隧道衬砌遭遇火灾时之分析案探讨教材.pdfVIP

第五屆海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會 2006 年 3月 台北 隧道襯砌遭遇火災時之分析案例探討 陳正勳 黃文泓 陳卓然 陳福勝 中華顧問工程司 摘要 近年來國際上通車之隧道長度與其交通量均與日俱增，隨之衍生之隧道事故 率亦日漸升高，歐盟近年即發生多起重大公路隧道事故，2005年6月 4日於法義邊 界之夫雷敘 (Frejus)公路隧道即又發生重大火災災害，皆造成人員財產之重大損 傷，事故後之維修補強或管制封閉，對社會經濟亦造成重大損失，是以長隧道消 防救災之課題日漸受到重視，其中隧道襯砌常於遭遇火災時坍落及影響結構安 全，亦為值得深入探討之課題，尤其是淺覆蓋隧道上方存在行車之鐵公路或建築 物時。 本文首先針對上方有既有公路之淺覆蓋隧道，於研選火災規模與溫度時間曲- 線之情況下，經由考量襯砌熱傳導及溫度梯度分佈之數值分析，探討該隧道襯砌 混凝土及鋼筋等應力之隨時間變化關係，並探討襯砌勁度與結構承載力依溫升及 時間而遞減情況，以作為隧道相關消防救災策略之參考。研究結果顯示，於本研 究假設情況下，且採用添加聚丙烯纖維的混凝土時，隧道襯砌外側鋼筋量需要增 加，方能在火災意外中，提供足夠的承載力。另外，火災發生 120分鐘後，隧道 內襯砌內側溫度約達到 500度，在此溫度狀況下，鋼筋強度的 70％仍能發揮。 關鍵字：隧道襯砌、火災。 一、前言 自從歐盟白朗峰 (Mont-Blanc) 、陶恩(Tauern)及聖哥大 (St. Gotthart)等隧道發 生火災事故，造成嚴重的傷亡，歐盟各國開始注重隧道防火與安全相關議題。現 今各地區聯絡往來之交通需求與日遽增，隧道防火安全的重要性隨之增加，考量 修復困難、花費資源及相關運輸路網中斷的損失等，如能預先在該路段施作隧道 襯砌防火與防災措施，則可減少隧道受火災之衝擊，因此歐盟的鐵路與公路隧道 相關設計規範，除安全概念要求，近年來也開始要求納入設計考量中。 以人員逃生、救災等應變行為與火災規模之關係示意如圖一，以公路隧道內 封閉空間之特性，火災多在10分鐘以內即可能於事故地點產生大量濃煙，而對人 命安全產生危害；相對而言，由外部救援包括隧道偵測發現火災 →消防救災單位 動員駛抵事故隧道，所需時間常在半小時以上。在此情況下，隧道內火災事故初 期之人員逃生無法仰賴外部救援，而需以隧道內部相關安全設施提供用路人自救 A26 - 1 陳正勳等人 隧道襯砌遭遇火災時之分析案例探討 為主要逃生方式，相關課題正由台灣相關單位研討對策(陳福勝等人， 2005年) 。 當隧道為淺覆蓋段及上方有人車行駛之公路或建築物時，隧道內襯砌受火災破 壞，是否致使周圍地盤崩落，併使上方之公路或建築物發生危險之風險，以及內 襯砌遭遇火災時之結構設計考量，亦為重要課題之一。 本研究即探討覆蓋僅約10公尺之隧道及上方存在既有公路情況下，於評估選用之 火災規模與溫度、時間曲線情況下，襯砌軸力與彎矩變化情況，以探討其合適襯 砌結構設計。研究採用之火災規模，為假設在短時間內隧道襯砌最大達到攝氏 1,200度的高溫，及模擬一載滿可燃物品貨車在隧道中發生事故燃燒的情形，在 此情形下之熱釋放率至少可達到130MW以上，隧道仰拱則因受到路面材料的保 護，而可避免受到高溫影響。此攝氏 1,200度之高溫將持續 120分鐘，以模擬發生 火災後，消防隊或其他消防設施進入火災現場施救前，結構物暴露高溫狀況，其 溫度與時間關係如圖二所示。 100MW 50MW 30MW 熱釋放率(H