隧道逃生管道的材質(zhì)選?。?/span>

 

高分子量聚隧道逃生管道，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(jié)構(gòu)熱塑性工程塑料。 世界上最早由 美國Allied Chemical公司于1957年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 此后德國Hoechst公司、德國Her-cules公司、日本三井石油化學(xué)公司等也 投入工業(yè)化生產(chǎn)。我國于1964年最早研制成功并投入工業(yè)生產(chǎn)。 

   高分子量聚隧道逃生管道具有優(yōu)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(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(jī)械、交通運(yùn)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(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)過一般管道。

隧道逃生管材性能介紹：

隧道逃生高分子量聚管道具有優(yōu)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(zhì)性，且耐化學(xué)腐蝕，在國外被稱為“神奇的塑料”。因此其在機(jī)械、交通運(yùn)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。

1.耐沖擊性。

耐沖擊是逃生管道，高分子逃生管道的另一重要特性。他的沖擊強(qiáng)度非常高，他比以耐用消費(fèi)品沖擊著稱的聚碳酸酯的沖擊強(qiáng)度還高3--5倍，其沖擊強(qiáng)度隨分子量的增加提高。當(dāng)分子量達(dá)到150萬時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到值，以后隨著分子量增加沖擊強(qiáng)度有所降低。

2.沖擊能吸收性。

逃生管道，高分子逃生管道還具有優(yōu)異的沖擊能吸收性，沖能吸收值在所有塑料中，因而，噪音阻尼行很好，具有優(yōu)良的消音效果。

3.優(yōu)良的抗內(nèi)壓強(qiáng)度，逃生管道，高分子逃生管道耐環(huán)境應(yīng)力開類性，抗快速開裂性。

高分子量聚隧道逃生管道材料重量輕，拆裝和搬運(yùn)方便；高分子量聚隧道逃生管道韌性好、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，高分子量聚隧道逃生管道為 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)過 一般管道。交通部門采用新材料（高分子量聚）對公路 隧道施工應(yīng)急救援通道進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 同時(shí)，高分子量聚應(yīng)急救援通道的結(jié)構(gòu)尺寸符合工 程學(xué)原理，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。 最后，通過對高分子量聚逃生管道和鋼管進(jìn)行抗沖擊性對比試驗(yàn)，驗(yàn)證了高分子量聚逃生管道應(yīng)用于公路隧道施工應(yīng)急救援的可靠性。

隧道逃生管結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)：

針對公路隧道施工坍塌事故多發(fā)的情況，首次采用新材料（高分子量聚材料）對公路隧道施工應(yīng)急救援通道進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。結(jié)合工程學(xué)原理，根據(jù)Hertz接觸力學(xué)理論，采用Thonroton假設(shè)，對高分子量聚高分子量聚逃生管道的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，并對通道的連接方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，通過抗沖擊性試驗(yàn)，對高分子量聚通道應(yīng)用于公路隧道施工應(yīng)急救援的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，高分子量聚通道結(jié)構(gòu)尺寸合理，安全可靠，可應(yīng)用于公路隧道施工應(yīng)急救援。

根據(jù)應(yīng)用測量學(xué)的先驅(qū)美國專家阿爾文·R·蒂利對測量學(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，爬行長度為1520mm，如圖2所示

 

截至2008年底，我國公路隧道總數(shù)已達(dá)5426座，共319×104km，然而，我國公路隧道建設(shè)起步較晚，與國外發(fā)達(dá)國家相比，相關(guān)技術(shù)水平仍較低， 加之公路隧道跨度大、施工工藝復(fù)雜、地形多變等特點(diǎn)，導(dǎo)致公路隧道建設(shè)過程中還存在諸多技術(shù)問題。 盡管隨著我國公路隧道新奧法施工技術(shù)的日益成熟，穿越 復(fù)雜地質(zhì)條件隧道的相關(guān)設(shè)計(jì)理論和修筑工藝取得了一定的成果，但在隧道建設(shè)中塌方事故卻屢屢發(fā)生，施工安全問題異常嚴(yán)峻。

據(jù)2004年～2007年隧道施工事故資料初步統(tǒng)計(jì)，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(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)

，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(xiǎn)性嚴(yán)重威脅著工程安全，甚至給國家與人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。

因此，對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、高耐壓性以及重量輕，搬運(yùn)方便等優(yōu)良性能。

通過對高分子量聚逃生管道進(jìn)行抗沖擊試 驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)，論證了高分子量聚管用于公路隧道施工應(yīng)急救援通道的可行性。同時(shí)，還從工程學(xué)的角度，對高分子量聚應(yīng)急救援通道的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。

高分子量聚隧道逃生管道薄厚徑設(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。 

   高分子量聚隧道逃生管道（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=611kg。

   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，分別對高分子量聚隧道逃生管道和鋼管進(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。

表1不同壁厚尺寸的高分子量聚隧道逃生管道沖擊變形值

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)，高分子量聚隧道逃 生管道的凹陷變形值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)，高分子量聚隧道逃生管道變形凹陷后，管內(nèi)的通行 空間為588mm，滿足工程學(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)中取高分子量聚隧道逃生管道壁厚為 30mm是適宜的。

隧道逃生管材性能表：

  用于公路隧道施工中的高分子量聚隧道逃生管道在符合工程學(xué)原理、兼顧牢固性的同時(shí)，還需滿足公路隧道施工應(yīng)急救援功能性要求，連接方式簡單、拆裝方便。因此，對應(yīng)急救援通道進(jìn)行了如下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

 
    本 著拆裝方便的原則，公路高分子量聚--隧道逃生管道與管道之間的連接方式為柔性連接。故在安裝施工組織中較為方便，當(dāng)首次安裝時(shí)，只需將兩管對接， 用鐵鏈將兩管端頭的鏈條連接并拉緊扣牢即可。其中，鏈條端配有掛鉤，U型卡與鏈扣相連，鏈條長度可根據(jù)扣緊程度由掛鉤扣在U型卡上的位置自由調(diào)節(jié)。

 安裝使用說明;

1.抱箍連接

經(jīng)過多年的施工經(jīng)驗(yàn)及項(xiàng)目反饋，保留下來的是兩種，這個(gè)是其中的一種。屬于硬連接。使用材質(zhì)是符合管道口徑的鋼制的抱箍，這種連接方式外觀工整，隧道出現(xiàn)慢彎的情況下不利于調(diào)節(jié)，如果施工路段平整的話，使用這種連接方式?jīng)]有問題。

2.鏈條連接

鏈條連接是性價(jià)比高的一種連接方式，連接方便不需要復(fù)雜發(fā)工藝，只要將鏈條套入U型卡，然后插入管道預(yù)先留好的卡槽中，上好螺絲就行了。施工簡單快捷連接強(qiáng)度高，一般連接好兩個(gè)管道只需要2分鐘。而且這種連接方式在遇到路面不平整或者慢彎的時(shí)候會(huì)非常好調(diào)節(jié)。鏈條可以伸爽能讓管道更好與路面貼合，所以這種連接方式是隧道中常用的一種連接

高分子量聚隧道逃生管道可靠性驗(yàn)證： 
試驗(yàn)?zāi)康?/span> 
    通過將尺寸規(guī)格相近的高分子量聚隧道逃生管道與鋼管分別進(jìn)行抗沖擊試驗(yàn)，論證這種高分子量聚材料應(yīng)用于公路隧道坍塌逃生應(yīng)急救援的可行性。
試驗(yàn)材料
    1、Q235螺旋縫埋弧焊鋼管，規(guī)格為Φ620×10。 屈服強(qiáng)度σ1=215GPa，彈性模量彈性模量E1=210MPa；泊松比ν1=0.25。
    2、高分子量聚隧道逃生管道（分子量約為250萬），規(guī)格為Φ636×24 , 屈服強(qiáng)度σ1=3.7GPa，彈性模量E1=700MPa；泊松比ν1=0.42。
試驗(yàn)要求及方法
    采用尺寸規(guī)格相近的鋼管與高分子量聚隧道逃生管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(yàn)，驗(yàn)證高分子量聚隧道逃生管道的可靠性。
    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。

高分子量聚隧道逃生管道壓力測試

    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(shí)，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(shí)驗(yàn)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，分別對高分子量聚隧道逃生管道和鋼管進(jìn)行沖 擊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果高分子量聚隧道逃生管道受到?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)生永久性形 變。 

高分子量聚隧道逃生管道耐沖擊測試

    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(jì)算。在石塊自由下落時(shí)，石塊瞬時(shí)速度可由能量守 恒定律求出， Vt=14m/s。同時(shí)，可計(jì)算出高分子量聚隧道逃生管道和鋼管所受沖擊力和變形量如表2 所示。

表2  高分子量聚隧道逃生管道與鋼管受沖擊力及變形量對比表

 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(shí)，高分子量聚隧道逃生管道抗沖擊性能極高，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高分子量聚隧道逃生管道，且其在受到石塊砸擊之后發(fā)生永久性形變，難以恢復(fù)。 
.高分子量聚隧道逃生管道耐壓測試

首次采用高分子量聚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(jì)。 同時(shí)，高分子量聚隧道逃生管道的結(jié)構(gòu)尺寸符合工程學(xué)原理，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。 最后，通過對高分子量聚隧道逃生管道和鋼管進(jìn)行抗沖擊性對比試驗(yàn)，驗(yàn)證了高分子量聚隧道逃生管道應(yīng)用于公路隧道施工應(yīng)急救援的可靠性。

高分子量聚隧道逃生管道應(yīng)用

    1、高分子量聚隧道逃生管道所用管材采用Φ800mm的高分子量聚管道，管節(jié)長度為3m，壁厚30mm，高分子量聚隧道逃生管道可采用環(huán)型抱箍連接、鋼制搭接鎖扣連接，U型卡鏈扣連接，每端連接10mm固定。為保證管道承受坍塌體的壓力，對采用的材質(zhì)管材，必須確保其承壓能力和連接頭的牢固，并經(jīng)試驗(yàn)室具體試驗(yàn)后，方可用于隧道中。

    ②、施工現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)隧道圍巖、掘進(jìn)開挖方式等情況備足管道和連接材料，除整節(jié)管道外，應(yīng)同時(shí)備足1米、2米、3米短節(jié)管道、轉(zhuǎn)接接頭。

    ③高分子量聚隧道逃生管道經(jīng)加工使用，結(jié)合材質(zhì)及現(xiàn)場實(shí)際情況分別進(jìn)行加工，連接簡單、牢固、緊密可靠，且在地面做好臨時(shí)固定措施，施工時(shí)管口可加臨時(shí)封蓋，并易于打開和封閉。

    ④高分子量聚隧道逃生管道采用φ800mm的承插高分子量聚管道，設(shè)置起點(diǎn)為施作好的二襯端頭處，距二襯端頭距離不得大于5米，從襯砌工 作面布置至距離開挖面20m以內(nèi)的適當(dāng)位置，高分子量聚隧道逃生管道沿著初期支護(hù)的一側(cè)向掌子面鋪設(shè)，管內(nèi)預(yù)留工作繩，方便逃生、搶險(xiǎn)、聯(lián)絡(luò)和傳輸 各種物品，承插高分子量聚管道縱向連接可采用鏈條等措施，防止坍塌時(shí)將高分子量聚管道沖脫。

    ⑤高分子量聚隧道逃生管道在二襯臺車移動(dòng)就位過程中，臨時(shí)拆移時(shí)應(yīng)逐節(jié)拆除，嚴(yán)禁一次拆除到位，以隨時(shí)確保逃生管道的效用。

⑥高分子量聚隧道逃生管道在經(jīng)過掘進(jìn)臺階時(shí)，應(yīng)按順延臺階布置，安裝30°鋼制過渡彎頭順延，其管道架空高度和長度以不影響施工并便于開啟逃生窗口為宜。

 ⑦設(shè)置的高分子量聚隧道逃生管道應(yīng)平整、干燥、順暢，不得作應(yīng)急逃生以外用途。

⑧高分子量聚隧道逃生管道布設(shè)長度為100m。

逃生管道連接方式：

高分子量聚隧道逃生管道連接方式--U型卡鏈扣連接

 

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