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摘 要：公路隧道是交通事故多发区域，同时由于隧道的封闭性特征，隧道内的火灾风险存在一定的隐患。这就对公路隧道的消防设计和安全隐患处置工作提出了很高的要求。因此，必须对复杂的基础设施（例如公路隧道）提出高安全性标准。旨在进一步避免公路隧道火灾危害。本文对公路隧道的常见安全隐患进行了分析，并提出相应的处理措施。
关键词：公路隧道；消防安全；安全隐患；处理措施
1.火灾事故及其对隧道结构的影响
公路隧道中的火灾特点是人员生命安全受到威胁，并且在许多情况下公路设施也会受到大量损害。近年来在国内和国际上发生的一些严重事故导致公众对隧道安全的关注度日益增加。
除了隧道本身的影响外，重大火灾可能导致隧道使用者受到伤害，车辆严重受损（图1）。特别是由于大量热量和侵蚀性火灾气体的自发发展造成的损害。火灾发生后，隧道本身造成的破坏会严重影响服务的可用性，因为隧道由于必要的整修工程而关闭。根据火灾的持续时间和时间的温度发展，隧道的稳定性会受到负面影响。重建和相关的服务中断可持续数周甚至数月。
在某些情况下，重大火灾导致的隧道结构的破坏是由于重型车辆的高火灾负荷造成的。混凝土隧道衬砌的损坏主要是由于剥落以及烟气在隧道墙壁，天花板和操作设施上的冷凝造成的。
2.隧道火灾时的温度
火灾负荷约为100兆瓦。在闪蒸结束约5至10分钟后温度快速升高至800至1000℃。在隧道顶部和侧面测量到近1000°C的最高温度。
EUREKA程序的测试结果是在隧道火灾情况下定义不同温度时间曲线的当前有效尺寸值的基础。这些温度时间曲线用于所有隧道部件的耐火试验，其中必须检查耐火性（例如，固定用于隧道安装的4个元件）以及隧道结构本身的静态计算。公路隧道的温度时间曲线，在“土木工程附加技术合同条款和指南（ZTV-ING）”中规定，涉及在1200°C下30分钟的火灾持续时间，其次是一个110分钟的冷却阶段。铁路隧道的EBA曲线的较长火灾持续时间可以解释为与公路隧道相比，救援服务到达火灾所需的时间更长。
3.火灾的破坏机制
温度对混凝土隧道衬砌的影响可以通过许多不同的方式导致损坏：（1）剥落过程很大程度上受温度升高的速度、混凝土的水分和孔隙结构（紧凑性）的影响。水蒸气的形成导致混凝土基体中的应力从100℃开始，这在某些情况下会导致大规模的剥落。根据残余水分和混凝土基质的设置，不能排除随着火灾持续时间的进行，损坏程度进一步进入混凝土横截面。（2）在较高温度（400至600°C）下，混凝土骨料中的各种矿物质会发生化学转化。结果可能是水和/或气体分离。这导致体积增加（例如石英转变）。（3）与温度相关的内部和约束应力也可能导致混凝土剥落。（4）仅位于表面下方几厘米处的增强件由上述剥落暴露，并且由于第一区域中的极高温度而完全丧失其承载能力。因此，应避免温度超过300°C，以免顯着影响钢的承载能力。
4.公路隧道消防措施
4.1结构防火措施
为了确保公路隧道衬砌的结构防火，目前有效的技术指南（ZTV-ING）需要至少6厘米的混凝土保护层。这种混凝土保护层起到“热保护层”的作用，应确保轴承加强件不会升温超过300°C。低于该极限值，可以假设在火灾期间不会出现减少钢筋弹性模块的强度损失。在火灾期间保持承载能力，因此在其之后不存在影响设计的持久变形。框架式隧道结构（通常采用“切割和覆盖”方法构造的隧道）承受相当大的温度应力，尤其是在墙壁和天花板之间的角落区域。这会导致裂纹形成，其从外部穿透轴承元件的横截面。由于在火灾情况下框架式隧道结构的敏感性，在ZTV-ING 中需要在天花板的6厘米混凝土覆盖层内增加防火加固。防火加固件由不锈钢制成的钢筋网构成，有助于在隧道火灾期间保持混凝土保护层更长时间。
对于带有钢筋混凝土砌块的衬砌的单壳隧道，由于该衬砌系统的许多接缝和所应用的混凝土的特殊特性，需要额外的防火措施。用于段的高强度混凝土具有极其紧密的质地，对于剥落特别危害。在隧道中有多种可能的附加结构防火措施：（1）安装在外侧的衬里（例如防火板/图8）。（2）喷涂防火（例如防火涂料）。（3）含聚丙烯的新型混凝土混合物（PP）纤维（称为“防火混凝土”）。
防火衬里和防火喷涂作为保温层起作用，具有以下优点：良好的防火性能和保护混凝土隧道衬砌免受热；隧道火灾后易于更换。
但增加防火层也有一些缺点：需要隧道内的额外空间（“间隙轮廓”），这导致更高的建造成本；固定面板或喷涂系统所需的钢网增强件需要很多连接点，这使得系统昂贵且安装耗时；重新开发和重新密封操作需要拆除和更换板或喷涂在系统上；隧道施工期间无防火措施。
4.2使用防火混凝土
近年来，为了开发隧道衬砌的防火混凝土，进行了大量的研究工作。防火混凝土应尽量减少火灾期间爆炸性混凝土的剥落，并保护结构不受其承载能力的损失。为了提高混凝土的耐火性，聚丙烯（PP）塑料纤维的添加量约为2至3 kg / m3。在火灾期间，PP-纤维在约100℃的温度下通过热量的作用熔化，并在混凝土中提供孔隙系统，其为确保蒸汽提供空间。以这种方式，旨在减少混凝土内部的蒸汽应力，并因此减少可能的混凝土剥落。
5.结语
过去几年的火灾已经表明，隧道火灾具有高风险。用户和救援服务受到隧道衬砌的热量、烟雾和混凝土剥落的危害。此外，轴承结构由于高温和可能的剥落而面临特别的危险。除了快速处理烟雾和确定结构的尺寸以应对火灾的影响之外，对混凝土剥落的施工措施是非常重要的。通过集中额外的措施，如添加塑料纤维，优化混凝土成分和选择骨料，可以保护轴承隧道结构免受火灾引起的极端影响。
参考文献
[1]葛江.隧道火灾疏散安全性的数值模拟分析[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2013（05）：35-37.
[2]黄哲.公路隧道消防安全管理的研究[J].消防技术与产品信息，2015（02）：55-56.
（作者单位：南京高科消防机电工程有限公司）
关键词：公路隧道；消防安全；安全隐患；处理措施
1.火灾事故及其对隧道结构的影响
公路隧道中的火灾特点是人员生命安全受到威胁，并且在许多情况下公路设施也会受到大量损害。近年来在国内和国际上发生的一些严重事故导致公众对隧道安全的关注度日益增加。
除了隧道本身的影响外，重大火灾可能导致隧道使用者受到伤害，车辆严重受损（图1）。特别是由于大量热量和侵蚀性火灾气体的自发发展造成的损害。火灾发生后，隧道本身造成的破坏会严重影响服务的可用性，因为隧道由于必要的整修工程而关闭。根据火灾的持续时间和时间的温度发展，隧道的稳定性会受到负面影响。重建和相关的服务中断可持续数周甚至数月。
在某些情况下，重大火灾导致的隧道结构的破坏是由于重型车辆的高火灾负荷造成的。混凝土隧道衬砌的损坏主要是由于剥落以及烟气在隧道墙壁，天花板和操作设施上的冷凝造成的。
2.隧道火灾时的温度
火灾负荷约为100兆瓦。在闪蒸结束约5至10分钟后温度快速升高至800至1000℃。在隧道顶部和侧面测量到近1000°C的最高温度。
EUREKA程序的测试结果是在隧道火灾情况下定义不同温度时间曲线的当前有效尺寸值的基础。这些温度时间曲线用于所有隧道部件的耐火试验，其中必须检查耐火性（例如，固定用于隧道安装的4个元件）以及隧道结构本身的静态计算。公路隧道的温度时间曲线，在“土木工程附加技术合同条款和指南（ZTV-ING）”中规定，涉及在1200°C下30分钟的火灾持续时间，其次是一个110分钟的冷却阶段。铁路隧道的EBA曲线的较长火灾持续时间可以解释为与公路隧道相比，救援服务到达火灾所需的时间更长。
3.火灾的破坏机制
温度对混凝土隧道衬砌的影响可以通过许多不同的方式导致损坏：（1）剥落过程很大程度上受温度升高的速度、混凝土的水分和孔隙结构（紧凑性）的影响。水蒸气的形成导致混凝土基体中的应力从100℃开始，这在某些情况下会导致大规模的剥落。根据残余水分和混凝土基质的设置，不能排除随着火灾持续时间的进行，损坏程度进一步进入混凝土横截面。（2）在较高温度（400至600°C）下，混凝土骨料中的各种矿物质会发生化学转化。结果可能是水和/或气体分离。这导致体积增加（例如石英转变）。（3）与温度相关的内部和约束应力也可能导致混凝土剥落。（4）仅位于表面下方几厘米处的增强件由上述剥落暴露，并且由于第一区域中的极高温度而完全丧失其承载能力。因此，应避免温度超过300°C，以免顯着影响钢的承载能力。
4.公路隧道消防措施
4.1结构防火措施
为了确保公路隧道衬砌的结构防火，目前有效的技术指南（ZTV-ING）需要至少6厘米的混凝土保护层。这种混凝土保护层起到“热保护层”的作用，应确保轴承加强件不会升温超过300°C。低于该极限值，可以假设在火灾期间不会出现减少钢筋弹性模块的强度损失。在火灾期间保持承载能力，因此在其之后不存在影响设计的持久变形。框架式隧道结构（通常采用“切割和覆盖”方法构造的隧道）承受相当大的温度应力，尤其是在墙壁和天花板之间的角落区域。这会导致裂纹形成，其从外部穿透轴承元件的横截面。由于在火灾情况下框架式隧道结构的敏感性，在ZTV-ING 中需要在天花板的6厘米混凝土覆盖层内增加防火加固。防火加固件由不锈钢制成的钢筋网构成，有助于在隧道火灾期间保持混凝土保护层更长时间。
对于带有钢筋混凝土砌块的衬砌的单壳隧道，由于该衬砌系统的许多接缝和所应用的混凝土的特殊特性，需要额外的防火措施。用于段的高强度混凝土具有极其紧密的质地，对于剥落特别危害。在隧道中有多种可能的附加结构防火措施：（1）安装在外侧的衬里（例如防火板/图8）。（2）喷涂防火（例如防火涂料）。（3）含聚丙烯的新型混凝土混合物（PP）纤维（称为“防火混凝土”）。
防火衬里和防火喷涂作为保温层起作用，具有以下优点：良好的防火性能和保护混凝土隧道衬砌免受热；隧道火灾后易于更换。
但增加防火层也有一些缺点：需要隧道内的额外空间（“间隙轮廓”），这导致更高的建造成本；固定面板或喷涂系统所需的钢网增强件需要很多连接点，这使得系统昂贵且安装耗时；重新开发和重新密封操作需要拆除和更换板或喷涂在系统上；隧道施工期间无防火措施。
4.2使用防火混凝土
近年来，为了开发隧道衬砌的防火混凝土，进行了大量的研究工作。防火混凝土应尽量减少火灾期间爆炸性混凝土的剥落，并保护结构不受其承载能力的损失。为了提高混凝土的耐火性，聚丙烯（PP）塑料纤维的添加量约为2至3 kg / m3。在火灾期间，PP-纤维在约100℃的温度下通过热量的作用熔化，并在混凝土中提供孔隙系统，其为确保蒸汽提供空间。以这种方式，旨在减少混凝土内部的蒸汽应力，并因此减少可能的混凝土剥落。
5.结语
过去几年的火灾已经表明，隧道火灾具有高风险。用户和救援服务受到隧道衬砌的热量、烟雾和混凝土剥落的危害。此外，轴承结构由于高温和可能的剥落而面临特别的危险。除了快速处理烟雾和确定结构的尺寸以应对火灾的影响之外，对混凝土剥落的施工措施是非常重要的。通过集中额外的措施，如添加塑料纤维，优化混凝土成分和选择骨料，可以保护轴承隧道结构免受火灾引起的极端影响。
参考文献
[1]葛江.隧道火灾疏散安全性的数值模拟分析[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2013（05）：35-37.
[2]黄哲.公路隧道消防安全管理的研究[J].消防技术与产品信息，2015（02）：55-56.
（作者单位：南京高科消防机电工程有限公司）