寧夏逃生管道

      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(shè)起步較晚，與國外發(fā)達國家相比，相關(guān)技術(shù)水平仍較低，加之公路隧道跨度大、施工工藝復(fù)雜、地形多變等特點，導(dǎo)致公路隧道建設(shè)過程中還存在諸多技術(shù)問題。

      在隧道建設(shè)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。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*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。逃生管道在隧道生產(chǎn)中，占了很大的比重，其質(zhì)量的好壞，直接影響到隧道工人的生命安全。

通過以下4種基本方法驗證超高分子量聚乙烯管道的可靠性

1.寧夏逃生管道（新型材料）結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 

    根據(jù)應(yīng)用人體測量學(xué)的美國*專家阿爾文·R·蒂利對人體測量學(xué)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超高分子量聚乙烯mm，爬行長度為1520mm，如圖2所示。

 圖2爬行過程中的人體工程學(xué)要求 

 
    阿爾文·R·蒂利指出，在全身進入式上下通行的圓形洞口底部出入口爬行通過時，圓管的zui小直徑為585mm。 因此，公路隧道施工新型應(yīng)急救援通道的內(nèi)徑必須≥585mm，才能保證人體的正常 通過。 
    同時，考慮到公路隧道施工現(xiàn)場的實際情況，應(yīng)急救援通道的外徑不宜過大，否則對施工的影響較大，故取超高分子量聚乙烯管道的外徑為636mm。

2.新型薄厚徑設(shè)計 
    薄壁圓管在受到隧道頂部大能量塊石側(cè)向沖擊的過程中，結(jié)構(gòu)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(xué)理論，采用Thornton假設(shè)，設(shè)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(chǔ)上，圓管受到側(cè)向沖擊時局部凹陷值△與側(cè)向載荷 P之間的關(guān)系，則可推出圓管受到側(cè)向沖擊時局部凹陷值，為圓管材料的屈服應(yīng)力；Ｈ為圓管的厚；Ｄ為圓管的直徑。  
    （分子量約為250萬），規(guī)格為Φ超高分子量聚乙烯*30mm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=400kg。 
    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，分別對寧夏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，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(dāng)塊石下落高度ｈ＝7ｍ時、壁厚Ｈ＝24mm時，寧夏隧道逃生管道的凹陷變形值Δ＝0.048m，約為圓 管直徑的8%；當(dāng)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，寧夏隧道逃生管道變形凹陷后，管內(nèi)的通行空間為740mm，滿足人體工程學(xué)要求，人能安全通過應(yīng)急通道。當(dāng)壁厚較小時，變形值增大，可能不安全，當(dāng)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(shè)計中取寧夏隧道逃生管道壁厚為30mm是適宜的。 

3.連接部件設(shè)計 
    用于公路隧道施工中的寧夏隧道逃生管道在符合人體工程學(xué)原理、兼顧牢固性的同時，還需滿足公路隧道施工應(yīng)急救援功能性要求，連接方式簡單、拆裝方便。因此，對應(yīng)急救援通道進行了如下結(jié)構(gòu)設(shè)計。 
    寧夏隧道逃生管道主體部分采用超高分子量聚乙烯管道，并在端部設(shè)有加強護層，連接部件有鋼絲繩、鐵鏈及其端部掛鉤。為了在隧道發(fā)生坍塌事故時，相關(guān)人員方便在逃生管道中攀爬，在通道周向每隔120°栓系一攀爬繩
    本著拆裝方便的原則，公路寧夏隧道逃生管道與管之間的連接方式為抱箍連接。 故在安裝施工組織中較為方便，當(dāng)*安裝時，只需將兩管對接，用抱箍上緊扣牢，依據(jù)抱箍現(xiàn)有的孔，用鉆往管管上打孔近穿螺栓即可。其中，鋼絲繩端頭和鐵鏈端頭為掛鉤，鐵鏈長度可根據(jù)扣緊程度由掛鉤扣在鐵鏈圓環(huán)上的位置 自由調(diào)節(jié)。
4.可靠性驗證

試驗?zāi)康?/span> 
    通過將尺寸規(guī)格相近的寧夏隧道逃生管道與鋼管分別進行抗沖擊試驗，論證超高管應(yīng)用于公路隧道坍塌逃生應(yīng)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、寧夏隧道逃生管道（分子量約為250萬），規(guī)格為Φ超高分子量聚乙烯×30mm，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)格相近的鋼管與寧夏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，驗證寧夏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，寬超高分子量聚乙烯mm。
    用于隧道施工逃生的薄壁圓管自由放置于平整墊層上，當(dāng)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，分別對寧夏隧道逃生管道和鋼管進行沖擊。實驗結(jié)果寧夏隧道逃生管道受到?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)生形變。
    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，可計算出寧夏隧道逃生管道和鋼管所受沖擊力和變形量如圖所示。

從結(jié)果中可以看出，10m高處落下的石塊的沖 擊能非常大。同時，寧夏隧道逃生管道抗沖擊性能*，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寧夏隧道逃生管道，且其在受到石塊砸擊之后發(fā)生形變，難以恢復(fù)。

認證結(jié)論：

    由于（超高分子量聚乙烯）重量輕拆裝和搬運方便；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(fù)原來形狀，為公路隧道施工逃生應(yīng)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)境破壞能力遠遠超過一般管道，包括鋼管，那么我們來看看他的*性和應(yīng)用范圍。

隧道逃生管道優(yōu)異性
    寧夏隧道逃生管道具有優(yōu)異的綜合性能，具有 其他工程塑料*的耐沖擊性、抗壓性、耐磨損、抗老化、輕質(zhì)性，且耐化學(xué)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(lǐng)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(fù)原來形狀，為公路隧道施工逃生應(yīng)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)境破壞能力遠遠超過一般管道。

隧道逃生管的幾種連接方式

卡扣連接

 鏈條鏈接

 抱箍連接