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波紋鋼腹板在鷓鴣山隧道項(xiàng)目得到更好的應(yīng)用
2020開年的疫情大戰(zhàn)中,武漢火神山、雷神山醫(yī)院拔地而起向全世界展示了中國基建狂魔的瘋狂加速度!眾所周知,工程建設(shè)中,縮短工期、有效利用時間,提高效率顯而易見地能能節(jié)省大量人力資源,有效降低成本!而鋼波紋管(板)結(jié)構(gòu)正是以其加工速度快、運(yùn)輸便捷、安裝迅速可大大縮短工期這三大優(yōu)勢走紅國內(nèi)外工程界,并為我國公共交通工程做出了積極的貢獻(xiàn)。鷓鴣山隧道項(xiàng)目正是運(yùn)用了鋼波紋板結(jié)構(gòu),為業(yè)主大大縮短了工程工期,節(jié)省大量人工、時間成本。
根據(jù)西南交通大學(xué)《鷓鴣山隧道風(fēng)平導(dǎo)中隔墻材料采用鍍鋅鋼波紋板可行性研究報告》對采用鍍鋅鋼波紋板作為中隔墻的后的運(yùn)營通風(fēng)、火災(zāi)排煙、結(jié)構(gòu)受力、通風(fēng)阻力系數(shù)對比、經(jīng)濟(jì)性、施工便捷及時效性等研究分析認(rèn)為:鷓鴣山隧道通風(fēng)平導(dǎo)采用鍍鋅鋼波紋板作為中隔墻材料,且采用全拼裝式施工便捷性和時效性更為顯著,故項(xiàng)目采用全拼裝式鋼波紋板結(jié)構(gòu)。
鷓鴣山特長隧道位于四川省阿壩洲境內(nèi),是汶川至馬爾康高速公路控制性工程之一。項(xiàng)目路線起于理縣山腳壩,沿來蘇河上行,穿鷓鴣山隧道進(jìn)入王家寨,路線長約12公里,沿鷓鴣山隧道長度近9公里,隧道出口路線左側(cè)設(shè)置一座通風(fēng)平導(dǎo),長約4公里,最大埋深約1.5公里。平導(dǎo)地處海拔高度約3100米,部分施工段落可能有瓦斯氣體溢出,使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工工藝復(fù)雜,涉及工序繁多,有養(yǎng)護(hù)周期,整體施工時間較長。且施工質(zhì)量不易保證,混凝土壁面較為粗糙,通風(fēng)摩擦阻力較大
因此,在承建鷓鴣山隧道項(xiàng)目過程中,我公司用通風(fēng)平導(dǎo)新型中隔墻技術(shù)作為鋼筋混凝土隔墻的替代品。為避免新風(fēng)和污風(fēng)的混合,保證兩端通風(fēng)方向與鋼波紋板縱向方向一致,鋼波紋板之間搭建如下圖示縱向塔接,由于平導(dǎo)縱向長度過長,新型中隔墻在安裝過程中需要設(shè)置固定柱作為固定點(diǎn),防止鋼波紋板在縱向上向兩側(cè)變形。
我們采用FLUENT分析其通風(fēng)性能,主要涉及采用新型中隔墻之后通風(fēng)效果的變化。如下表所示:
由于鋼波紋板表面鍍鋅,相較于混凝土更加光滑。通風(fēng)阻力更小,因而采用鋼波紋板作為中隔墻更適用于隧道的運(yùn)營通風(fēng)。 結(jié)合新型中隔墻的布置形式,中隔墻豎向幾乎沒有豎向剛度[7],不會對拱頂有承載作用,但是其自重會對拱頂有向下加載作用。另外,新型中隔墻沿平導(dǎo)縱向均勻布置的型鋼固定柱會對拱頂局部區(qū)域 有支撐作用。
我們利用 Pyrosim 軟件中的 FDS 模塊對平導(dǎo)進(jìn)行火災(zāi)情景模擬,重點(diǎn)關(guān)注了高溫?zé)熈鞯淖罡邷囟群蛿U(kuò)散長度。
(↑平導(dǎo)結(jié)構(gòu)軸力 單位N)鑒于 FDS 中不能直接建立圓弧模型,因此采用極小的立方體等效代替平導(dǎo)的輪廓,其模型如下圖所示。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,公路隧道火災(zāi)最大熱釋放功率在單向交通的隧道內(nèi)為30 MW[16]。綜合考慮計算的復(fù)雜程度以及計算結(jié)果的精確度,現(xiàn)只考慮 2 種工況,即在 ZK184+580處的左洞排風(fēng)聯(lián)絡(luò)道和 K186+035.37 處的右洞排風(fēng)聯(lián)絡(luò)道兩處分別添加一個火源,即模擬車輛在主洞和聯(lián)絡(luò)通道交界處著火而產(chǎn)生高溫?zé)煔怆S排風(fēng)道進(jìn)入平導(dǎo)的情況。既有方案中平導(dǎo)運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計值為 13 m/s。
我們利用 Pyrosim 軟件中的 FDS 模塊對平導(dǎo)進(jìn)行火災(zāi)情景模擬,重點(diǎn)關(guān)注高溫?zé)熈鞯淖罡邷囟群蛿U(kuò)散長度。 在平導(dǎo)中,人眼高度處(1.8 m)距離平導(dǎo)起點(diǎn)溫度變化情況如下圖 所示。分析得出,由于平導(dǎo)內(nèi)部縱向風(fēng)流帶動高溫?zé)熈飨蚨赐饬鲃樱沟脺囟仍诨馂?zāi)上游幾乎沒有影響,在1300 m 位置處溫度仍處于常溫。而在火災(zāi)下游,溫度沿著平導(dǎo)縱向方向呈現(xiàn)衰減趨勢,隨著距平導(dǎo)起點(diǎn)的距離的增加而降低。在1800s 時,平導(dǎo)內(nèi)的溫度達(dá)到了最高溫度 100℃,而溫度 20℃的前鋒在2800s時蔓延至平導(dǎo)洞口位置。
綜上所述,鷓鴣山特長隧道項(xiàng)目中,鋼波紋板不僅在通風(fēng)影響下更優(yōu)于現(xiàn)澆鋼筋混凝土,在最嚴(yán)重的火災(zāi)情況下也能有效控制煙流,不會出現(xiàn)回流,工程造價優(yōu)于現(xiàn)澆鋼筋混凝土,全拼裝式鋼波紋管施工便捷性和時效性尤為顯著。
鷓鴣山特長隧道所設(shè)置的通風(fēng)平導(dǎo),長度約4公里。鋼波紋板安裝僅用1個月工期就全面完工,比現(xiàn)澆鋼筋混凝土工期縮短5倍以上,為業(yè)主節(jié)省大量工期及工程成本。