隧道防火措施綜述

隧道防火措施綜述

作為一個交通入口，隧道具有最短的距離、最小的占地面積、最小的自然環(huán)境和景觀破壞和最低值成本等特點。據(jù)統(tǒng)計,目前我國共有9500座隧道,累計長度5200km隨著城市軌道交通和一系列重大水利、能源建設項目的快速發(fā)展,我國的隧道還將以每年500km的速度增長。但由于隧道結構一般是由石塊和鋼筋混凝土壘砌而成,溫度升至600℃時,混凝土強度損失達50%以上,鋼材的屈服應力降到常溫下屈服力1/3以下。而隧道發(fā)生火災時,溫度一般在1000℃以上,隧道砌體難以承受如此高溫,嚴重部分容易崩塌,且隧道中火災的持續(xù)時間在90min以上時,混凝土會爆裂,產生大的塌陷,側壁也會失去穩(wěn)定。加上隧道環(huán)境相對密閉,人流密度大,一旦發(fā)生火災,疏散和撲救相當困難,容易造成重大人員傷亡和財產損失,如表1所示。鑒于隧道火災慘痛的教訓,隧道防火顯得十分重要?？偨Y相關資料,隧道防火措施主要包括安裝噴淋滅火系統(tǒng)、設置混凝土犧牲層、使用耐火纖維混凝土、粘貼隧道專用防火板、噴涂隧道專用防火涂料、噴射無機纖維防火護層材料。每種方法各有利弊。1.4.3防火器及設備防護系統(tǒng)噴淋滅火系統(tǒng)分為消火栓系統(tǒng)、水成膜泡沫滅火系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)及泡沫-水噴淋系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以有效控制初期火勢,冷卻熱氣流,降低煙霧濃度及熱空氣溫度,對隧道結構及各種設備的防護起到一定的效果。但該系統(tǒng)主要安裝在隧道上部,對車輛下部和車廂或車輛發(fā)動機部分起不到滅火效果,且造價和維護費較高,其推廣使用仍存在爭議。2高溫下的火災混凝土犧牲層防火原理是假定用附加的混凝土作為防火犧牲層,以維持隧道結構的整體性,從而阻止其在火災中倒塌。但該措施犧牲層厚度較大,而耐火極限增加有限,其厚度至少在50mm以上,耐火極限才可達2.0h。且在火災過程中,高溫造成大量的混凝土剝落、爆裂,會炸傷消防人員,同時造成安全疏散路線的阻塞。目前,該措施采用較少。3提高混凝土的退火性能耐火纖維混凝土是在普通混凝土摻加纖維材料,從而在基本維持原有強度的條件下改善混凝土的耐火性能。該措施具有縮短建造工期,減少開挖直徑,降低建造成本等優(yōu)點,但其耐火性能有限,所用纖維在燃燒后對人體和環(huán)境有一定的危害。4隧道防火材料隧道防火板主要由硅酸鈣類等輕質材料制備而成,自身熱導率低、隔熱性好、耐久性強,高溫脫去部分結晶水可減緩隧道升溫,提高耐火極限,其厚度在10~50mm,耐火極限可達1.0~4.0h。Baes等人以波特蘭水泥、耐堿纖維材料、云母、水石灰等材料研制了一種輕質隔熱板。該隔熱板能滿足材料對彎曲強度、不燃性等相關性能的要求。德國PROMAT公司研發(fā)的PROMATECTR-H隧道防火板材性能較好,近年來在歐洲隧道中使用比較廣泛。由于該措施材質輕,強度較低,耐水性較差,產品尺寸難以統(tǒng)一,且施工工程繁瑣,工程造價高,故應用范圍受到限制。5填料、阻燃劑和助劑隧道防火涂料是從20世紀90年代末才逐步研究和生產,主要由粘結劑、無機耐火填料、阻燃劑和助劑組成。其防火保護原理通過自身耐火不燃,在高溫下形成釉質膜封閉基材,隔絕空氣、阻隔火焰和熱量,從而達到防火阻燃的目的。目前國內隧道防火涂料主要分為兩大類:雙組分隧道防火涂料和單組分隧道防火涂料。5.1隧道防火涂料雙組分隧道防火涂料具有粘結性好、耐火性能優(yōu)異等性能,自研發(fā)以來得到了廣泛的應用。戴李宗等人研制的隧道防火涂料,涂層厚度為10mm時,耐火極限為180min。毛朝君等人研制了一種分裝式環(huán)保型隧道防火涂料。該涂料耐水性能可達20d,粘結性可達0.4MPa,環(huán)保性可達AQ-1,耐火極限按ISO834曲線升溫,涂層厚度為13mm時,耐火極限達3.5h;按碳氫曲線升溫,涂層厚度為20mm時,耐火極限達3h。方興中以582樹脂、乙丙乳液、AEC膨脹水泥、耐火水泥為粘結劑,研制了一種耐火極限高、環(huán)保的隧道防火涂料。該涂料煙氣毒性可達AQ-1級;涂層厚度12mm,耐火極限≥3.0h。北京茂源防火材料廠研制生產的SH(JF-204)型隧道防火涂料,涂層厚度為21mm時,耐火極限可達3.0h。由于雙組分隧道防火涂料存在施工、成本等方面的問題:在條件嚴酷的施工現(xiàn)場拌和,常會因為液料組分中的水分直接影響防火涂料的用水量,而對防火涂料成品的強度、粘結強度、柔性和耐火性能造成很大的影響。同時由于采用分裝式包裝,既造成了生產、包裝、運輸方面成本的增加,也給施工方面增加了一定的工序。因此,雙組分隧道防火涂料的使用受到了一定程度的限制。5.2隧道防火涂料而單組分體系既可以避免雙組分體系中存在的缺陷,又能降低成本,便于生產和施工,得到了較快發(fā)展。陳泓等人以水泥為粘結劑,膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、輕質碳酸鈣、高嶺土和瓷土為無機隔熱填料,制備了一種耐水時間長達144h的隧道防火涂料。其耐火性能按照企業(yè)標準Q/IAMA86-2004,涂層厚度為10mm時,耐火極限為120min。尹光福等人采用有機無機粘結劑結合研制了一種單體系復合型隧道防火涂料。按照檢測標準GA98-1995,涂層厚度10mm,耐火極限達210min。姚亞東等人研制了一種可膨脹石墨-膠粉體系薄層隧道防火涂料。該涂料粘結材料只有可再分散乳膠粉,極大地縮短了工時,養(yǎng)護時間只需24h,提高了施工效率;且涂層厚度僅1mm就可實現(xiàn)耐火極限40min以上。范宏等人研制了一種技術性能指標全面符合GA98-2005《混凝土結構防火涂料》標準的隧道防火涂料,涂層厚度為20mm時,耐火極限達2.5h。建湖蘇東化工有限公司生產的SJ型隧道防火涂料涂層厚度為22mm時,耐火極限可達2.5h;四川天府防火材料有限公司生產的106混凝土防火隔熱涂料按照GA98-1995《預應力混凝土樓板防火涂料通用技術條件》測試,涂層厚度為9.5mm時,耐火極限可達3.0h;其生產的106-2隧道防火涂料按照企業(yè)標準Q/20275560-4.1-2003《隧道防火涂料》測試,涂層厚度為13mm時,耐火極限可達3.5h。ChengXiaowei等研制了一種聚合物改性的隧道防火涂料。該涂料涂層厚度為10mm時,耐火極限可達2.5h;粘結強度可達0.9MPa。Anton.Octavian等人以高鋁水泥、波特蘭水泥為粘結劑,硬硅鈣石、蛭石、鈣硅石等為無機隔熱填料,添加一定量增強劑和其它助劑,研制了一種可用于混凝土及預應力混凝土結構,尤其是隧道的優(yōu)質防火材料。該材料在涂層厚度為15mm時,耐火測試120min背溫維持在380℃,優(yōu)于商業(yè)化產品FireBarrier135.RTM(測試120min背溫達380℃時,涂層厚度需38.5mm);當涂層厚度為25mm和30mm時,耐火性能更好,殘余水分僅為2.5%,是商業(yè)化產品FireBarrier135.RTM的3倍。相對雙組分隧道防火涂料,雖然單組分隧道防火涂料的制備和施工較為簡單,但其涂層表面較易出現(xiàn)細小裂紋,與基材的附著力也較差。雖然采用噴射隧道防火涂料這一措施存在增加開挖面積和工期、需要養(yǎng)護等問題,但其具有造價低、施工方便、防火效果好等優(yōu)點。綜合考慮性價比、施工方便性及我國目前經(jīng)濟發(fā)展水平等因素,隧道防火涂料還是存在較強的發(fā)展應用潛力。6纖維防火護層材料噴射無機纖維防火護層材料(簡稱為SFRM)是指噴射到基材上用以提供對基材進行防火保護的材料。它包括噴射纖維類材料和噴射水泥類材料。早在20世紀60年代,歐美就開始采用噴射無機纖維防火護層材料,如芝加哥的西爾斯大廈、摩根銀行大廈、歐洲議會大廈、法國財政部大樓等。CAFCO集團的無機纖維防火護層材料產品工程施工面積已達到5億m2。Fyfe等人以蛭石/石膏混合物為主要原料研制了一種可噴射的防火材料。該材料厚度為1英寸(約為25.4mm)時,耐火極限可達4h,涂層厚度比傳統(tǒng)防火涂料有明顯的降低。Murray等人以蛭石/可膨脹石墨混合物為主要原料研制了防火絕緣材料。其中蛭石/可膨脹石墨涂層干質量為10.5g/100in2,燃燒1h時,厚度中間最高溫度為682℉(即259℃)。近年來,公安部四川消防所在國內研制推出了噴射無機纖維防火護層材料。該材料與鋼、混凝土和木材有很好的附著力;耐久性好;涂層厚度為23mm時,耐火極限可達3.0h,且多年使用不影響其防火性能;其表面還可進行二次裝飾處理。雖然該產品具有無毒、耐久性和耐火性好等優(yōu)點,但其在評定和施工方面還存在一些問題:沒有相應的行業(yè)或國家標準,評定結果無法對比;施工設備不具有普遍性,需要使用專用噴射施工設備,工程造價高。因此,還處于推廣應用階段。7施工技術特點針對目前國內隧道防火措施存在的問題,為滿足社會需要,隧道防