公路隧道衬砌火灾损伤专用测强曲线试验研究

依托西部交通建设科技项目,针对公路隧道中常用的C30混凝土制备试块,采用不同温度、不同燃烧时间对隧道衬砌试块进行烧损试验;并通过抗压强度试验得到混凝土试块强度分别随温度与受火时间的变化规律,以及分别通过回弹试验与超声试验分别得到回弹值与温度、波速比与受火时间的关系;最后通过以上相关试验建立了公路隧道衬砌火灾损伤专用测强曲线,为以后相关试验及实际应用提供参考.     

公路隧道火灾衬砌结构温度分布现场试验研究

为了掌握实际公路隧道火灾对衬砌结构内部温度分布的影响,对某一公路隧道人行横通道进行了现场火灾试验研究,并详细介绍了本次隧道火灾试验及火源的设计方法。试验得到了火灾工况下隧道内空气温度的分布结果,揭示了衬砌和围岩内部的温度变化规律,为下一步研究火灾对公路隧道衬砌损伤特性提供了基础数据。     

火灾高温下盾构衬砌结构试验与力学模型综述

复杂运营环境下自然与人为因素所引发的众多隧道火灾已造成了重大的社会影响和经济损失。火灾已成为威胁隧道安全运营的主要灾害之一,其对隧道衬砌结构会产生严重的损伤乃至破坏。盾构衬砌为装配式结构,接缝多以螺栓连接,火灾高温下易发生管片爆裂和接缝连接薄弱部位受损而诱发的突然破坏;同时,由于盾构隧道周围地层的约束作用有限,其衬砌结构体系受火损坏后垮塌的风险极高。为提高软土地层环境下盾构隧道装配式衬砌结构体系的耐火能力及火灾安全性,本文调研了盾构隧道火灾安全研究现状,对与盾构隧道火灾安全研究相关的试验及理论分析工作做了较为全面的综述,主要包括:火灾高温下盾构隧道衬砌管片力学特性试验与理论分析模型,火灾高温下管片接缝力学特性试验与理论分析模型,火灾高温下盾构衬砌体系力学特性试验与理论分析模型,火灾高温下盾构隧道周围地层力学行为研究。在此基础上,针对大直径盾构隧道的火灾试验,高温引起的盾构衬砌管片材料性能劣化评价及主动式抗火管片的材料设计,火灾高温条件下盾构衬砌结构计算模型精细化这3个核心问题,展望了盾构衬砌受火灾影响的研究方向和思路。     

隧道火灾后衬砌损伤规律的研究

为了在隧道火灾后准确迅速地对衬砌损伤程度进行判断,首先应用层次分析法,确定了影响衬砌损伤的各因子权重,然后应用灰色理论对不同温度量级及不同烧蚀时间下的衬砌损伤程度进行了灰色综合评判,并确定其损伤等级。得到残余强度系数指标的权重最大为0.6;温度量级为400℃,烧蚀时间为2 h和4 h,其损伤等级都为2度;温度量级为600℃,烧蚀时间为2 h和4 h,其损伤等级都为3度;温度量级为800℃,烧蚀时间为2 h,其损伤等级为3度,烧蚀时间为4 h,其损伤等级都为4度;温度量级为1 000℃,烧蚀时间为2 h,其损伤等级为4度,烧蚀时间为4 h,其损伤等级都为5度。结果表明:衬砌的损伤主要为强度的损失。400℃时,其结构整体承载力不会受到显著影响;600℃时,受到显著的影响;800℃时,结构的整体承载力已临近失效状态,但仍有少量的残余承载力,1 000℃时,已经失效。温度越高,衬砌损伤等级越高;烧蚀时间越长,衬砌损伤等级越高;但是,温度的影响比烧蚀时间大,所以当隧道内发生火灾时,应当重点控制火灾的温度。     

高速铁路隧道结构动力累积损伤模型试验研究

为探讨高速铁路隧道衬砌结构在列车振动荷载长期作用下的动力累积损伤特征,阐述混凝土结构动力相似材料模型试验原理,以武广高速铁路金沙洲隧道为原型,利用微粒混凝土作为相似材料,构建隧道与围岩动力相互作用全断面试验模型,施加高速列车振动荷载对相似材料模型进行动力累积损伤试验;试验过程中同步测试隧道衬砌结构各特征点动应变、超声波速度以及隧道底部围岩接触应力的时程响应数据,分析隧道衬砌结构动力响应特征与累积损伤规律。得出了在设计使用寿命期内,高速列车振动荷载长期作用下,隧道衬砌结构动力累积损伤效应不明显,而隧道底部围岩累积损伤破坏则应引起足够重视等研究结论。     

盾构隧道管片及接头耐火试验

盾构隧道衬砌由预制钢筋混凝土管片通过螺栓连接拼装而成,存在很多薄弱接头,这使其在火灾高温条件下会呈现出更加复杂的力学响应。因此,为了获取盾构隧道管片及接头高温下力学性能,对7组足尺管片试件进行了火灾试验,研究了火灾类型(ISO834、HC及RABT标准升温曲线)、管片类型(标准块、标准块接头及封顶块接头)和密封设置对盾构隧道管片在火灾高温下力学性能的影响。试验结果表明：①在较快的升温速率和较高的温度下,管片受火面混凝土发生严重剥落,导致大量钢筋外露,影响盾构管片高温下承载力,威胁盾构隧道衬砌结构安全;②当各试验距受火面25 mm处混凝土温度均超过《建筑设计防火规范》规定的耐火极限判断标准时,试验管片变形较小且未出现破坏现象,可知仅将温度作为隧道内承重结构体耐火极限判定依据较片面和保守;③管片接头处手孔密封设置及接缝密封设置分别对连接螺栓螺母和螺杆起到了很好的保护作用,但对止水条的温度变化趋势和特征影响不大;④混凝土严重剥落导致的管片厚度减少、大量裂缝产生造成的管片完整性下降以及混凝土水分受热蒸发留下的与外界贯通的毛细孔道均严重降低管片的抗渗性能。     

桃花源隧道火灾后混凝土损伤层厚度测试与分析

本文以包茂高速公路桃花源隧道火灾为工程依托,采用超声检测法对隧道火灾后衬砌混凝土损伤层厚度进行测试与分析,测试结果表明:桃花源隧道火灾及其影响段非剥落部位二次衬砌混凝土损伤层厚度小于6cm,拱部混凝土损伤层厚度较边墙要大,火灾段损伤层厚度大于火灾影响段,损伤层厚度分布规律与火灾分布规律基本一致。     

公路隧道火灾热冲击和二衬混凝土防火研究

文章通过对隧道货车火灾案例进行统计分析,除具有一般隧道火灾特征外,隧道货车火灾还具有温度较高、火势易蔓延、持续时间长的特点,总结得出货物总量、货物种类以及长大隧道交通量是影响货车火灾规模的关键因素。同时结合国内外现有关于货车的燃烧试验,确定出隧道货车火灾最高温度取值为1200℃,热冲击曲线的大致范围符合RABT曲线。并对货车火灾后衬砌损伤程度及预防技术进行归纳整理,以期为进一步研究隧道衬砌结构耐火性提供理论依据。     

公路混凝土梁板桥火灾损伤状况评定

近年来我国发生多起公路混凝土桥梁火灾事故,不仅对既有桥梁造成严重损坏,而且影响公路安全运营。现针对公路混凝土桥梁火灾后技术状况损伤,建立基于表观状况、材质状况、截面损伤和结构模态的混凝土梁板火灾损伤评价体系,采用半定性半定量方法建立火灾损伤评价标准;采用加权求和法和单一指标控制法确定梁板综合损伤评定和分类方法,并提出相应的处治对策,为合理处治火灾后混凝土桥梁提供科学依据。     

海底隧道衬砌混凝土高温后性能试验研究

由于通风条件差,火灾是隧道最严重的灾害之一。海底隧道地处复杂海洋环境,衬砌混凝土性能与普通混凝土相比,存在明显差异。为了研究海底隧道衬砌混凝土高温燃烧后的物理力学特性,参照厦门翔安海底隧道衬砌结构混凝土配合比制作试件,标准养护后,各组试件分别在200,300,400,600,800,1 000℃高温环境下灼烧6 h,采用自然冷却与水喷淋两种冷却方式,分别进行尺寸量测、抗压强度和抗渗试验,分析高温后混凝土的热膨胀、极限压应变、横向应变、抗压强度、弹性模量及抗渗性能等。结果表明:(1)温度低于300℃,热膨胀系数随温度变化不明显;温度高于400℃,热膨胀系数随温度升高迅速上升;与自然冷却方式相比,在水喷淋冷却方式下混凝土高温后热膨胀系数更大。(2)轴向应变相等条件下,温度低于600℃时横向应变随温度升高而增大;温度高于600℃后,横向应变随着温度增高变小。(3)温度低于300℃,抗压强度随温度变化小;温度高于300℃,抗压强度随温度升高降低。自然冷却条件下混凝土抗压强度与温度呈线性关系;而水喷淋冷却条件下,二者为非线性关系。(4)混凝土的弹性模量、抗渗等级均随温度的升高而降低,相比水喷淋冷却方式,自然冷却方式对二者影响更大。     

客运专线某标段耐久性衬砌混凝土的配制

客运专线对混凝土有了更高的品质要求，配制耐久性混凝土已经成为试验工作的一个重点。对石太客运专线某标段的衬砌混凝土配制进行了分析，得出了通过控制水胶比可以控制混凝土各项耐久性指标的结论。     

隧道火灾的防范和控制

社会经济的高速发展,带来道路交通的日新月异。与此同时,隧道交通也迅猛发展,随着公路隧道的大规模建设,隧道数量、交通流量、危险品运输量都日益增多,公路隧道内火灾的危险将会呈上升的趋势,而隧道的消防安全问题也日益为人们所关注。该文以降低隧道火灾风险为目的,通过对公路隧道火灾事故特点、危害及起因等方面的分析,提出一些有助于改善大连路隧道安全水平的建议与措施,以期达到"以防为主,消防结合"的隧道火灾预防要求。     

钢筋套筒连接技术在宝台山铁路隧道中的应用

为提高混凝土施工效率,节约施工成本,降低钢筋机械连接的施工难度,在宝台山铁路隧道二次衬砌钢筋施工中,采用了钢筋套筒连接技术。通过介绍钢筋套筒连接技术的原理、连接型式检验方法、应用技术、试验检测出现的问题及采用本技术所取得的应用效果,因其具有安全、效率高、成本低等优点,可在铁路隧道、公路隧道、城市地铁以及建筑工程中进行推广。     

公路隧道软弱破碎围岩高强钢筋格栅拱架支护性能研究

软弱破碎地层围岩稳定性差,与支护间接触压力大,支护结构应力状态复杂,因此支护结构的支护性能是满足隧道施工及运营期安全与稳定的重要保障。高强钢筋格栅拱架是以高强钢筋为主材的一种格栅拱架形式,具有支护强度高,与混凝土黏结性好,重量轻等诸多优点,但其在公路隧道软弱破碎围岩中的支护性能仍有待考量。为此,结合圆管弹性应变理论推导出的支护刚度计算公式,对不同拱架结构进行等截面换算,得出高强钢筋格栅拱架和型钢拱架的支护特征曲线;采用有限元数值计算方法将钢拱架与混凝土分部建模,进一步分析2种支护拱架的力学特性和变形特征;最后在现场开展对比试验,通过监测沉降收敛位移、围岩压力、拱架应力,分析施工中高强钢筋格栅拱架的支护性能。理论验算和数值分析结果表明,高强钢筋格栅拱架与I20b型钢拱架的极限承载力基本相同,但高强钢筋格栅拱架支护刚度相较I20b型钢拱架弱,I20b型钢拱架对变形控制能力更强;现场对比试验结果显示,2种支护拱架产生的收敛变形相差不多,且围岩接触压力分布规律基本相同,高强钢筋格栅相较I20b型钢拱架的承载应力更高,但远小于材料本身屈服强度;此外,现场施工表明采用高强钢筋格栅拱架能有效提升人工支护作业效率,对于特长公路隧道快速施工具有更好的应用价值。综合分析,高强钢筋格栅拱架在软弱破碎地层能够提供与I20b型钢拱架相近的支护抗力,适用作特长公路隧道软弱破碎围岩的初期支护拱架结构。     

基于视频图像的公路隧道火灾烟雾检测

为有效检测公路隧道火灾烟雾并预警，针对公路隧道传统火灾烟雾探测器存在的反应慢和功能单一等问题，通过分析研究火灾烟雾视频图像的颜色和纹理特征，提出一种基于烟雾图像特征的公路隧道火灾烟雾检测方法。首先，通过改进后的Vibe算法模型提取图像运动区域；然后，在YUV色彩空间中确定疑似烟雾区域后利用颜色滤出方法分割出疑似烟雾区域；最后，用从疑似烟雾区域图像中提取的颜色矩和均匀局部二进制模式（ULBP）与灰度共生矩阵（GLCM）构成机器学习分类器的输入向量进行隧道火灾烟雾识别。为满足复杂的隧道环境，对比分析BP神经网络、支持向量机、随机森林3种机器学习分类器的烟雾识别效果，选出最优算法作为公路隧道烟雾识别分类器。通过模拟公路隧道火灾烟雾试验视频和某实际公路隧道火灾视频对分类器进行试验测试，结果表明： 基于BP神经网络算法的检测系统识别性能最优，选取的烟雾特征具有较高识别精度，能够在隧道复杂环境中识别火灾烟雾。     

衬砌混凝土控裂施工的温湿度测试分析

隧道二次衬砌结构混凝土开裂会影响其长期使用性能,导致结构耐久性退化。客运专线隧道二次衬砌的细微裂缝甚至会在车辆运行作用下（振动、气动压力）扩展,影响行车安全,因此控制衬砌混凝土施工期裂缝的研究显得十分重要。现场测试采用在衬砌混凝土上预留孔的方法测定二次衬砌现浇混凝土内部的温度和湿度,得到其随时间的变化规律,同时在衬砌混凝土内埋置振弦式混凝土应变计的方法测试混凝土在施工期间的应变变化规律。测试结果表明,早期混凝土内部应变的变化规律从量值上表现为： 边墙部位的压应变态势、拱顶部位的拉应变态势及拱腰部位的过渡态势。拱顶部位在施工期表现为拉应变,这是衬砌混凝土裂缝控制的关键。     

大断面公路隧道二次衬砌受力特性模型试验

为研究大断面公路隧道运营期二次衬砌受力特征,开展室内相似模型试验,采用主动加载方式模拟隧道在运营过程中承受的围岩压力,对3车道和加宽带2种断面二次衬砌受力、变形及破坏规律进行研究。试验结果表明： 1）按规范设计的大断面隧道衬砌结构在设计荷载作用下内力和变形均较小,结构具有较高的安全储备; 2）衬砌各截面内力（弯矩、轴力）随围岩压力的增加呈现先慢后快的增加趋势,偏心距则呈现逐渐减小的变化趋势; 3）开挖断面越大,内力控制截面越多; 4）开挖断面大小对衬砌变形及破坏形态也有一定影响,断面越大,拱顶、边墙变形越大,衬砌各部位开裂荷载差异越明显,且衬砌开裂过程持续时间越长。     

应用连续热驱法研析隧道水泥衬砌之拉力强度与破裂韧度受热的影响

隧道火灾可能毁损隧道衬砌支撑,造成隧道坍塌。通过对热损分布关系进一步了解,有助于在灾前提高材料的防火性能设计,并在灾后较精准的预测其损害范围,进而降低修缮成本。以往的研究都采用个别式热损试样准备法,无法准确预测没有试验数据的结果,故本研究提出连续热驱试样准备法,从而得出连续性的试验数据。本研究研析水泥砂浆受连续热损后,其拉力强度及破裂韧度与温度的相互关系。藉由试验结果,除可获得较为精确的预测方程外,并以Log Log交点法得到相对合理与准确的临界热损温度(540~550 ℃),以期为隧道火灾防范提供参考。     

用于共同管沟衬砌的挤压混凝土配合比及关键工艺研究

为使现浇挤压混凝土衬砌共同管沟能在城市建设中得以推广应用,需对用于该衬砌混凝土的配合比及关键施工工艺进行研究,解决挤压衬砌混凝土流动性大,且坍落度长时间保持与早强之间的矛盾,并对挤压施工中的关键工艺进行研究。通过室内试验的方法最终得出满足要求的混凝土配比为W∶C∶F∶M砂∶M石∶M外=180∶343∶86∶673∶1 098∶6.4,挤压压力控制在0.3 MPa,保压时间30 min,混凝土在经过挤压脱水后,1 d强度可达10 MPa以上,28 d强度可达45 MPa以上。该研究成果将为共同管沟挤压混凝土衬砌施工推广提供一定的技术支持。