公路隧道射流風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)技術(shù)研究

王志杰，吳根強(qiáng)，何晟亞，許瑞寧，胡磊

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610031)

公路隧道射流風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)技術(shù)研究

王志杰，吳根強(qiáng)，何晟亞，許瑞寧，胡磊

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610031)

隧道風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)是在風(fēng)機(jī)安裝前必不可少的步驟，而現(xiàn)在對(duì)隧道風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)并沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，而且對(duì)荷載試驗(yàn)的研究也較少。本文根據(jù)作者多年的公路隧道射流風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)不同的風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)方法進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了一種安全可靠的試驗(yàn)方法。同時(shí)分析了風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的破壞形式和破壞機(jī)理，并針對(duì)風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋鋼板破壞提出了一種可行的加固措施。

公路隧道 射流風(fēng)機(jī) 支承結(jié)構(gòu) 荷載試驗(yàn) 破壞形式 加固措施

隨著大量的公路隧道建設(shè)，運(yùn)營(yíng)安全問(wèn)題越來(lái)越受到重視［1］。隧道的火災(zāi)救援一直是個(gè)難題，而隧道中的風(fēng)機(jī)是火災(zāi)救援中的關(guān)鍵，因此風(fēng)機(jī)的安裝是隧道建設(shè)中的生命工程，風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)必須達(dá)到規(guī)范的要求［2－6］。目前對(duì)射流風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)研究主要有:李秀芳、王勇在公路隧道風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)承載力檢測(cè)技術(shù)研究中提出了一種適用于風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)(U型槽)的檢測(cè)方法［7］;王國(guó)強(qiáng)、楊厚明在青島膠州灣海底隧道射流風(fēng)機(jī)拉拔試驗(yàn)方法中針對(duì)膠州灣海底隧道介紹了一種檢測(cè)風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)(框架型)抗拉強(qiáng)度的工程實(shí)用方法［8］;高雙飛等在青島膠州灣海底隧道射流風(fēng)機(jī)預(yù)埋鋼板拉拔試驗(yàn)方法中介紹了一種檢測(cè)隧道射流風(fēng)機(jī)預(yù)埋鋼板抗拉強(qiáng)度的工程實(shí)用方法［9］;梅華等在龍慶高速風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)抗拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)分析中提出了一種適用于風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)(U型板)的檢測(cè)方法［10］等。到現(xiàn)在為止還沒(méi)有人對(duì)不同風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方法進(jìn)行歸納總結(jié)，對(duì)比不同風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，確定出最優(yōu)的支承結(jié)構(gòu)。對(duì)風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的破壞形式和破壞機(jī)理研究較少，特別是沒(méi)有對(duì)風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋鋼板破壞提出一種可行的加固措施。本文根據(jù)筆者多年的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)將對(duì)上述問(wèn)題一一進(jìn)行解決。

1 檢測(cè)方案

1.1 檢測(cè)依據(jù)

根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］中的規(guī)定:射流風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置于建筑限界以外15～20 cm處，風(fēng)機(jī)軸線與隧道軸線平行。設(shè)置方法宜采用固定式或懸吊式，支承風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)保證在實(shí)際靜荷載的15倍以上，風(fēng)機(jī)安裝前應(yīng)做支承結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)。

1.2 檢測(cè)方法

為了便于試驗(yàn)，試驗(yàn)前用鋼板制做一規(guī)格、尺寸等均滿足要求的測(cè)試架。試驗(yàn)時(shí)，按要求安裝好測(cè)試架、油壓千斤頂?shù)?。一切?zhǔn)備就緒后即可開(kāi)始檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中分3次加載，加載總時(shí)間為12 min。第1次加載到5倍風(fēng)機(jī)重，緩慢加載，加載時(shí)間為1 min;第2次加載到10倍風(fēng)機(jī)重，停止加載并維持荷載值1 min;第3次加載到15倍風(fēng)機(jī)重，停止加載并維持荷載值10 min。由于液壓表有回落現(xiàn)象，要不斷觀察液壓表讀數(shù)并通過(guò)操作臥式手動(dòng)泵加壓使數(shù)值保持穩(wěn)定。卸載時(shí)應(yīng)持續(xù)均勻回油卸荷，避免損壞儀器，卸載時(shí)間約為2 min。加載過(guò)程中觀察預(yù)埋件和各焊接部位受力情況，觀察壓力表，如果遇到異常情況立即打開(kāi)手動(dòng)泵回油閥，使千斤頂活塞復(fù)位，終止測(cè)試過(guò)程。

試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)結(jié)束后，風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)焊縫完好、無(wú)缺陷，預(yù)埋鋼板無(wú)變形、無(wú)脫落，周邊混凝土襯砌未出現(xiàn)明顯裂縫則為合格。

2 不同的風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)方案對(duì)比

方案A為針對(duì)傳統(tǒng)U型槽風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方案，見(jiàn)圖1(a)。方案B為針對(duì)U型板風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方案，見(jiàn)圖1(b)。方案C為針對(duì)框架型風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方案，如圖1(c)所示。

針對(duì)上述3種方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，選出最優(yōu)化的方案。3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)列于表1中。

圖1 檢測(cè)示意

表1 各方案的優(yōu)缺點(diǎn)

單從對(duì)風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的影響程度選擇，方案A是最優(yōu)選擇，幾乎對(duì)風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何影響。但由于檢測(cè)步驟繁瑣，占用較長(zhǎng)時(shí)間且較不安全，從總體考慮不宜選擇方案A。而方案C雖然對(duì)風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)有輕微的影響，但是操作方便、試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、較安全，因此方案C才是最優(yōu)選擇。

3 破壞形式及機(jī)理

3.1 破壞形式

風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)過(guò)程中，凡出現(xiàn)下列情況之一均視為不合格，風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)已經(jīng)產(chǎn)生破壞:①預(yù)埋鋼板周邊混凝土出現(xiàn)裂縫、掉塊;②預(yù)埋鋼板變形、破壞、松動(dòng)、脫落;③加載后，風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)位移量持續(xù)增加，且荷載不能維持穩(wěn)定［4］;④風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)焊接件開(kāi)焊、變形、破壞、脫落。

其中最常出現(xiàn)的破壞形式是預(yù)埋鋼板發(fā)生變形、松動(dòng)和脫落，破壞過(guò)程中混凝土往往出現(xiàn)裂縫和掉塊現(xiàn)象。由于支承結(jié)構(gòu)采用滿焊，連接牢固，所以支承結(jié)構(gòu)一般不會(huì)產(chǎn)生破壞。

3.2 破壞機(jī)理

造成射流風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)載荷達(dá)不到規(guī)范要求的因素主要有以下幾點(diǎn)［11］:①拱部混凝土灌注不密實(shí)，預(yù)埋件與混凝土粘結(jié)力損失;②拱部二襯與初支脫空，甚至出現(xiàn)空洞，千斤頂放置于加工制作的測(cè)試架與隧道頂混凝土之間時(shí)，加載后造成隧道頂混凝土破裂，從而無(wú)法加載至規(guī)范要求荷載;③隧道風(fēng)機(jī)預(yù)埋鋼板與預(yù)埋鋼拱架未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行連接，未與預(yù)埋鋼拱架形成整體，鋼板和鋼筋焊接時(shí)焊接質(zhì)量不過(guò)關(guān)，預(yù)埋鋼板后連接鋼筋偷工減料未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的數(shù)量;④風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量不過(guò)關(guān)，未滿足設(shè)計(jì)要求。

隧道風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)過(guò)程中，造成檢測(cè)不合格的因素往往是預(yù)埋鋼板施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)。由于預(yù)埋鋼板在前期土建施工時(shí)進(jìn)行安裝，與后期隧道機(jī)電施工銜接不夠緊密，造成土建施工時(shí)忽視預(yù)埋鋼板的重要性，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，最終導(dǎo)致承載力不足［7］。

4 加固措施

由于在公路隧道射流風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)中，破壞的往往是預(yù)埋鋼板，所以本文只針對(duì)預(yù)埋鋼板破壞提出了一種加固措施。由前文可知，預(yù)埋鋼板破壞的主要形式有變形、松動(dòng)和脫落，它們都可以通過(guò)一種加固措施進(jìn)行加固。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》［12］采用化學(xué)螺栓進(jìn)行加固。

化學(xué)螺栓的工作原理是通過(guò)合成樹(shù)脂砂漿粘合錨桿和孔壁，使錨桿、錨固基礎(chǔ)與被錨固對(duì)象形成一個(gè)整體，從而達(dá)到固定構(gòu)件或提高構(gòu)件承載力的效果［13］。

加固措施中有兩種具體做法:①直接對(duì)預(yù)埋鋼板進(jìn)行鉆孔，化學(xué)螺栓直接扣在預(yù)埋鋼板上，如圖2(a);②在預(yù)埋鋼板四周進(jìn)行鉆孔，通過(guò)與小鋼板的聯(lián)合使用達(dá)到固定預(yù)埋鋼板的效果，在化學(xué)螺栓安裝完成后，要對(duì)小鋼板與預(yù)埋鋼板重疊處進(jìn)行焊接處理。根據(jù)不同的情況又分為圖2(b)所示的分塊鋼板加固和圖2(c)所示的整體鋼板加固，其中分塊鋼板加固適用于任何情況，整體鋼板加固只使用于預(yù)埋鋼板與隧道襯砌齊平且風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)采用U型槽的情況。當(dāng)出現(xiàn)整個(gè)預(yù)埋鋼板脫落或預(yù)埋鋼板未預(yù)埋的情況，可采用圖2(d)的加固形式。

圖2 加固形式

由于后期對(duì)預(yù)埋鋼板進(jìn)行鉆孔處理較困難，且分塊鋼板加固適應(yīng)性強(qiáng)，所以推薦采用分塊鋼板和化學(xué)螺栓聯(lián)合使用的辦法。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從不同風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方法、風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)的破壞形式及機(jī)理、預(yù)埋鋼板的加固措施三個(gè)方面對(duì)公路隧道射流風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論:

1)通過(guò)對(duì)三種檢測(cè)方案進(jìn)行對(duì)比分析，得出采用框架型風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)是最優(yōu)方案。

2)在不同的破壞形式中最常出現(xiàn)的破壞形式是預(yù)埋鋼板發(fā)生變形、松動(dòng)和脫落。其破壞機(jī)理是隧道風(fēng)機(jī)預(yù)埋鋼板與預(yù)埋鋼拱架未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行連接，未與預(yù)埋鋼拱架形成整體，鋼板和鋼筋焊接時(shí)焊接質(zhì)量不過(guò)關(guān)，預(yù)埋鋼板后連接鋼筋偷工減料未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的數(shù)量。

3)針對(duì)預(yù)埋鋼板發(fā)生的變形、松動(dòng)和脫落，采用化學(xué)螺栓進(jìn)行加固，并對(duì)直接加固、分塊鋼板加固和整塊鋼板加固三種方法進(jìn)行對(duì)比分析，推薦采用分塊鋼板和化學(xué)螺栓聯(lián)合使用的辦法。

［1］楊超，王志偉.公路隧道通風(fēng)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011，7(4):819－822.

［2］中華人民共和國(guó)交通部.JTG D70—2004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］中華人民共和國(guó)交通部.JTG F60—2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］中華人民共和國(guó)交通部.JTJ 026.1—1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［5］中華人民共和國(guó)交通部.JTG F8011—2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:人民交通出版社，2005.

［6］中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JTG H12—2015公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2015.

［7］李秀芳，王勇.公路隧道風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)承載力檢測(cè)技術(shù)研究［J］.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2010(8):278－279，283.

［8］王國(guó)強(qiáng)，楊厚明，徐培蓁.青島膠州灣海底隧道射流風(fēng)機(jī)拉拔試驗(yàn)方法［J］.工程技術(shù)，2011(34):427－428.

［9］高雙飛，周波，楊厚明.青島膠州灣海底隧道射流風(fēng)機(jī)預(yù)埋鋼板拉拔試驗(yàn)方法［J］.工程建設(shè)，2011，43(4):33－34，50.

［10］梅華，時(shí)常悅，鐘乃龍.龍慶高速風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)抗拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)分析［J］.河南科技，2013，16(8):42.

［11］陳明俊.隧道射流風(fēng)機(jī)支承結(jié)構(gòu)載荷試驗(yàn)及其加固處理措施［J］.福建交通科技，2013(4):43－45.

［12］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ 145—2004混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

［13］史俊領(lǐng).淺談化學(xué)螺栓工程施工技術(shù)［J］.科技資訊，2010 (8):111.

(責(zé)任審編 趙其文)

U453.5

A

10.3969/j.issn.1003－1995.2015.10.24

1003－1995(2015)10－0114－03

2014－09－18;

2015－06－26

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專題項(xiàng)目(SWJTU11ZT33)

王志杰(1964—)，男，教授，碩士。