[發(fā)明專利]火災后瀝青路面剩余使用性能評估及確定修復方案的方法

有效

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• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103498398A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 許濤;王宏暢;李國芬;黃凱健
• 申請（專利權）人: 南京林業(yè)大學
• 主分類號: E01C7/18
• 分類號: E01C7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明是一種隧道火災后瀝青路面剩余使用性能快速評估及確定修復方案的新方法，屬于隧道火災后結構物性能評估和災后重建技術領域。

背景技術

隧道通常位于高速公路網的重要位置，不僅承擔著一般高速公路的交通運輸作用，而且對路網交通具有控制性作用。隨著公路隧道向長大化方向發(fā)展，交通量的增加，車速提高，使得隧道火災事故的危險性呈上升趨勢，隧道面臨著嚴峻的安全問題。隧道是管狀半封閉狹長空間，受洞體遮蔽影響，洞內外能見度差別較大，在隧道出入口出現黑白洞效應和洞內的墻效應，使隧道成為交通事故多發(fā)段，從而引起隧道火災，公路隧道火災事故在國內外都時有發(fā)生。隧道火災不僅嚴重阻礙交通、損壞隧道設施，還造成大量人員傷亡。由國內外公路隧道的運行經驗可知，較長的隧道很少發(fā)生火災，一般約為107車·公里隧道發(fā)生一次火災。

公路隧道發(fā)生火災的原因是多方面的，交通事故導致車輛相撞、線路老化或短路引起車輛自燃、車載貨物燃燒、隧道電器設施起火等都是導致隧道火災的直接原因。其中，由于路面抗滑不足導致交通事故是引起隧道火災的重要原因之一。瀝青路面由于其較大構造深度，與輪胎良好的附著性，表現出優(yōu)良的抗滑性。隨著人們對瀝青路面認識的提高和阻燃技術的進步，瀝青路面因其抗滑性能好、行車舒適、噪音小、施工期短、維修養(yǎng)護方便等優(yōu)點越來越受到重視，為更多長大隧道路面所采用。

但是，隧道火災下瀝青路面中的瀝青具有易燃、助燃的作用，隨著溫度升高，瀝青首先熔融、滴落、流淌，接著是熔珠燃燒、再由燃燒的熔珠灑落、流淌，造成火勢蔓延擴大，釀成更大的火災。瀝青的燃燒是一個放熱、分解的物理化學過程，燃燒中釋放出氫、甲烷、苯、烷烴類等易燃成分，這些成分的燃燒又進一步加快了瀝青的熱分解。如果大面積的瀝青路面燃燒起來，熱量聚集，溫度急劇上升，可能較早出現轟燃，發(fā)生劇烈的光和熱的化學反應，導致隧道瀝青路面結構松散，從而失去承載力、抗滑等原有功能。因此，對隧道火災后瀝青路面使用性能進行準確評價并確定合理修復方案日益受到重視。

目前，隧道火災主要通過試驗和計算流體動力學數值模擬來研究火災下隧道內通風、溫度場與煙氣流場分布規(guī)律、火災控制與救援、災后評價等方面。因為隧道火災燃燒機理的復雜性和不可再現性，國內外對隧道火災的研究主要采用試驗模擬和數值模擬兩種方法。但是，隧道火災模擬試驗費用高，試驗周期長，測試手段受到高溫環(huán)境的影響，難以取得較好的相似條件等原因，使得試驗研究工作受到限制，所得試驗數據沒有普適性，縮小比例的模型試驗只可作定性分析，很難作定量研究。隨著計算機技術及計算數學的快速發(fā)展，越來越多的人開始致力于火災過程的數值模擬研究，該方法具有再現性好、費用低、周期短、信息完整等特點。因此，國內外在隧道火災數值模擬方面，取得一些有益的積極研究成果。

同時，隧道火災過程溫度迅速升高，形成高溫熱流，這些熱量通過對流、輻射傳遞到路面結構表面，一方面使瀝青路面經受高溫環(huán)境的炙烤作用，另一方面通過熱傳導方式，向路面結構內部傳遞，使路面結構內溫度升高，導致路面材料物理力學性能劣化，對路面結構產生不同程度的損壞，而路面材料性能的劣化程度及范圍則取決于路面不同深度處所達到的最高溫度。因此，分析由于火源輻射、對流的熱量對路面結構內部溫度場分布，有利于正確評價火災后瀝青路面的各項使用性能，為制定隧道瀝青路面修復方案提供科學依據。

然而，國內外隧道火災研究的對象主要集中在隧道洞體水泥混凝土襯砌在火災環(huán)境下的溫度場分布、洞內流場變化規(guī)律、隧道通風等方面，沒有把隧道路面溫度場納入隧道火災安全研究領域，缺乏針對隧道火災過程的瀝青路面結構溫度場分布規(guī)律、災后評價、修復方案等方面的研究。可見，隧道火災后如何快速、準確評估火災高溫對隧道瀝青路面結構的損傷，對制定隧道瀝青路面重建方案、盡快恢復隧道使用功能、保證隧道交通的安全等方面具有實際的意義。

另外，瀝青是感溫性材料，由瀝青和集料拌和制得的瀝青混合料在高溫環(huán)境中，其飽和分、芳香分等輕質組分揮發(fā)形成煙氣，導致瀝青材料嚴重老化，使瀝青路面處于松散狀態(tài)，失去瀝青路面的使用性能。因此，現行《公路瀝青路面施工技術規(guī)范(JTG?F40-2004)》明確規(guī)定，不同類型的瀝青混合料超過一定溫度時應視作廢棄材料處理。瀝青路面常用的石油瀝青標號為50^#、70^#、90^#、110^#以及聚合物改性瀝青對應的瀝青混合料廢棄溫度分別為200℃、195℃、190℃、185℃及195℃。