■ 陈长伟

（福宁高速公路有限责任公司， 宁德 352000）

1 工程概况

福鼎-宁德高速公路福安连接线湾坞隧道位于福安市湾坞乡湾坞村，为上下行分离式四车道高速公路隧道。 隧道起讫桩号为BK1950+630～BK1952+260，全长1630 m。2019 年4 月1 日上午10：00， 在湾坞下行隧道BK1950+850 超车道内，运载蔬菜的货车与前方一辆运载石板材的货车发生刮擦事故，造成运载石板材车辆发生着火事故，起火直至灭火结束，持续时间近110 min。 火灾影响区域为BK1950+630～BK1951+420，影响区域长度790 m。

其 中BK1950+885 ～+915 和BK1951+258 ～+283.5 两个区域均为重度烧伤区，长度55.5 m，该两处均为Ⅳ级围岩。 根据设计文件，该区段初支采用C20 喷射素混凝土，厚度为12 cm；长度为2.5 m 的Φ22 砂浆锚杆；局部采用Φ8 钢筋网；二衬设计为素混凝土，设计强度为C25，厚度为40 cm。 竣工时隧道内铺设水泥混凝土路面，路面板厚度26 cm，其整平层采用10 cm 厚C10 混凝土。火灾发生前隧道路面已完成白改黑改造， 路面已铺设6 cm 厚沥青混凝土路面。

2 隧道结构损伤情况分析

图1 BK1950+897 衬砌烧损

图2 BK1951+264 路面烧损

湾坞下行隧道结构物火灾病害主要表现为二次衬砌层混凝土出现大面积熏黑、网裂、裂缝和沥青混凝土路面烧损等病害，详见图1～2。 检测发现，BK1951+420～BK1952+260 属未影响区，长度840 m。BK1950+630～+856、BK1950+922.5～BK1951+240.5、BK1951+299.5～+420 属轻度烧伤区，长度664.5 m，该区段仅混凝土表面、照明灯饰被熏黑，未见表层混凝土由火灾引起的剥落及网裂现象，混凝土颜色正 常。 BK1950+856 ～+885、BK1950+915 ～+922.5、BK1951+240.5 ～+258、BK1951+283.5 ～+299.5 属 中度烧伤区，长度70 m，该区段大部分混凝土和照明灯具被严重熏黑，未见表层混凝土剥落现象，但二衬混凝土出现部分裂缝情况， 用硬毛刷刷除附着物后，混凝土偏白。BK1950+885～+915、BK1951+258～+283.5 属于重度烧伤区，长度55.5 m，该区段二衬表层混凝土大面积网裂， 路面出现破损 （烧损）。 混凝土颜色被熏黑，锤击声音响亮。

隧道重度烧伤区病害情况见表1。 裂缝最长达6 m，最大宽度为0.5 mm，衬砌结构多处出现网裂。

通过回弹法检测二衬混凝土强度，BK1950+910 烧伤区中混凝土强度最小值出现在桩号BK1950+886.5～+898.5 重度烧伤区内， 实测值为15.0 MPa；BK1951+264 烧伤区， 混凝土强度最小值出现在桩号BK1951+258～+264 重度烧伤区内，实测值为12.1 MPa，均小于设计强度C25。

表1 湾坞下行隧道重度烧伤区病害统计表

现场利用超声波法检测混凝土内部缺陷，选取火场中心区域BK1950+885～+915、BK1951+258～+283.5 两段范围内，分别在拱顶、拱腰、边墙各测试声速值。 推断出BK1950+885～+915 区域损伤层厚度最大值在拱顶BK1950+905 处，损伤层厚度值为33.1 mm；BK1951+258～+283.5 损伤层厚度最大值在拱顶BK1951+265 处，损伤层厚度值为33.8 mm。

将本次重、 中度烧伤区衬砌火灾受损病害与2018 年8 月同一段落定期检查结果进行对比，发现上述段落衬砌病害在火灾受损后发展迅速，基本可断定重、中度烧伤区衬砌出现的网裂、混凝土剥落、裂缝等病害由本次火灾造成。 衬砌重、中度烧伤区应立即进行加固处理[1]。

3 重度烧伤区衬砌结构高温后变形分析

采用MIDAS 有限元软件计算分析湾坞隧道下行洞重度烧伤区在起火时、灭火时、灭火后不同时刻的衬砌结构内部最大主应变的分布情况，结果如图3～7 所示。 计算中采用的火灾曲线， 设定0～1 h为升温阶段，1～2 h 为恒温阶段，2～6h 为降温阶段，6～24 h 为自然冷却阶段[2]。分析得出，当衬砌温度升高后，结构内应变发生较大变化，尤其是拱顶、拱脚及拱腰等处，应变变化较大（图4）。灭火时二衬应变达到最大值，灭火后随着时间的延续，衬砌温度降低，变形逐步恢复，应变逐步减少。 灭火后24 h，最大应变值仅略高于起火时，最大应变的分布特征与其接近（图3、7）。

图3 起火时二衬内最大应变分布云图

图4 灭火时二衬内最大应变分布云图

图5 起火4 h 二衬最大应变分布云图

图6 起火12 h 二衬内最大应变分布云图

图7 起火24 h 二衬内最大应变分布云图

图8 所示为隧道衬砌竖向拱顶位移随时间的变化。 在升温初始阶段（0～1 h 为升温阶段，其中0～0.5 h 为升温初始阶段），隧道拱顶衬砌结构下沉（向坐标轴负方向）。 当升温半小时后，随着温度向衬砌结构内部传播和升高，衬砌混凝土受热膨胀，膨胀产生的变形增大且占主导地位，表现为拱顶衬砌结构正向（向坐标轴正方向）变形，当温度开始降低时（2～6 h 为降温阶段）， 由固相变形和孔隙气体膨胀导致的变形随隧道温度降低而减小， 最终基本消失，而由升温引起的混凝土化学反应产生的巨大膨胀变形不可恢复，与混凝土力学性能劣化产生的沉降叠加，表现为拱顶下沉。 混凝土自然冷却后，其力学性能得到部分恢复，拱顶沉降略有减小。

图8 着火后隧道二衬拱顶竖向位移变化曲线

火灾高温中，隧道衬砌结构内部温度分布不均匀，截面各位置受热膨胀不均匀；同时高温环境下钢筋混凝土力学性能劣化、弹性模量降低，共同导致衬砌结构发生显著变形。 由图8 可知，火灾过程中隧道二衬拱顶竖向位移最大增加了1.29 mm，起火后24 h 隧道二衬拱顶竖向位移增加了0.36 mm。

4 中-重度烧伤区加固方案

4.1 路面破损修复

通过对现场调查发现，隧道重度烧伤区出现路面破损，局部出现结构松散。 考虑到实际汽车燃烧对影响区路面也有损伤， 且为了保证路面施工质量，路面破损修复的区域范围分别以路面破损中心区域BK1950+910、BK1951+264 为中心前后各增加25 m， 即为BK1950+885～+935 及BK1951+239～+289，路面修复长度为100 m。

对破损的道路结构层铣刨后，重新铺筑沥青混凝土。 由于路面经历了白改黑工程，铣刨的道路结构层厚度包含6 cm 厚沥青混凝土面层及水泥混凝土路面层， 水泥混凝土路面层应铣刨至新鲜混凝土，水泥混凝土路面层铣刨厚度按4 cm 计。

4.2 衬砌混凝土剥落、裂缝处治

对于衬砌混凝土剥落、网状裂缝分布区域先进行混凝土表面清理。 现场病害调查可知，BK1950+910 烧伤区及BK1951+264 烧伤区隧道衬砌混凝土损伤层厚度最大值出现在拱顶处， 最大损伤层厚度值为33.8 mm，属于浅表面的病害。 对浅表面的剥落、网裂混凝土病害，处治设计采用环氧砂浆修补[3]。 混凝土剥落、网裂病害修复后，用经颜色调配的腻子胶修补表面以修饰修补痕迹。

修补过程中应凿除碳化、松散混凝土至新鲜混凝土表面[4]，凿除及环氧砂浆修补按平均厚度3 cm计算。

裂缝处理参照《公路桥梁加固设计规范》（JGJ/T J22-2008）的规定，即对于宽度小于0.15 mm 的裂缝采用表面封闭法修补，涂刷专用环氧树脂胶进行封闭；宽度大于等于0.15 mm 的裂缝采用压力注浆法修补。

湾坞隧道下行洞烧损加固后运营至今已有1年半，整座隧道拱部和边墙没有出现渗漏水，加固结构稳定，由此说明上述加固方案是合理的。

5 结论

（1）2019 年4 月湾坞隧道下行洞因交通事故起火， 火灾历时近110 min， 导致BK1950+885～+915和BK1951+258～+283.5 两个区域遭受重度烧伤。

（2）灾后单条裂缝最长达6 m，最大宽度0.5 mm。混凝土最低强度为12.1 MPa，损伤层厚度最大为33.8 mm。 有限元计算结果显示火灾过程中隧道二衬拱顶竖向位移最大增加了1.29 mm， 起火后24h 拱顶位移增加了0.36 mm。

（3）为确保隧道安全使用，对BK1950+885～+935及BK1951+239～+289 段道路结构层铣刨后， 重新铺筑沥青混凝土；对衬砌浅表面的剥落、网裂混凝土病害采用环氧砂浆修补；对衬砌裂缝根据宽度分别采用表面封闭或压力注浆修补。