公路隧道救援安全逃生管道

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(yùn)方便；管道韌性好、抗沖擊強(qiáng)度高，受到強(qiáng)外力沖擊時(shí)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(shí)，承壓能力和抗環(huán)境破壞能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般管道。交通部門采用新材料（超高分子量聚乙烯）對(duì)公路 隧道施工應(yīng)急救援通道進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 同時(shí)，新型應(yīng)急救援通道的結(jié)構(gòu)尺寸符合人體工程學(xué)原理，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，拆裝方便。 最后，通過對(duì)超高分子量聚乙烯逃生管道和鋼管進(jìn)行抗沖擊性對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了超高分子量聚乙烯逃生管道應(yīng)用于隧道施工應(yīng)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(jì)，我國(guó)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(fù)雜性，公路隧道施工事故發(fā)生率比其他巖土工程高且嚴(yán)重，事故統(tǒng)計(jì)如圖1所示

圖公路、鐵路隧道施工事故統(tǒng)計(jì)（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(hào)大敵，其高發(fā)性和高危險(xiǎn)性嚴(yán)重威脅著工程安全，甚至給國(guó)家與人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失 。 
因此，對(duì)公路隧道施工坍塌應(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(cái)產(chǎn)損失，對(duì)提高公路隧道建設(shè)的安全性具 有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 然而，現(xiàn)行公路隧道施工中所用的坍塌逃生應(yīng)急救援通道為鋼管，質(zhì)量大，較為笨重，拆裝和搬運(yùn)不便，使用效率不高。同時(shí)，在公路隧道逃生應(yīng)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(shè)計(jì) 
        根據(jù)應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)的先驅(qū)美國(guó)著名專家阿爾文·R·蒂利對(duì)人體測(cè)量學(xué)的研究成果可知，人在爬行移動(dòng)時(shí)，較舒適的情況下爬行高度為800mm，爬行長(zhǎng)度為1520mm，如圖2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(shí)，圓管的最小直徑為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(shí)，考慮到公路隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，應(yīng)急救援通道的外徑不宜過大，否則對(duì)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(shè)計(jì) 
        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(diǎn)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(shí)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(shí)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。 
        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(qiáng)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(duì)逃生管道-公路鐵路超高分子逃生通道和鋼管進(jìn)行沖擊，此時(shí)可根據(jù)能量守恒定律計(jì)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(jì)算，不同壁厚尺寸的圓管沖擊變形值得計(jì)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(dāng)塊石下落高度ｈ＝7ｍ時(shí)、壁厚Ｈ＝24mm時(shí)，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(dāng)下落高度h＝5ｍ時(shí)、壁厚Ｈ＝24mm時(shí)，凹陷變形值 Δ＝0.038m，變形值更小。此時(shí)，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(xué)要求，人能安全通過應(yīng)急通道。當(dāng)壁厚較小時(shí)，變形值增大，可能不安全%當(dāng)壁厚更大時(shí)，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(yùn)困難。 因此，設(shè)計(jì)中取公路隧道救援安全逃生管道壁厚為24mm以上是適宜的。