鐵路隧道逃生應(yīng)急管道

有關(guān)數(shù)據(jù)表明，近年來我國隧道施工事故頻發(fā)，其中坍塌事故占54%，為主要事故形態(tài)，是鐵路隧道施工的*大敵。由于地質(zhì)條件的多樣性和復(fù)雜性，隧道施工事故發(fā)生率比其他巖土工程高且嚴(yán)重，其高發(fā)性和高危險性嚴(yán)重脅著工程安全，甚至給國家與人民的生命財產(chǎn)造成重大損失。

因此，對鐵路隧道施工坍塌應(yīng)急救援技術(shù)進(jìn)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，對提高隧道建設(shè)的安全性具有重要的現(xiàn)實意義。

國潤新材鐵路隧道逃生應(yīng)急管道以其優(yōu)良特性，逐步代替鋼管，成為全國隧道施工的*，應(yīng)用到廣東、云南、貴州、四川等地。

洛陽國潤新材料科技股份有限公司成立于2008年，占地200余畝，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、安裝于一體的新三板上市公司。

我公司主打產(chǎn)品——超高分子量聚乙烯逃生管  已獲國家多項，每根管道重約63公斤，長度可分為3、6、9米，  口徑使用zui多的是800mm， 壁厚30mm， 顏色是醒目的橘黃色，辨識度高，即使在幽暗的隧道當(dāng)中 也能一眼就看到它。

超高分子量聚乙烯隧道逃生管道所用原料均為聚乙烯原材料，無任何添加劑和回料廢料，每根管子所含分子量均在300W以上， 抗壓抗沖擊性是PE100的十倍，鋼管的五倍，并且不易變形，耐腐蝕，并且管壁光滑，大大縮短了人體爬行時間，為生命贏得更多保障，使用壽命一般在五十年以上， 一次購管 一勞永逸。

優(yōu)異性

逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道具有優(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(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般管道。

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800mm，爬行長度為1520mm，如圖所示。

阿爾文·R·蒂利指出，在全身進(jìn)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800mm。

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。

逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道（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，分別對超高分子量聚乙烯隧道逃生管道和鋼管進(jìn)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(jìn)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(dāng)塊石下落高度ｈ＝7ｍ時、壁厚Ｈ＝24mm時，逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道的凹陷變形值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，逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急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(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)計中取壁厚為24mm以上是適宜的。

可靠性驗證

試驗?zāi)康?/span>

通過將尺寸規(guī)格相近的逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道與鋼管分別進(jìn)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、逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道（分子量約為250萬），規(guī)格為Φ800×30 , 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)格相近的鋼管與逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道從距圓管頂部的高度H為10m的地方將重物自由釋放，進(jìn)行沖擊對比試驗，驗證逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道的可靠性。

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。

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，分別對超高分子量聚乙烯隧道逃生管道和鋼管進(jìn)行沖擊。實驗結(jié)果逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道道受到?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*性形變。

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(jìn)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，可計算出逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道和鋼管所受沖擊力和變形量如表1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，逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道抗沖擊性能*，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逃生通道-隧道鐵路應(yīng)急逃生通道，且其在受到石塊砸擊之后發(fā)生*性形變，難以恢復(fù)。 

結(jié)論

*采用超高分子量聚乙烯隧道逃生管道對公路隧道施工應(yīng)急救援通道進(jìn)行了設(shè)計。 同時，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道的結(jié)構(gòu)尺寸符合人體工程學(xué)原理，結(jié)構(gòu) 簡單，拆裝方便。 zui后，通過對超高分子量聚乙烯隧道逃生管道和鋼管進(jìn)行抗沖擊性對比試驗，驗證了應(yīng)用于公路隧道施工應(yīng)急救援的可靠性。

工程案例使用單位：

中鐵十九局云桂項目部（中鐵十九局集團(tuán)有限公司云桂鐵路YGZQ-4標(biāo)項目部隧道應(yīng)急逃生安全通道）
中鐵十二局仁博高速公路TJ16合同段項目部（廣東省韶關(guān)市新豐縣隧道應(yīng)急逃生安全通道）
云南云嶺高速公路交通科技有限公司物資分公司（云南省西雙版納勐臘縣隧道應(yīng)急逃生安全通道）
中鐵隧道局云桂鐵路項目部（云桂鐵路項目三分部隧道應(yīng)急逃生安全通道）
云南云嶺高速公路交通科技有限公司物資分公司（洛陽國潤新材為云南省西雙版納勐臘縣供應(yīng)公路隧道逃生管道  ）
中鐵十九局集團(tuán)云桂鐵路云南公司（洛陽國潤新材為云桂鐵路云南段正線供應(yīng)公路隧道安全應(yīng)急管道）
中鐵十九局集團(tuán)云桂鐵路云南公司（云桂鐵路云南段正線隧道應(yīng)急逃生安全通道）
中鐵二院云桂鐵路配合消防項目部（云桂鐵路施工部隧道應(yīng)急逃生安全通道）
中交四航局云桂鐵路項目部（云桂鐵路項目二分部那莫一號隧道應(yīng)急逃生安全通道）
中鐵十局云桂鐵路項目部（云桂鐵路項目公路隧道）
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