超高分子量聚乙烯隧道逃生管

1、超高分子量聚乙烯 隧道逃生管因为采用新材料（超高分子量聚乙烯）隧道逃生管材料重量轻拆装和搬运方便；管道韧性好、抗冲击强度高，管道环刚度高、耐压性好、不易变形，同时，新型应急救援通道的结构尺寸符合人体工程学原理，结构简单，拆装方便。最后，通过对逃生管道和钢管进行抗冲击性对比试验，验证了逃生管道应用于隧道施工应急救援的可靠性。隧道逃生管道工程案例中铁十二局仁博高速公路TJ16合同段项目经理部（广东省韶关市新丰县隧道逃生管道）云南云岭高速公路交通科技有限公司物资分公司（云南省西双版纳勐腊县隧道逃生管道）中铁十九局集团云桂铁路云南公司（云桂铁路云南段正线隧道逃生管道）中铁二院云桂铁路配合消防项目部（云

2、桂铁路施工部隧道逃生管道）中交四航局云桂铁路项目部（云桂铁路项目二分部那莫一号隧道逃生管道）中铁隧道局云桂铁路项目部（云桂铁路项目三分部隧道逃生管道）中铁十局云桂铁路项目部（云桂铁路项目隧道逃生管道）中铁十二局沪昆铁路项目部（中铁十二局集团沪昆客专长昆湖南段项目部隧道逃生管道）中铁十九局云桂项目部（中铁十九局集团有限公司云桂铁路YGZQ-4标项目部隧道逃生管道）超高分子量聚乙烯 隧道逃生管道优异性具有优异的综合性能，具有其他工程塑料无可比拟的耐冲击性、抗压性、耐磨损、抗老化、轻质性，且耐化学腐蚀、卫生无毒、不易 粘附，在国外被称为“神奇的塑料”。因此，其在机械、交通运输、纺织、造纸、矿业、农业

3、、化工等领域，具有广泛的引用前景。1、超高分子量聚乙烯-隧道逃生管道重量轻，仅为钢管重量的 1/8 左右，拆装和搬运方便。2、超高分子量聚乙烯-隧道逃生管道韧性好，抗冲击强度高，受到强外力冲击时瞬间变形，吸收大量冲击能量，然后迅速恢复原来形状，为公路隧道施工逃生应急救援提供了极为安全可靠的保障。3、超高分子量聚乙烯-隧道逃生管道环刚度高、耐压性好、不易变形，在公路隧道施工中发生坍塌时，承压能力和抗环境破坏能力远远超过一般管道。公路隧道逃生管道结构尺寸设计截至 2008 年底，我国公路隧道总数已达 5426 座，共 319104km，然而我国公路隧道建设目前相关技术水平仍较低，加之公路隧道跨度大

4、、施工工艺复杂、地形多变等特点，导致隧道建设中还存在诸多问题。 尽管我国公路隧道新奥法施工技术日益成熟，但在隧道建设中塌方事故却屡屡发生，施工安全问题异常严峻。据 2004 年2007 年隧道施工事故资料初步统计，我国共发生 39 起（公路、铁路）隧道施工事故。由于地质条件的多样性和复杂性，公路隧道施工事故发生率比其他岩土工程高且严重，事故统计如图 1 所示从图中可看出，在公路隧道施工事故中，坍塌事故占 54，是最主要的公路事故，是隧道施工的头号大敌，其高发性和高危险性严重威胁着工程安全。并且现在公路隧道施工中所用的大都为钢管，质量大，笨重，施工不方便，所以针对公路隧道施工坍塌事故多发的情况，

5、首次采用新材料（超高分子量聚乙烯）对公路隧道施工应急救援通道进行了设计研究。结合人体工程学原理，对新材料隧道逃生管道的结构尺寸进行了优化及连接方式进行了设计。最后，通过抗冲击性试验，结果表明，超高分子量聚乙烯通道结构尺寸合理，安全可靠，可应用于公路隧道施工应急救援。根据应用人体测量学的先驱美国著名专家阿尔文R蒂利对人体测量学的研究成果可知，人在爬行移动时，较舒适的情况下爬行高度为800mm，爬行长度为1520mm，如图2所示。阿尔文R蒂利指出，在全身进入式上下通行的圆形洞口底部出入口爬行通过时，圆管的最小直径为585mm。因此，公路隧道施工新型应急救援通道的内径必须585mm，才能保证人体的正

6、常通过。同时，考虑到公路隧道施工现场的实际情况，应急救援通道的外径不宜过大，否则对施工的影响较大，故取隧道逃生管道的外径为800mm新型公路隧道逃生管道薄厚径设计 薄壁圆管在受到隧道顶部大能量块石侧向冲击的过程中，结构下半部分的整体弯曲变形较小，变形以冲击点局部凹陷为主。 根据Hertxz接触力学理论，采用Thornton假设，设材料具有理想弹塑性，则两接触物体之间的接触压力，在能量分析的基础上，圆管受到侧向冲击时局部凹陷值与侧向载荷 P之间的关系，则可推出圆管受到侧向冲击时局部凹陷值，为圆管材料的屈服应力；为圆管的厚；为圆管的直径。 公路隧道逃生管（分子量约为250万），规格为300*30其

7、主要参数取值为：屈服强度1=3.7GPa，弹性模量：E1=700MPa；泊松比1=0.42； 密度：1=950kg/m3。冲击试件为块状花岗岩，初步选定岩块直径为0.67m，岩体参数取值为：弹性模量 E2=40GPa， 泊松比2=0.2 ，密度2=2500kg/m3。 岩块重量 W=400kg。 取隧道中心及边顶部到圆管顶部的高度的极限值H为7m和5m,将块石自由释放，分别对公路隧道逃生管和钢管进行冲击，此时可根据能量守恒定律计算出岩块下落速度，分别为v1=11.7m/s和v1=9.9m/s。 取不同圆管壁厚H进行计算，不同壁厚尺寸的圆管冲击变形值得计算结果如表1 所示。从表1中可以看出，随着

8、圆管壁厚的增加，块石下落引起的圆管凹陷变形值越来越小。当块石下落高度7时、壁厚24mm时，公路隧道逃生管的凹陷变形值0.048m，约为圆 管直径的8%；当下落高度h5时、壁厚24mm时，凹陷变形值 0.038m，变形值更小。此时，公路隧道逃生管变形凹陷后，管内的通行 空间为588mm，满足人体工程学要求，人能安全通过应急通道。当壁厚较小时，变形值增大，可能不安全，当壁厚更大时，尽管安全性增加，但管材重量 也随之增加，致使成本上升，搬运困难。 因此，设计中取公路隧道逃生管壁厚为30mm是适宜的。公路隧道逃生管道可靠性验证试验目的 通过将尺寸规格相近的公路隧道逃生管与钢管分别进行抗冲击试验，论证超

9、高管应用于公路隧道坍塌逃生应急救援的可行性。试验材料1、Q235螺旋缝埋弧焊钢管，规格为62010。 屈服强度1=215GPa，弹性模量弹性模量E1=210MPa；泊松比1=0.25。2、公路隧道逃生管（分子量约为250万），规格为80030 , 屈服强度1=3.7GPa，弹性模量E1=700MPa；泊松比1=0.42。试验要求及方法 采用尺寸规格相近的钢管与公路隧道逃生管从距圆管顶部的高度H为10m的地方将重物自由释放，进行冲击对比试验，验证公路隧道逃生管的可靠性。1、冲击试件为块状花岗岩，初步选定岩块直径 为0.67m。岩体参数取值为：弹性模量E=40MPa；泊松比：1=0.2；%密度1=

10、2500kg/m3 ；岩块重 W=400kg。2、圆管垫层为平整放置的砂袋，垫层厚250mm，宽800mm。用于隧道施工逃生的薄壁圆管自由放置于平整垫层上，当受到落石冲击荷载作用时，圆管底部主要受垫层竖向和横向摩擦约束作用。冲击试件离圆管顶部距离主要取决于隧道断 面的开挖高度，本实验取隧道中心顶部到圆管顶部 的高度的极限值 H为10m，将块石自由释放，分别对公路隧道逃生管和钢管进行冲击。实验结果公路隧道逃生管受到冲击后，石块被弹出，管道几乎没有受到损伤，耐冲击性能良好；钢管在受到冲击后，管道被砸扁，发生永久性形变。 为了明确冲击能量的大小，对石块从10m高处自由落下的冲击力及圆管形变量进行计算。在石块自由下落时，石块瞬时速度可由能量守 恒定律求出， Vt=14m/s。同时，可计算出公路隧道逃生管和钢管所受冲击力和变形量如表2 所示。从结果中可以看出，10m高处落下的石块的冲击能非常大。同时，公路隧道逃生管抗冲击性能极高，外力冲击不能使其破裂。而且，其在受到石块砸击之后发生永久性形变，难以恢复。认证结论由于（新型）逃生管道（超