火災(zāi)高溫下盾構(gòu)隧道管片接頭損傷研究.pdf

1、隨著我國(guó)大中型城市軌道交通和城市地下道路建造的興起，盾構(gòu)法隧道建造也越來(lái)越得到廣泛的運(yùn)用。管片接頭作為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)體系中薄弱點(diǎn)，在火災(zāi)高溫條件下性能劣化，導(dǎo)致接頭過(guò)大變形，影響到隧道結(jié)構(gòu)安全性，進(jìn)而可能引發(fā)嚴(yán)重的隧道災(zāi)害。
　　本文采用原型大直徑盾構(gòu)隧道管片，就火災(zāi)大小、持續(xù)時(shí)間等不同火災(zāi)場(chǎng)景，進(jìn)行了火災(zāi)高溫下管片接頭試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。從管片及接頭混凝土、接頭螺栓、接頭橡膠條等三個(gè)方面，研究了接頭在火災(zāi)高溫下的性能，取得了如下成

2、果:
　　(1)從管片混凝土顏色、爆裂、裂縫、滲水等方面，分析了火災(zāi)高溫下管片損傷表觀現(xiàn)象損傷變化特征，得到管片臨界爆裂溫度為520℃～540~C，集中爆裂持續(xù)約25～35min，不同工況下管片最大爆裂深度;以及管片裂縫發(fā)展、管片滲水隨受火時(shí)間變化情況。
　　(2)火災(zāi)高溫下管片及管片接頭溫度場(chǎng)分布規(guī)律。管片混凝土升溫主要集中在距離受火面20cm范圍以內(nèi)，提出沿管片厚度方向管片混凝土最高溫分布公式;螺栓升溫緩慢，最高溫度在1

3、00℃左右;內(nèi)側(cè)橡膠條溫度最高可達(dá)250℃以上，而外側(cè)橡膠條溫度在50℃以內(nèi)。
　　(3)管片接頭變形（張開量、張開角）以及接頭剛度隨受火時(shí)間的變化特征。各工況試驗(yàn)可知火災(zāi)溫度高、受火時(shí)間長(zhǎng)，接頭張開也就更大、相應(yīng)而言接頭剛度下降則會(huì)更快，在120min時(shí)認(rèn)為接頭剛度為0。
　　(4)建立管片接頭熱力耦合有限元模型，對(duì)不同工況下進(jìn)行通數(shù)值模擬。通過(guò)有限元數(shù)值計(jì)算與接頭試驗(yàn)對(duì)比，得出有限元分析可靠，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)工況基本一致。

4、
　　(5)提出火災(zāi)后接頭損傷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)建立隧道防火相關(guān)規(guī)范提供參考。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分為四個(gè)等級(jí):Ⅱa級(jí)—輕微損傷、Ⅱb級(jí)—輕度損傷、Ⅲ級(jí)—中度損傷、Ⅳ級(jí)—破壞。
　　(6)得到橡膠條耐水壓與溫度和張開量關(guān)系，提出火災(zāi)下接頭防水評(píng)價(jià)。結(jié)合設(shè)計(jì)要求耐水壓值，得到防水失效時(shí)間。當(dāng)橡膠條張開量達(dá)到8mm或者橡膠條溫度達(dá)到200℃，認(rèn)為橡膠條耐水壓值為0。
　　(7)提出施加二次襯砌的盾構(gòu)隧道防火保護(hù)措施。通過(guò)接頭試驗(yàn)和高溫下