Road Tunnels Manual

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9.2. 结构的耐火能力

        结构抵抗火灾的性能通过火灾开始到结构由于不可接受的大变形或坍塌发生之间的时间来进行描述。

        第7章“结构火灾抵抗性能设计标准”在技术报告2007 05.16.B 公路隧道火灾与烟雾控制系统与设备"总结了这个目标。

  1. 隧道内人员能够自救或被救助到安全的地点(主要目的)
  2. 安全环境下救援工作才有可能进行
  3. 应该采取保护措施防止结构坍塌造成第三方财产损失。

        另外一个目的就是限制火灾后修复时交通中断的时间。

        该目标发表在第7章中“结构防火性能”的技术报告1999 05.05.B技术报告中。

        结构的防火能力用不同的火灾时间曲线来表示,表9.2-1中ISO834曲线、荷兰的RSW曲线、德国的ZTV曲线以及法国碳氢化合物增长曲线(HCinc),该曲线是在欧洲规范(第2-2部分)的基础上温度乘以1300/1100的系数。

Figure 9.2-1: ISO, HCinc, ZTV and RWS等四个标准下的温度与时间曲线(Routes/Roads No. 324)(路线与道路,第324期)

        世界道路协会和世界隧道协会都就隧道火灾设计标准达成了一致,并在 《路线/道路》2004年的论文“世界道路协会公路隧道结构防火标准”一文中发表,并且成为世界道路协会的推荐标准,并在第7章"隧道结构火灾设计标准"技术报告(2007 05.16.B).有说明,防火标准及要求汇总见下表:

TABLE 9.2-2: 世界道路协会和世界隧道协会的推荐抗火标准
Traffic Type Main Structure Secondary Structures (4)
  Immersed or
Under/Inside
Superstructure
Tunnel in Unstable Ground Tunnel in Stable Ground Cut & Cover Air Ducts (5) Emergency Exits
to Open Air
Emergency Exits to
Other Tube
Shelters (6)
Cars
Vans
ISO
60 min
ISO
60 min
See note (2) See note (2) ISO
60 min
ISO
30 min
ISO
60 min
ISO
60 min
Lorries
Tankers
RWS/HCinc
120 min (1)
RWS/HCinc
120 min (1)
See note (3) See note (3) ISO
120 min
ISO
30 min
RWS/HCinc
120 min
RWS/HCinc
120 min (7)

注释:

        (1)对于重载运输可燃物货运卡车流量非常大时需要180分钟;

        (2)安全并不是一个标准,不需要任何防火(除了避免进一步崩溃)。如果考虑到目标不同,可能需要满足以下的要求:

  • ISO标准在一般情况下要求为60分钟,
  • 可能由于结构保护措施过于昂贵或火灾后保护措施无法维修(例如噪音防火措施),而根本无任何保护措施。

        (3)安全本身并不是标准也不需要任何抗火防火要求(除非发生大规模的快速坍塌)。考虑到其他的目标,可能需要满足以下要求:

  • 如果财产(譬如隧道设在大型建筑物下面)或大型路网需要,则需要满足RWS/HCinc 120分钟的防火标准,
  • ISO一般情况下要求120分钟,这样可以在费用不高的情况下限制财产损失,
  • 无保护功能,可能是由于费用会大幅增加或不利于火灾后修复工作(譬如施作了薄层噪音保护装置)。

        (4)其他附属结构:应该针对具体工程制订保护细则;

        (5)存在横向通风的情况;

        (6)救生所应该连接到外界开阔地;

        (7)如果有大量装载可燃货物的重型卡车流且120分钟内无法到达救生场所时,应适当加长该时间。

        隧道结构失效引起的后果对不同类型隧道而言是不同的,也将影响隧道的防火要求。比如深埋隧道的局部坍塌可能导致隧道内产生严重的涌水,而盖挖法修建的隧道的局部垮塌则影响有限。一个基本的要求就是必须防止隧道结构连续垮塌的发生,同时防止重要的纵向系统被割断,比如电力支架和通信线缆。

        隧道结构材料防火涉及到不同的预防要求,第8.3节“材料的火灾响应”中报告中1999 05-05-B 中“隧道火灾及烟雾控制”中讨论了钢筋混凝土防火特点,大型火灾中产生的大量热量会导致钢筋混凝土失效,这时防火隔热层的防火作用主要起到防止钢筋混凝土结构早期破坏的作用。整体结构(钢筋混凝土类型和程度/预应力、其他措施等)的防火是需要考虑的。

        火灾中由于温度和伸缩分布不同会发生混凝土剥落,并对容易暴露在高温中的加固结构造成危险。总体来说混凝土脱落不会对撤离人员造成危险,但是对于消防员可能构成危险。尽管不同类型的防火措施可以降低火灾脱落危险,但是由于火灾过程中的高温引起的脱落围岩仍然不可能完全避免。

        必须注意通风系统,确保不会因为火灾失效而导致功能下降,所以很有必要检查活在中通道局部范围发生坍塌造成的后果。

        逃生通道仅在火灾的最初阶段会被逃生人员所利用,通道必须能够确保30分钟内能够被使用。如果该通道可能会被后继的救援人员所使用,该时间段应该更长。

        为了避免火灾传播到临近的隧道或逃生通道,紧急防护门、紧急通道及两条隧道处的其他设备应该在指定的时间段内可以保持完好。整座紧急门包括周围构筑物,包括门框,在火灾中抗火时间应该大于30分钟。对于两条交通隧道之间的门,需要防火时间更长,需要1-2小时。

Reference sources

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