隧道施工應急救援通道實驗結論

隧道施工應急救援通道實驗結論

交通部門采用新材料（超高分子量聚乙烯）對公路 隧道施工應急救援通道進行了設計。同時，新型應急救援通道的結構尺寸符合人體工程學原理，結構 簡單，拆裝方便。 通過對隧道逃生管道-超高分子量聚乙烯管道和鋼管進行抗沖擊性對比試驗，驗證了隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道應用于公路隧道施工應急救援的可靠性。155-1792-8512.

針對公路隧道施工坍塌事故多發的情況，首次采用新材料（超高分子量聚乙烯材料）對公路隧道施工應急救援通道進行了設計研究。結合人體工程學原理，根據Hertz接觸力學理論，采用Thonroton假設，對新型隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道的結構尺寸進行了優化，并對通道的連接方式進行了設計。通過抗沖擊性試驗，對超高分子量聚乙烯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，超高分子量聚乙烯通道結構尺寸合理，安全可靠，可應用于公路隧道施工應急救援。

通過對隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道進行抗沖擊試 驗和耐壓試驗，論證了超高分子量聚乙烯管用于公路隧道施工應急救援通道的可行性。 同時，還從人體工程學的角度，對新型應急救援通道的結構尺寸進行了優化。 

   隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道，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。 世界上早由美國Allied Chemical公司于1957年實現工業化。 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化生產。我國于1964年早研制成功并投入工業生產。 

隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道優異性

隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道具有優異的綜合性能，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、農業、化工等領域，具有廣泛的引用前景。 

1.重量輕、僅為鋼管重量的1/8左右，拆裝和搬運方便。

2.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。

3.管道環剛度高、耐壓性好、不易變形，在公路隧道施工中發生坍塌時，承壓能力和抗環境破壞能力遠遠超過一般管道。

隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道結構尺寸設計 

根據應用人體測量學的先驅美國著名專家阿爾文·R·蒂利對人體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

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，圓管的小直徑為585mm。 因此，公路隧道施工新型應急救援通道的內徑必須≥585mm，才能保證人體的正常通過。 

同時，考慮到公路隧道施工現場的實際情況，應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800mm

新型隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道薄厚徑設計 

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。 

隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道（分子量約為250萬），規格為Φ800*30其主要參數取值為：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，分別對隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道和鋼管進行沖擊，此時可根據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。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，隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道的凹陷變形值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，隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道變形凹陷后，管內的通行空間為740mm，滿足人體工程學要求，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，設計中取隧道逃生管道超高分子量聚乙烯管道壁厚為26mm是適宜的。

隧道施工應急救援通道

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