燃烧时的特征: 燃烧初期升温迅速, 而待其燃烧完毕后, 温度回降; ④曲线即RWS曲线是火灾最不利的情况, 即大量碳氢化合物(如油罐车) 在较封闭的环境中燃烧, 在极短时间内升温1200 ℃以上, 1 h 后升温至1350 ℃。

    从图1中火灾升温曲线可以看出, 隧道火灾持续3min后, 隧道上方顶部的温度可达1000℃左右, 这个温度足以对隧道的结构造成破坏。为了在火灾时维护隧道的结构不被损害, 不至于造成人员恐慌甚至大量伤亡, 为消防救援、灭火提供必要的时间, 应该对隧道结构的耐火性提出一定的要求。笔者认为隧道结构要有一定的耐火极限, 此极限时间的规定应考虑到以下因素:
    (1) 人员在隧道火灾发生时的逃生时间, 消防人员到场开展救助时间;
    (2) 隧道内部风机及其管道在火灾中进行通风排烟的正常运行时间;
    (3) 保护与隧道内部相贴邻的电缆间、管道井、风井等结构不受火灾危害的时间。