[发明专利]火灾后沥青路面剩余使用性能评估及确定修复方案的方法

说明书

技术领域

本发明是一种隧道火灾后沥青路面剩余使用性能快速评估及确定修复方案的新方法，属于隧道火灾后结构物性能评估和灾后重建技术领域。

背景技术

隧道通常位于高速公路网的重要位置，不仅承担着一般高速公路的交通运输作用，而且对路网交通具有控制性作用。随着公路隧道向长大化方向发展，交通量的增加，车速提高，使得隧道火灾事故的危险性呈上升趋势，隧道面临着严峻的安全问题。隧道是管状半封闭狭长空间，受洞体遮蔽影响，洞内外能见度差别较大，在隧道出入口出现黑白洞效应和洞内的墙效应，使隧道成为交通事故多发段，从而引起隧道火灾，公路隧道火灾事故在国内外都时有发生。隧道火灾不仅严重阻碍交通、损坏隧道设施，还造成大量人员伤亡。由国内外公路隧道的运行经验可知，较长的隧道很少发生火灾，一般约为107车·公里隧道发生一次火灾。

公路隧道发生火灾的原因是多方面的，交通事故导致车辆相撞、线路老化或短路引起车辆自燃、车载货物燃烧、隧道电器设施起火等都是导致隧道火灾的直接原因。其中，由于路面抗滑不足导致交通事故是引起隧道火灾的重要原因之一。沥青路面由于其较大构造深度，与轮胎良好的附着性，表现出优良的抗滑性。随着人们对沥青路面认识的提高和阻燃技术的进步，沥青路面因其抗滑性能好、行车舒适、噪音小、施工期短、维修养护方便等优点越来越受到重视，为更多长大隧道路面所采用。

但是，隧道火灾下沥青路面中的沥青具有易燃、助燃的作用，随着温度升高，沥青首先熔融、滴落、流淌，接着是熔珠燃烧、再由燃烧的熔珠洒落、流淌，造成火势蔓延扩大，酿成更大的火灾。沥青的燃烧是一个放热、分解的物理化学过程，燃烧中释放出氢、甲烷、苯、烷烃类等易燃成分，这些成分的燃烧又进一步加快了沥青的热分解。如果大面积的沥青路面燃烧起来，热量聚集，温度急剧上升，可能较早出现轰燃，发生剧烈的光和热的化学反应，导致隧道沥青路面结构松散，从而失去承载力、抗滑等原有功能。因此，对隧道火灾后沥青路面使用性能进行准确评价并确定合理修复方案日益受到重视。

目前，隧道火灾主要通过试验和计算流体动力学数值模拟来研究火灾下隧道内通风、温度场与烟气流场分布规律、火灾控制与救援、灾后评价等方面。因为隧道火灾燃烧机理的复杂性和不可再现性，国内外对隧道火灾的研究主要采用试验模拟和数值模拟两种方法。但是，隧道火灾模拟试验费用高，试验周期长，测试手段受到高温环境的影响，难以取得较好的相似条件等原因，使得试验研究工作受到限制，所得试验数据没有普适性，缩小比例的模型试验只可作定性分析，很难作定量研究。随着计算机技术及计算数学的快速发展，越来越多的人开始致力于火灾过程的数值模拟研究，该方法具有再现性好、费用低、周期短、信息完整等特点。因此，国内外在隧道火灾数值模拟方面，取得一些有益的积极研究成果。

同时，隧道火灾过程温度迅速升高，形成高温热流，这些热量通过对流、辐射传递到路面结构表面，一方面使沥青路面经受高温环境的炙烤作用，另一方面通过热传导方式，向路面结构内部传递，使路面结构内温度升高，导致路面材料物理力学性能劣化，对路面结构产生不同程度的损坏，而路面材料性能的劣化程度及范围则取决于路面不同深度处所达到的最高温度。因此，分析由于火源辐射、对流的热量对路面结构内部温度场分布，有利于正确评价火灾后沥青路面的各项使用性能，为制定隧道沥青路面修复方案提供科学依据。

然而，国内外隧道火灾研究的对象主要集中在隧道洞体水泥混凝土衬砌在火灾环境下的温度场分布、洞内流场变化规律、隧道通风等方面，没有把隧道路面温度场纳入隧道火灾安全研究领域，缺乏针对隧道火灾过程的沥青路面结构温度场分布规律、灾后评价、修复方案等方面的研究。可见，隧道火灾后如何快速、准确评估火灾高温对隧道沥青路面结构的损伤，对制定隧道沥青路面重建方案、尽快恢复隧道使用功能、保证隧道交通的安全等方面具有实际的意义。

另外，沥青是感温性材料，由沥青和集料拌和制得的沥青混合料在高温环境中，其饱和分、芳香分等轻质组分挥发形成烟气，导致沥青材料严重老化，使沥青路面处于松散状态，失去沥青路面的使用性能。因此，现行《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》明确规定，不同类型的沥青混合料超过一定温度时应视作废弃材料处理。沥青路面常用的石油沥青标号为50^#、70^#、90^#、110^#以及聚合物改性沥青对应的沥青混合料废弃温度分别为200℃、195℃、190℃、185℃及195℃。