Фото: www.wallbox.ru

Огнезащита деформационных швов и талрепов в тоннельных конструкциях

Пожар в тоннеле имеет тяжелые последствия, поэтому применение эффективных огнезащитных технологий имеет важное значение для обеспечения требуемых пределов огнестойкости конструкций. Необходимо уделить особое внимание защите конструкционных деформационных швов. Специалисты разработали технологии, повышающие огнестойкость конструкций различного типа.

Введение

Согласно СП 122.13330.2012 Тоннели железнодорожные и автодорожные, тоннелем называется протяженное подземное (подводное) инженерное сооружение, предназначенное для транспортных целей, пропуска воды и прокладки инженерных коммуникаций, являющееся основным объектом тоннельного перехода [1]. Являясь замкнутым пространством различной глубины залегания, имея значительную протяженность с возможным присутствием большого количества источников возгорания и пожарной нагрузки, тоннельные конструкции представляют собой сооружения повышенной ответственности и опасности возникновения и развития пожара, чем и обусловлена необходимость повышения уровня их безопасности, в том числе и за счет и применения огнезащиты.

Огнезащита как понятие включает в себя весь комплекс технических мероприятий, направленных на повышение огнестойкости и (или) снижение пожарной опасности зданий, сооружений, строительных конструкций [2]. При этом, выбор конкретного решения по огнезащите осуществляется непосредственно проектировщиком на основании данных о режиме эксплуатации объекта защиты, многофакторного анализа физических и механических характеристик, стоимости материала и его установки, сроков эксплуатации, надежности и долговечности [3].

При выборе огнезащитного материала для сооружений повышенной ответственности (таких как объекты нефтегазового комплекса или тоннели) стоит обращать внимание на огнезащитные конструкции, испытанные по более жестким температурным режимам (чем стандартный целлюлозный) и учитывающих реальные условия пожара [4].

Проблема

При возникновении пожара в тоннеле за короткий промежуток времени температура может подняться выше 1300оС, при таком режиме нагрева конструкции испытывают сильнейший термический удар. В процессе нагрева по площади сечения конструкции возникают внутренние напряжения.

Механические напряжения, появляются в следствии различного значения давления водяного пара внутри конструкции, которое возникает из-за разности температур, что и приводит к разрушению бетона —так называемого скалывания бетона. Во время пожара причинами разрушения бетона может быть и внутреннее трещинообразование, пластические деформации, а также фазовые химические переходы, что приводит к потери прочностных свойств и разрушению
конструкции тоннеля.

Пожар в тоннеле ввиду своей специфики имеет весьма тяжелые последствия, поэтому одной из важных задач является сохранение целостности тоннельных конструкций, решением, которой является правильное применение огнезащитных материалов и технологий.

Защита швов

Рисунок 1. Деформационный шов в тоннеле

Говоря о противопожарной защите тоннельных конструкций, следует особое внимание уделить защите конструкционных деформационных швов.

В тоннельных конструкциях деформационный шов предназначен для снижения (или исключения) нагрузок на элементы конструкций в местах возможных деформаций, возникающих: при колебании температуры воздуха в тоннеле или массива пород, окружающих его; сейсмических или тектонических явлениях; продольных и поперечных деформациях обделки под внешней нагрузкой; деформаций при неравномерной нагрузке или осадке грунта и других воздействий (для монолитных бетонных и железобетонных тоннельных обделок, в общем случае, значимы, например, также деформации от ползучести и усадки бетона и т. д.) (рис. 1).

Конструкции деформационных швов должны обеспечивать как водонепроницаемость тоннельной обделки, так противопожарную защиту. Деформационные швы в тоннельных конструкция располагаются также в кабеленесущих конструкциях: кабельные лотки, стойки, полки.

Монтаж кабельных линий метрополитена, шахт, рудников следует выполнять с учетом требований СП 48.13330.2019 [5]. Расположение антисейсмических швов в кабельных каналах тоннелей должны совпадать с расположением антисейсмических швов в перекрытии. Наибольшие расстояния между швами принято 36 м.

Минимальная ширина шва — 30 мм (рис. 2).

Опыт эксплуатации подобных систем показывает, что наполнители деформационных швов в течение первого полугода, после первых полных циклов сжатия-растяжения-сдвига сжимаются необратимо, образуя щели. Заделка подобных узлов часто исполняется таким образом, что доступ для их осмотра отсутствует, в связи с чем, устройство деформационных швов является одним из уязвимых мест в обеспечении пожарной безопасности сооружения.

Рисунок 2. Конструкции деформационного и температурного шва в лотке и крышке кабельного канала (слева), по стенам кабельного канала (справа) 1 – плиты основания кабельного канала; 2 – огнезащитная плита; 3 – противопожарный барьер; 4 – шуруп.

Огнестойкие технологии

В конструкциях тоннелей для выполнения защиты деформационных швов при пожаре используют специальные виды огнестойкой заделки, созданные непосредственно для эксплуатации в деформационных швах. Эти конструкции (изделия), с применением огнестойкой заделки, сохраняют все противопожарные характеристики, как при сжатии шва, так и при его растяжении при осуществлении своих основных функций. Огнестойкие заполнения устанавливают для компенсации возможных изменений ширины шва от первоначальной ширины в горизонтальные и вертикальные деформационные швы монолитных и сборных железобетонных конструкций зданий и сооружений различного назначения. [6-7]. В своде правил [8] указано, что противопожарным барьером являются строительные конструкции и конструкции заполнений проемов, клапаны и заслонки, трубопроводные и кабельные проходки, кабельные и вентиляционные короба, средства конструктивной огнезащиты и тонкослойные огнезащитные покрытия, обеспечивающие нераспространение пожара и его локализацию в течение расчетного времени.

Противопожарные барьеры для деформационных швов представляют собой комплекс материалов и мероприятий, которые препятствуют проникновению открытого огня, лучистой энергии и продуктов горения через деформационные швы, и включают в себя:

1) огнестойкая заделка представляет собой не только негорючий материал, это технологически сложная конструкция, работающая в условиях цикличной деформации;

2) клеевой состав для фиксации заделки к смежным строительным конструкциям, включает в себя клеевые составы и монтажные наборы (перфорированные ленты и крепеж);

3) материалы для огнезащиты стыков самих заделок;

4) технологию монтажа;

5) проведение механических испытаний, подтверждающих возможность сохранения свойств заделки в процессе эксплуатации, в том числе при последующем проведении огневых испытаний (после проведения механических).

В настоящее время применяются различные огнезащитные решения по защите сооружений повышенной ответственности, в частности деформационный огнезащитный шнур, который применяется для огнестойкой заделки швов (рис. 3) и примыканий в составе строительной конструкций, которые работают в условиях знакопеременной деформации. Основной задачей при их разработке являлось обеспечение нераспространения огня даже при раскрытии деформационного шва на 50% от проектной ширины. Среди ведущих производителей систем огнезащиты деформационных швов следует упомянуть компании «Veda-France», «Hilti», «Огнеза», «Promat», «ПРОМИЗОЛ», «Нуллифайер».

Например, изделие деформационный огнезащитный шнур обеспечивает огнезащиту деформационных швов шириной до 100 мм и огнестойкостью до EI 240 для обеспечения заданной огнестойкости монтаж подобных изделий, предназначенных для огнезащиты деформационных швов шириной 30 мм и менее, критична минимальная глубина заделки с обогреваемой стороны, составляющая 50 мм и более. При производстве противопожарного барьера используются высококачественное базальтовое сверхтонкое волокно, расположенное особым образом. Контроль за содержанием твердых неволокнистых включений размером свыше 0,25 мм, не превышающих 10% от общей доли заполнителя, позволяет гарантировать работу изделия длительное время, соизмеримое со сроком эксплуатации проектируемых зданий. Кроме того, в систему огнезащиты входит специальный огнезащитный клей, расход которого зависит от диаметра шнура [9 — 10].

Рисунок 3. Схема конструкции и устройства огнестойкого заполнения для огнезащиты деформационного шва

Комплексная защита

Хотелось бы отметить еще один из видов огнезащиты, предназначенной для огнезащиты конструкций тоннелей, – огнезащитная многофункциональная изоляционная комплексная система (огнезащитное покрытие). Она представляет собой конструктивную огнезащиту [11], которая обеспечивает требуемый предел огнестойкости конструкции и служит надежной защитой от проникновения огня. Рассмотрим более подробно схемы установки изделий для огнезащиты на талрепах, необходимых для дополнительного крепления каркаса к арочным балкам в тоннелях.

Огнезащитное покрытие состоит из следующих основных слоев (рис. 5): 1 — термоупрочненная базальтовая ткань, обеспечивающая механическую прочность и эксплуатационную надежность всего изделия; 2 — ткань из керамических волокон, предназначенная для повышения огнестойкости изделия; 3 — минеральная вата с плотностью не менее 100 кг/куб.м, с функциональным назначением теплоизолирующей составляющей; 4 — листы из металлического сплава толщиной от 50 мм для повышения сопротивлению тепловому излучению, в условиях углеводородного горения находятся внутри (или между слоями) минеральной ваты; 5 — ровинговая изоляционная стеклоткань, обладающая также функциями теплоизолятора.

Рисунок 4. Схема основных композиционных слоев огнезащитной многофункциональной изоляционной комплексной системы (огнезащитное покрытие) в условиях углеводородного типа горения

Данная формула позволяет достигнуть пределы огнестойкости 90 мин для углеводородного режима пожара. На рис. 5 показаны пример огнезащиты строительного талрепа с применением огнезащитной многофункциональной изоляционной комплексной системы (огнезащитное покрытие).

В настоящее время строительство линейных подземных объектов стало чрезвычайно актуальной задачей. Тоннельное строительство интенсивно развивается последние 20 лет, не только сохраняя, но и увеличивая темпы развития, при этом многие тоннели в Российской Федерации и Европейском Союзе достигают возраста, когда требуется проводить капитальный ремонт конструкции. Таким образом, появление новых эффективных огнезащитных материалов на мировом и отечественном рынках, позволяющих достигнуть высоких значений пределов огнестойкости, является актуальной задачей современной науки и производства.

Рисунок 5. Огнезащита деталей и конструкции строительного талрепа в метрополитене

 

Литература

  1. СП 122.13330.2012 Тоннели железнодорожные и автодорожные. Актуализированная редакция СНиП 32-04-97 (с Изменением N 1)
  2. ГОСТ Р 53295-2009 Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности (с Изменением N 1)
  3. СП 2.13130.2020 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты
  4. Хасанов И. Р., Гравит М. В., Косачев А. А., Пехотиков A. В., Павлов B. В. Гармонизация европейских и российских нормативных документов, устанавливающих общие требования к методам испытаний на огнестойкость строительных конструкций и применению температурных режимов, учитывающих реальные условия пожара // Пожаровзрывобезопасность. 2014. №3. С.49-5.
  5. СП 48.13330.2019 Организация строительства СНиП 12-01-2004
  6. V. Prusakov, M. Gravit, Ya. Simonenko, A. Minnullina and A. Artyukhina, Fire retardant for expansion and linear joints in buildings and tunnels, MATEC Web of Conferences, Vol. 239, 05010 (2018) doi.org/10.1051/matecconf/201823905010
  7. M. Gravit, S. Antonov, O. Nedryshkin, E. Nedviga, V. Pershakov. Fire Resistant Panels for the Tunnel Linings, MATEC Web Conf, 73 (2016) DOI: http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/20167304007
  8. СП 13.13130.2009 «Атомные станции. Требования пожарной безопасности»
  9. Прусаков В.А., Тимофеев Н.С., Гравит М.В., Симоненко Я.Б. Современные способы огнезащиты деформационных швов зданий и сооружений // Техносферная безопасность, 2018, № 4 (21), С. 51 – 67, URL: http://uigps.ru/content/nauchnyy-zhurnal
  10. Прусаков В.А., Гравит М.В., Тимофеев Н.С., Симоненко Я.Б., Гуторов К.В., Шевченко А.М.К.С. Огнезащита деформационных и линейных швов зданий и сооружений // Пожаровзрывобезопасность, 2018, Т.27, № 2-3, С. 45 – 56, DOI: 10.18322/PVB.2018.27.02-03.45-56.
  11. Прусаков В.А., Гравит М.В., Антонов С.П. ОГНЕСТОЙКОЕ МНОГОСЛОЙНОЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ. Патент RU 2 725 720 (13) C1

Гравит Марина Викторовна, к.т.н., доцент, доцент ВШПГиДС ИСИ Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого
Симоненко Яна Борисовна, магистрант ВШПГиДС ИСИ Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого

Опубликовано в №11-12 2020 журнала «Промышленные покрытия»

 

Смотрите также

«ПО “Маяк”» объявил мониторинг цен на поставку модулей пожаротушения

«Производственное объединение “Маяк”» (Челябинская область, входит в «Росатом») объявил аукцион на мониторинг цен на поставку …

Добавить комментарий