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第1章 绪论1

1.1 隧道火灾概述1

1.1.1 公路隧道火灾回顾1

1.1.2 隧道火灾的原因3

1.1.3 隧道火灾的特点4

1.1.4 隧道火灾的破坏性5

1.2 国内外研究现状6

1.2.1 国内外相关的研究组织与机构6

1.2.2 国内外隧道防火安全研究项目7

1.2.3 相关标准、规范及导则9

1.2.4 隧道衬砌结构耐火技术研究现状10

1.3 隧道衬砌结构耐火技术的现实意义15

第2章 公路隧道衬砌结构耐火目标17

2.1 火灾场景定义17

2.2 标准火灾曲线及其不足18

2.2.1 标准火灾曲线18

2.2.2 标准火灾曲线（火灾场景）的不足20

2.3 基于标准火灾曲线的隧道耐火目标21

第3章 公路隧道火灾场景设计26

3.1 公路隧道火灾场景的研究方法26

3.2 隧道火灾案例研究28

3.2.1 公路隧道火灾28

3.2.2 铁路隧道火灾31

3.2.3 地铁隧道火灾31

3.2.4 隧道火灾试验32

3.3 公路隧道火灾场景关键参数的确定32

3.3.1 火灾升温速率32

3.3.2 火灾中达到的最高温度35

3.3.3 火灾持续时间39

3.3.4 降温阶段的温度变化40

3.3.5 温度横向分布41

3.3.6 温度纵向分布44

3.4 公路隧道火灾场景设计方法45

3.4.1 基准曲线的定义45

3.4.2 隧道火灾场景的确定45

第4章 CFD计算理论与隧道火灾温度场49

4.1 隧道火灾CFD模拟研究现状49

4.2 CFD研究的理论基础49

4.2.1 守恒方程49

4.2.2 分析模型50

4.3 隧道火灾CFD求解方法55

4.3.1 控制方程的通用形式55

4.3.2 建立离散方程的方法55

4.3.3 离散方程的基本解法56

4.4 隧道火灾CFD模拟建模方法57

4.4.1 计算软件的使用57

4.4.2 建模中关键参数的处理57

4.5 利用CFD软件确定火灾场景59

4.5.1 模型的建立60

4.5.2 隧道内温度场的分布特征62

第5章 衬砌结构火灾损伤72

5.1 衬砌混凝土标准试块高温试验72

5.1.1 总体试验方案72

5.1.2 试验具体方案74

5.1.3 试块高温烧蚀结果76

5.1.4 总体损伤特征77

5.1.5 试块烧损等级划分82

5.2 隧道衬砌的损伤现象及形式82

5.2.1 衬砌损伤的表观现象82

5.2.2 衬砌损伤特征与形式84

5.3 隧道衬砌损伤机理84

5.3.1 变色84

5.3.2 开裂85

5.3.3 烧酥剥落85

5.3.4 高温爆裂85

5.3.5 高温后隧道衬砌混凝土的抗渗性能86

5.3.6 隧道衬砌混凝土力学性能高温劣化87

5.3.7 火灾高温导致衬砌结构体系内力变化及变形92

5.4 本章小结92

第6章 衬砌结构火灾高温力学行为94

6.1 计算方法与模型94

6.1.1 公路隧道火灾场景94

6.1.2 隧道衬砌结构内温度场分布的计算方法95

6.1.3 材料的热工参数取值96

6.1.4 混凝土的热物理参数98

6.1.5 断面尺寸与形式98

6.1.6 火灾工况100

6.2 火灾下衬砌结构的温度101

6.3 火灾下衬砌结构的变形104

6.4 火灾下衬砌结构的内力108

6.5 隧道截面尺寸的影响111

6.6 火灾下衬砌的承载力及整体安全性114

第7章 衬砌结构火灾高温承载力计算方法116

7.1 结构高温承载力的计算理论116

7.1.1 基本假设116

7.1.2 高温极限NuT-MuT相关曲线116

7.1.3 大偏心受压时极限承载力119

7.1.4 小偏心受压时极限承载力119

7.2 结构高温承载力的计算方法120

7.2.1 积分法120

7.2.2 条分法121

7.2.3 等效截面法123

第8章 衬砌结构火灾损伤检测评价125

8.1 检测方法综合评价125

8.2 高温损伤混凝土检测方法研究126

8.2.1 C20混凝土126

8.2.2 C25混凝土130

8.2.3 C30混凝土132

8.2.4 C35混凝土134

8.2.5 回弹法专用检测曲线137

8.2.6 超声波法专用检测曲线138

8.3 公路隧道衬砌结构火灾损伤评价方法研究140

8.3.1 广义荷载-结构法高温承载力评价模型140

8.3.2 广义荷载-结构法评价模型基本原理141

8.3.3 截面温度分布计算方法144

8.4 两车道公路隧道衬砌结构火灾损伤等级147

8.4.1 隧道设计概况147

8.4.2 火灾场景选取148

8.4.3 计算工况149

8.4.4 Ⅳ～Ⅴ级衬砌损伤评价分级150

8.5 公路隧道高温损伤评估方法与程序151

8.5.1 衬砌灾后检测评估方法和判据151

8.5.2 损伤深度检测方法156

8.5.3 衬砌火灾后损伤评估程序159

第9章 火灾后衬砌修复加固技术163

9.1 衬砌结构损害分类163

9.2 公路隧道衬砌结构的修复原则163

9.3 混凝土结构修复方法164

9.3.1 喷水养护法164

9.3.2 压力浸渍修复法164

9.3.3 加大截面加固法165

9.3.4 外包钢加固法166

9.3.5 粘钢加固法166

9.3.6 预应力加固法167

9.3.7 化学植筋加固法167

9.3.8 喷射混凝土加固法167

9.3.9 增设支撑体系及受力墙的加固法168

9.3.10 粘贴碳纤维加固法168

9.3.11 内嵌碳纤维加固法170

9.4 隧道衬砌结构修复方法171

9.4.1 换拱法171

9.4.2 套拱法172

9.4.3 喷射混凝土加固法173

9.4.4 锚喷加固法174

9.4.5 外部补筋法176

第10章 隧道衬砌结构耐火保护技术177

10.1 概述177

10.2 表面隔热降温防护177

10.3 混凝土中掺加纤维182

10.3.1 概述182

10.3.2 隧道衬砌纤维混凝土耐火性能试验186

10.4 安装喷淋灭火系统190

10.5 提高保护层耐火能力191

10.6 其他防火方法（防火耐热混凝土）195

10.7 耐火技术的技术经济对比197

10.8 衬砌结构耐火保护设计方法198

10.8.1 隧道衬砌结构耐火保护的目标与思路198

10.8.2 隧道衬砌结构耐火保护技术的试验方法199

第11章 沉管隧道结构耐火保护技术201

11.1 保护措施及现状201

11.1.1 既有耐火措施分类201

11.1.2 既有防火方案技术经济比较202

11.2 耐火保护对象202

11.3 总体研究方案204

11.4 管节结构构件耐火保护试验205

11.4.1 试验工况205

11.4.2 试验构件制作205

11.4.3 防火材料安装207

11.4.4 测点布置211

11.4.5 试验结果分析211

11.5 管节接头构件耐火保护试验218

11.5.1 试验工况218

11.5.2 管节接头构件制作219

11.5.3 管节接头耐火保护方案及安装219

11.5.4 温度测点布置222

11.5.5 试验结果分析222

11.6 节段接头构件耐火保护试验226

11.6.1 试验工况226

11.6.2 节段接头构件制作227

11.6.3 节段接头耐火保护方案及安装228

11.6.4 温度测点布置228

11.6.5 试验结果分析229

11.7 本章小结231

第12章 沉管隧道接头及结构火灾力学行为分析233

12.1 沉管隧道结构内部三维温度场233

12.1.1 基于升温曲线的三维火灾场景233

12.1.2 温度场有限元实现与参数选取235

12.1.3 无防火隔热时管节结构温度237

12.1.4 有防火隔热时管节结构温度238

12.2 管节结构火灾力学行为239

12.2.1 计算断面选取240

12.2.2 有限元模拟方法及其模型240

12.2.3 荷载组合及计算图示242

12.2.4 管节结构火灾下的变形244

12.2.5 管节结构火灾下的应力246

12.2.6 有、无防火措施的受力对比248

12.2.7 火灾高温应力损伤249

12.3 接头火灾力学行为251

12.3.1 管节接头变形251

12.3.2 管节接头剪力253

12.3.3 节段接头剪力255

12.3.4 防火板对接头剪力的影响257

12.4 本章小结258

参考文献260

彩色图版265