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公路隧道救援安全逃生管道

由于公路隧道救援安全逃生管道材料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)境破壞能力遠遠超過一般管道。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(jié)構(gòu)尺寸符合人體工程學原理，結(jié)構(gòu) 簡單，拆裝方便。 最后，通過對超高分子量聚乙烯逃生管道和鋼管進行抗沖擊性對比試驗，驗證了超高分子量聚乙烯逃生管道應用于隧道施工應急救援的可靠性。

公路隧道救援安全逃生管道優(yōu)異性

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(zhì)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)計如圖1所示

圖公路、鐵路隧道施工事故統(tǒng)計（2004～2007年）

從圖中可以看出，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(shù)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(zhì)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、高耐壓性以及高耐磨性等優(yōu)良性能。

公路隧道救援安全逃生管道結(jié)構(gòu)尺寸設計 
        根據(jù)應用人體測量學的先驅(qū)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，如圖2所示。

 
        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，圓管的最小直徑為585mm。 因此，公路隧道施工新型應急救援通道的內(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。
公路隧道救援安全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(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(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力；Ｈ為圓管的厚；Ｄ為圓管的直徑。 
        公路隧道救援安全逃生管道（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=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，分別對逃生管道-公路鐵路超高分子逃生通道和鋼管進行沖擊，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(jié)果如表1 所示。

      從表1中可以看出，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，逃生管道-公路鐵路超高分子逃生通道的凹陷變形值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，逃生管道-公路鐵路超高分子逃生通道變形凹陷后，管內(nèi)的通行 空間為588mm，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，設計中取公路隧道救援安全逃生管道壁厚為24mm以上是適宜的。