長大隧道瀝青混凝土路面的防火安全性能
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摘 要: 通過熱重分析得到SBS 瀝青和阻燃瀝青，以及相應膠漿的著火點為417～433 ℃，燃燒速率為3. 3 ×10 - 5～9. 482 ×10 - 5 kg/ (m2 ·s) 。進行風速為0～3 m/ s 通風條件下隧道瀝青路面1/ 20 比尺模型燃燒試驗和瀝青試件的直接燃燒試驗，測得在通常火災規模下瀝青路面燃燒深度不超過4 cm。采用考慮湍流效應和輻射傳熱的擴散燃燒模型對不同規模火源和通風條件下的長大隧道火災過程進行數值模擬，計算表明，低于10 MW的隧道火災基本不會引起瀝青路面燃燒；對于20 、50 MW規模的隧道火災，只要分別保持高于2 和4 m/ s 的通風,瀝青路面基本不被引燃；瀝青路面燃燒對隧道火災的影響有限，其熱釋放率一般不超過火災規模的2. 3 %。 在以上研究的基礎上,提出了隧道瀝青路面防火結構層組合技術建議和防火對策。
關鍵詞: 隧道火災；瀝青路面；防火；模型試驗；數值模擬；熱重分析。 為提高行車安全,公路隧道往往采用瀝青路面.由于瀝青具有可燃性,人們對隧道瀝青路面在火災中的安全性一直存在爭議,迄今為止國內外對此仍缺乏深入研究. 本研究以浙江臺縉高速公路長7. 6km 的蒼嶺隧道為研究對象,針對公路長隧道瀝青路面的防火安全問題展開理論和試驗研究,分析和評價了公路長隧道瀝青路面的交通安全技術性能。
研究的主要內容: (1) 采用熱分析技術進行瀝青及其膠漿的燃燒熱重試驗,建立起瀝青及其膠漿的燃燒特性曲線,分析得到SBS 瀝青及其膠漿、阻燃瀝青及其膠漿的著火點分別為433 、432 、417 、424℃,燃燒速率分別為9. 482 ×10 - 5 、3. 3 ×10 - 5 、6. 64 ×10 - 5 、3. 38 ×10 - 5 kg/ (m2 ·s) ; (2) 建立了一套模擬隧道火災環境下包括瀝青、瀝青膠漿、瀝青混合料、瀝青路面的室內直接燃燒試驗和評價方法,通過直接燃燒試驗評價瀝青在火災中燃燒的難易程度，并測得在通常火災規模下瀝青路面燃燒深度不超過4 cm ； (3) 進行了在風速為0～3 m/ s 通風條件下的隧道瀝青路面1/ 20 比尺模型的燃燒試驗,并研制開發了相應的集成化試驗圖像、數據自動采集系統,得到不同通風條件下隧道火災過程瀝青路面溫度場分布和變化規律； (4) 利用擴散燃燒模型、k2ε模型和P21 模型分別對燃燒、湍流流動和輻射傳熱過程加以描述,建立起了非絕熱的隧道火災三維數學模型,通過對不同火災規模、通風條件下隧道火災的模擬分析得到:低于10 MW 的隧道火災基本不會引起瀝青路面燃燒,對于20 、50 MW 規模的隧道火 災,保持2 、4 m/ s 的通風就基本能確保瀝青路面不被引燃,瀝青路面燃燒產生的釋熱率影響不到隧道火災規模的2. 3 %；
(5) 在上述研究基礎上,對公路長隧道瀝青路面防災安全性進行綜合評價,并提出瀝青路面防火結構層組合技術建議和減災對策。 研究成果具有創新點: (1) 首次系統研究公路長隧道瀝青路面火災過程的安全性,揭示了長隧道瀝青路面火災過程機理； (2) 結合計算流體動力學和熱重分析技術評價了瀝青路面燃燒對隧道火災規模的影響； (3) 從化學動力學和熱力學角度出發,結合統計力學和概率論原理,利用網絡并行運算平臺技術，建立起隧道瀝青路面火災過程的數值模擬分析方法。 該研究于2004 年6 月開始,2007 年3 月通過浙江省交通廳組織的專家鑒定，成果達到國際領先水平。 該研究填補了國內外公路長隧道瀝青路面的防火安全性領域的空白,為我國公路長隧道瀝青路面的安全使用提供重要依據和具體技術措施。 |
| 原作者： 黃志義 吳珂 |
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