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新疆逃生管道

    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。

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。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，其質量的好壞，直接影響到隧道工人的生命安全。
    針對公路隧道施工坍塌事故多發(fā)的情況，*采用新材料（超高分子量聚乙烯材料，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200萬以上的線型結構熱塑性工程塑料。）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(jù)Hertz接觸力學理論，采用Thonroton假設，對新型新疆隧道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。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驗證。

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.新疆逃生管道（新型材料）結構尺寸設計 

    根據(jù)應用人體測量學的美國*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636mm。

2.新型薄厚徑設計 
      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。  
    新疆隧道逃生管道（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，分別對新疆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。當塊石下落高度ｈ＝7ｍ時、壁厚Ｈ＝24mm時，新疆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，新疆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，設計中取新疆隧道逃生管道壁厚為30mm是適宜的。 

3.連接部件設計 
   用于公路隧道施工中的新疆隧道逃生管道在符合人體工程學原理、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。 
  新疆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，公路新疆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*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)。

隧道逃生管的幾種連接方式

卡扣連接

 鏈條鏈接

 抱箍連接