隧道逃生管道的材質選?。?/span>

 

高分子量聚隧道逃生管道，是一種由乙 烯、丁二烯單體在催化劑作用下，聚合而成的平均分子量在150萬以上的線型結構熱塑性工程塑料。 世界上最早由 美國Allied Chemical公司于1957年實現(xiàn)工業(yè)化。 此后德國Hoechst公司、德國Her-cules公司、日本三井石油化學公司等也 投入工業(yè)化生產(chǎn)。我國于1964年最早研制成功并投入工業(yè)生產(chǎn)。 

   高分子量聚隧道逃生管道具有優(yōu)異的綜合性能，具有其他工程塑料無可比擬的耐沖擊性、抗壓性、耐磨損、抗老化、輕質性，且耐化學腐蝕、衛(wèi)生無毒、不易粘附，在國外被稱為“神奇的塑料”。因此，其在機械、交通運輸、紡織、造紙、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工等領域，具有廣泛的引用前景。 

●重量輕、僅為鋼管重量的1/3左右，拆裝和搬運方便。

●管道韌性好、抗沖擊強度高，受到強外力沖擊時瞬間變形，吸收大量沖擊能量，然后迅速恢復原來形狀，為公路隧道施工逃生應急救援提供了極為安全可靠的保障。

●管道環(huán)剛度高、耐壓性好、不易變形，在公路隧道施工中發(fā)生坍塌時，承壓能力和抗環(huán)境破壞能力遠遠過一般管道。

隧道逃生管材性能介紹：

隧道逃生高分子量聚管道具有優(yōu)異的綜合性能，具有其他工程塑料無可比擬的耐沖擊性、抗壓性、耐磨損、抗老化、輕質性，且耐化學腐蝕，在國外被稱為“神奇的塑料”。因此其在機械、交通運輸、紡織、造紙、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工等領域，具有廣泛的引用前景。

1.耐沖擊性。

耐沖擊是逃生管道，高分子逃生管道的另一重要特性。他的沖擊強度非常高，他比以耐用消費品沖擊著稱的聚碳酸酯的沖擊強度還高3--5倍，其沖擊強度隨分子量的增加提高。當分子量達到150萬時，沖擊強度達到值，以后隨著分子量增加沖擊強度有所降低。

2.沖擊能吸收性。

逃生管道，高分子逃生管道還具有優(yōu)異的沖擊能吸收性，沖能吸收值在所有塑料中，因而，噪音阻尼行很好，具有優(yōu)良的消音效果。

3.優(yōu)良的抗內(nèi)壓強度，逃生管道，高分子逃生管道耐環(huán)境應力開類性，抗快速開裂性。

高分子量聚隧道逃生管道材料重量輕，拆裝和搬運方便；高分子量聚隧道逃生管道韌性好、抗沖擊強度高，受到強外力沖擊時瞬間變形，吸收大量沖擊能量，然后迅速恢復原來形狀，高分子量聚隧道逃生管道為 公路隧道施工逃生應急救援提供了極為安全可靠的保障；管道環(huán)剛度高、耐壓性好、不易變形，在公路隧道施工中發(fā)生坍塌時，承壓能力和抗環(huán)境破壞能力遠遠過 一般管道。交通部門采用新材料（高分子量聚）對公路 隧道施工應急救援通道進行了設計。 同時，高分子量聚應急救援通道的結構尺寸符合工 程學原理，結構簡單，拆裝方便。 最后，通過對高分子量聚逃生管道和鋼管進行抗沖擊性對比試驗，驗證了高分子量聚逃生管道應用于公路隧道施工應急救援的可靠性。

隧道逃生管結構尺寸設計：

針對公路隧道施工坍塌事故多發(fā)的情況，首次采用新材料（高分子量聚材料）對公路隧道施工應急救援通道進行了設計研究。結合工程學原理，根據(jù)Hertz接觸力學理論，采用Thonroton假設，對高分子量聚高分子量聚逃生管道的結構尺寸進行了優(yōu)化，并對通道的連接方式進行了設計。最后，通過抗沖擊性試驗，對高分子量聚通道應用于公路隧道施工應急救援的可靠性進行了驗證。試驗結果表明，高分子量聚通道結構尺寸合理，安全可靠，可應用于公路隧道施工應急救援。

根據(jù)應用測量學的先驅美國專家阿爾文·R·蒂利對測量學的研究成果可知，人在爬行移動時，較舒適的情況下爬行高度為800mm，爬行長度為1520mm，如圖2所示

 

截至2008年底，我國公路隧道總數(shù)已達5426座，共319×104km，然而，我國公路隧道建設起步較晚，與國外發(fā)達國家相比，相關技術水平仍較低， 加之公路隧道跨度大、施工工藝復雜、地形多變等特點，導致公路隧道建設過程中還存在諸多技術問題。 盡管隨著我國公路隧道新奧法施工技術的日益成熟，穿越 復雜地質條件隧道的相關設計理論和修筑工藝取得了一定的成果，但在隧道建設中塌方事故卻屢屢發(fā)生，施工安全問題異常嚴峻。

據(jù)2004年～2007年隧道施工事故資料初步統(tǒng)計，我國共發(fā)生39起（公路、鐵路）隧道施工事故。由于地質條件的多樣性和復雜性，公路隧道施工事故發(fā)生率比其他巖土工程高且嚴重，事故統(tǒng)計，在公路隧道施工事故中，坍塌事故占54％，為主要事故形態(tài)，是公路隧道施工的頭號大敵，其高發(fā)性和高危險性嚴重威脅著工程安全，甚至給國家與人民的生命財產(chǎn)造成重大損失。

因此，對公路隧道施工坍塌應急救援技術進行研究，將能有效減少公路隧道施工坍塌事故的人員傷亡和財產(chǎn)損失，對提高公路隧道建設的安全性具有重要的現(xiàn)實意 義。然而，現(xiàn)行公路隧道施工中所用的坍塌逃生應急救援通道為鋼管，質量大，較為笨重，拆裝和搬運不便，使用效率不高。同時，在公路隧道逃生應急救援管道的 選取方面，管道需要具備高抗沖擊性、高耐壓性以及重量輕，搬運方便等優(yōu)良性能。

通過對高分子量聚逃生管道進行抗沖擊試 驗和耐壓試驗，論證了高分子量聚管用于公路隧道施工應急救援通道的可行性。同時，還從工程學的角度，對高分子量聚應急救援通道的結構尺寸進行了優(yōu)化。

高分子量聚隧道逃生管道薄厚徑設計： 
   薄壁圓管在受到隧道頂部大能量塊石側向沖擊的過程中，結構下半部分的整體彎曲變形較小，變形以沖擊點局部凹陷為主。 
    根據(jù)Hertxz接觸力學理論，采用Thornton假設，設材料具有理想彈塑性，則兩接觸物體之間的接觸壓力，在能量分析的基礎上，圓管受到側向沖擊時 局部凹陷值△與側向載荷P之間的關系，則可推出圓管受到側向沖擊時局部凹陷值，為圓管材料的屈服應力；Ｈ為圓管的厚；Ｄ為圓管的直徑。 

   高分子量聚隧道逃生管道（分子量約為250萬），規(guī)格為Φ800*30其主要參數(shù)取值為：屈服強度σ1=3.7GPa，彈性模 量：E1=700MPa；泊松比ν1=0.42； 密度：ρ1=950kg/m3。沖擊試件為塊狀花崗巖，初步選定巖塊直徑為0.67m，巖體參數(shù)取值 為：彈性模量 E2=40GPa， 泊松比ν2=0.2 ，密度ρ2=2500kg/m3。 巖塊重量 W=611kg。

   取隧道中心及邊頂部到圓管頂部的高度的極限值H為7m和5m,將塊石自由釋放，分別對高分子量聚隧道逃生管道和鋼管進行沖擊，此時可根據(jù)能量守恒定 律計算出巖塊下落速度，分別為v1=11.7m/s和v1=9.9m/s。 取不同圓管壁厚H進行計算，不同壁厚尺寸的圓管沖擊變形值得計算結果如表 1 所示。

表1不同壁厚尺寸的高分子量聚隧道逃生管道沖擊變形值

隨著圓管壁厚的增加，塊石下落引起的圓管凹陷變形值越來越小。當塊石下落高度ｈ＝7ｍ時、壁厚Ｈ＝24mm時，高分子量聚隧道逃 生管道的凹陷變形值Δ＝0.048m，約為圓 管直徑的8%；當下落高度h＝5ｍ時、壁厚Ｈ＝24mm時，凹陷變形值 Δ＝0.038m，變形值更小。此 時，高分子量聚隧道逃生管道變形凹陷后，管內(nèi)的通行 空間為588mm，滿足工程學要求，人能安全通過應急通道。當壁厚較小時，變形值增大，可 能不安全%當壁厚更大時，盡管安全性增加，但管材重量 也隨之增加，致使成本上升，搬運困難。 因此，設計中取高分子量聚隧道逃生管道壁厚為 30mm是適宜的。

隧道逃生管材性能表：

  用于公路隧道施工中的高分子量聚隧道逃生管道在符合工程學原理、兼顧牢固性的同時，還需滿足公路隧道施工應急救援功能性要求，連接方式簡單、拆裝方便。因此，對應急救援通道進行了如下結構設計。

 
    本 著拆裝方便的原則，公路高分子量聚--隧道逃生管道與管道之間的連接方式為柔性連接。故在安裝施工組織中較為方便，當首次安裝時，只需將兩管對接， 用鐵鏈將兩管端頭的鏈條連接并拉緊扣牢即可。其中，鏈條端配有掛鉤，U型卡與鏈扣相連，鏈條長度可根據(jù)扣緊程度由掛鉤扣在U型卡上的位置自由調節(jié)。

 安裝使用說明;

1.抱箍連接

經(jīng)過多年的施工經(jīng)驗及項目反饋，保留下來的是兩種，這個是其中的一種。屬于硬連接。使用材質是符合管道口徑的鋼制的抱箍，這種連接方式外觀工整，隧道出現(xiàn)慢彎的情況下不利于調節(jié)，如果施工路段平整的話，使用這種連接方式?jīng)]有問題。

2.鏈條連接

鏈條連接是性價比高的一種連接方式，連接方便不需要復雜發(fā)工藝，只要將鏈條套入U型卡，然后插入管道預先留好的卡槽中，上好螺絲就行了。施工簡單快捷連接強度高，一般連接好兩個管道只需要2分鐘。而且這種連接方式在遇到路面不平整或者慢彎的時候會非常好調節(jié)。鏈條可以伸爽能讓管道更好與路面貼合，所以這種連接方式是隧道中常用的一種連接

高分子量聚隧道逃生管道可靠性驗證： 
試驗目的 
    通過將尺寸規(guī)格相近的高分子量聚隧道逃生管道與鋼管分別進行抗沖擊試驗，論證這種高分子量聚材料應用于公路隧道坍塌逃生應急救援的可行性。
試驗材料
    1、Q235螺旋縫埋弧焊鋼管，規(guī)格為Φ620×10。 屈服強度σ1=215GPa，彈性模量彈性模量E1=210MPa；泊松比ν1=0.25。
    2、高分子量聚隧道逃生管道（分子量約為250萬），規(guī)格為Φ636×24 , 屈服強度σ1=3.7GPa，彈性模量E1=700MPa；泊松比ν1=0.42。
試驗要求及方法
    采用尺寸規(guī)格相近的鋼管與高分子量聚隧道逃生管道從距圓管頂部的高度H為10m的地方將重物自由釋放，進行沖擊對比試驗，驗證高分子量聚隧道逃生管道的可靠性。
    1、沖擊試件為塊狀花崗巖，初步選定巖塊直徑 為0.67m。巖體參數(shù)取值為：彈性模量E=40MPa；泊松比：ν1=0.2；%密度ρ1=2500kg/m3 ；巖塊重 W=400kg。
    2、圓管墊層為平整放置的砂袋，墊層厚250mm，寬800mm。

高分子量聚隧道逃生管道壓力測試

    用 于隧道施工逃生的薄壁圓管自由放置于平整墊層上，當受到落石沖擊荷載作用時，圓管底部主要受墊層豎向和橫向摩擦約束作用。沖擊試件離圓管頂部距離主要取決 于隧道斷 面的開挖高度，本實驗取隧道中心頂部到圓管頂部的高度的極限值 H為10m，將塊石自由釋放，分別對高分子量聚隧道逃生管道和鋼管進行沖 擊。實驗結果高分子量聚隧道逃生管道受到?jīng)_擊后，石塊被彈出，管道幾乎沒有受到損傷，耐沖擊性能良好；鋼管在受到?jīng)_擊后，管道被砸扁，發(fā)生永久性形 變。 

高分子量聚隧道逃生管道耐沖擊測試

    為了明確沖擊能量的大小，對石塊從10m高處自由落下的沖擊力及圓管形變量進行計算。在石塊自由下落時，石塊瞬時速度可由能量守 恒定律求出， Vt=14m/s。同時，可計算出高分子量聚隧道逃生管道和鋼管所受沖擊力和變形量如表2 所示。

表2  高分子量聚隧道逃生管道與鋼管受沖擊力及變形量對比表

 從結果中可以看出，10m高處落下的石塊的沖擊能非常大。同時，高分子量聚隧道逃生管道抗沖擊性能極高，外力沖擊不能使其破裂。而且，其具有很好的韌性和吸收沖擊能的性能，受到大石塊沖擊的過程中，能夠吸收大部分的沖擊能，減少對管道的破壞。鋼管抗沖擊性能不如高分子量聚隧道逃生管道，且其在受到石塊砸擊之后發(fā)生永久性形變，難以恢復。 
.高分子量聚隧道逃生管道耐壓測試

首次采用高分子量聚隧道逃生管道對公路隧道施工應急救援通道進行了設計。 同時，高分子量聚隧道逃生管道的結構尺寸符合工程學原理，結構簡單，拆裝方便。 最后，通過對高分子量聚隧道逃生管道和鋼管進行抗沖擊性對比試驗，驗證了高分子量聚隧道逃生管道應用于公路隧道施工應急救援的可靠性。

高分子量聚隧道逃生管道應用

    1、高分子量聚隧道逃生管道所用管材采用Φ800mm的高分子量聚管道，管節(jié)長度為3m，壁厚30mm，高分子量聚隧道逃生管道可采用環(huán)型抱箍連接、鋼制搭接鎖扣連接，U型卡鏈扣連接，每端連接10mm固定。為保證管道承受坍塌體的壓力，對采用的材質管材，必須確保其承壓能力和連接頭的牢固，并經(jīng)試驗室具體試驗后，方可用于隧道中。

    ②、施工現(xiàn)場應根據(jù)隧道圍巖、掘進開挖方式等情況備足管道和連接材料，除整節(jié)管道外，應同時備足1米、2米、3米短節(jié)管道、轉接接頭。

    ③高分子量聚隧道逃生管道經(jīng)加工使用，結合材質及現(xiàn)場實際情況分別進行加工，連接簡單、牢固、緊密可靠，且在地面做好臨時固定措施，施工時管口可加臨時封蓋，并易于打開和封閉。

    ④高分子量聚隧道逃生管道采用φ800mm的承插高分子量聚管道，設置起點為施作好的二襯端頭處，距二襯端頭距離不得大于5米，從襯砌工 作面布置至距離開挖面20m以內(nèi)的適當位置，高分子量聚隧道逃生管道沿著初期支護的一側向掌子面鋪設，管內(nèi)預留工作繩，方便逃生、搶險、聯(lián)絡和傳輸 各種物品，承插高分子量聚管道縱向連接可采用鏈條等措施，防止坍塌時將高分子量聚管道沖脫。

    ⑤高分子量聚隧道逃生管道在二襯臺車移動就位過程中，臨時拆移時應逐節(jié)拆除，嚴禁一次拆除到位，以隨時確保逃生管道的效用。

⑥高分子量聚隧道逃生管道在經(jīng)過掘進臺階時，應按順延臺階布置，安裝30°鋼制過渡彎頭順延，其管道架空高度和長度以不影響施工并便于開啟逃生窗口為宜。

 ⑦設置的高分子量聚隧道逃生管道應平整、干燥、順暢，不得作應急逃生以外用途。

⑧高分子量聚隧道逃生管道布設長度為100m。

逃生管道連接方式：

高分子量聚隧道逃生管道連接方式--U型卡鏈扣連接

 

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