长大隧道沥青混凝土路面的防火安全性能

　　摘　要：通过热重分析得到SBS 沥青和阻燃沥青，以及相应胶浆的着火点为417～433 ℃，燃烧速率为3. 3 ×10-5～9.482×10 - 5kg/（m².s）.进行风速为0～3m/s 通风条件下隧道沥青路面1/ 20 比尺模型燃烧试验和沥青试件的直接燃烧试验，测得在通常火灾规模下沥青路面燃烧深度不超过4 cm.采用考虑湍流效应和辐射传热的扩散燃烧模型对不同规模火源和通风条件下的长大隧道火灾过程进行数值模拟，计算表明，低于10 MW的隧道火灾基本不会引起沥青路面燃烧；对于20 、50 MW规模的隧道火灾，只要分别保持高于2 和4m/ s的通风，沥青路面基本不被引燃；沥青路面燃烧对隧道火灾的影响有限，其热释放率一般不超过火灾规模的2. 3 %. 在以上研究的基础上，提出了隧道沥青路面防火结构层组合技术建议和防火对策。

　　关键词：隧道火灾；沥青路面；防火；模型试验；数值模拟；热重分析。

　　为提高行车安全，公路隧道往往采用沥青路面。由于沥青具有可燃性，人们对隧道沥青路面在火灾中的安全性一直存在争议，迄今为止国内外对此仍缺乏深入研究。本研究以浙江台缙高速公路长7. 6km 的苍岭隧道为研究对象，针对公路长隧道沥青路面的防火安全问题展开理论和试验研究，分析和评价了公路长隧道沥青路面的交通安全技术性能。

　　研究的主要内容：

　　（1）采用热分析技术进行沥青及其胶浆的燃烧热重试验，建立起沥青及其胶浆的燃烧特性曲线，分析得到SBS 沥青及其胶浆、阻燃沥青及其胶浆的着火点分别为433 、432 、417 、424℃，燃烧速率分别为9. 482 ×10 - 5 、3. 3 ×10 - 5 、6. 64 ×10 - 5 、3. 38 ×10 - 5 kg/ （m².s） ；

　　（2）建立了一套模拟隧道火灾环境下包括沥青、沥青胶浆、沥青混合料、沥青路面的室内直接燃烧试验和评价方法，通过直接燃烧试验评价沥青在火灾中燃烧的难易程度，并测得在通常火灾规模下沥青路面燃烧深度不超过4 cm ；

　　（3）进行了在风速为0～3m/s通风条件下的隧道沥青路面1/ 20比尺模型的燃烧试验，并研制开发了相应的集成化试验图像、数据自动采集系统，得到不同通风条件下隧道火灾过程沥青路面温度场分布和变化规律；

　　（4）利用扩散燃烧模型、k2ε模型和P21 模型分别对燃烧、湍流流动和辐射传热过程加以描述，建立起了非绝热的隧道火灾三维数学模型，通过对不同火灾规模、通风条件下隧道火灾的模拟分析得到：低于10 MW 的隧道火灾基本不会引起沥青路面燃烧，对于20 、50MW 规模的隧道火灾，保持2 、4 m/s 的通风就基本能确保沥青路面不被引燃，沥青路面燃烧产生的释热率影响不到隧道火灾规模的2.3%；

　　（5）在上述研究基础上，对公路长隧道沥青路面防灾安全性进行综合评价，并提出沥青路面防火结构层组合技术建议和减灾对策。

　　研究成果具有创新点：

　　（1）首次系统研究公路长隧道沥青路面火灾过程的安全性，揭示了长隧道沥青路面火灾过程机理；

　　（2）结合计算流体动力学和热重分析技术评价了沥青路面燃烧对隧道火灾规模的影响；

　　（3）从化学动力学和热力学角度出发，结合统计力学和概率论原理，利用网络并行运算平台技术，建立起隧道沥青路面火灾过程的数值模拟分析方法。

　　该研究于2004年6月开始，2007年3月通过浙江省交通厅组织的专家鉴定，成果达到国际领先水平。该研究填补了国内外公路长隧道沥青路面的防火安全性领域的空白，为我国公路长隧道沥青路面的安全使用提供重要依据和具体技术措施。