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逃生管道
超高分子量聚乙烯隧道逃生管道为 公路隧道施工逃生应急救援提供了极为安全可靠的保障;管道环刚度高、耐压性好、不易变形,在公路隧道施工中发生坍塌时,承压能力和抗环境破坏能力远远超过 一般管道。*门采用新材料(超高分子量聚乙烯)对公路 隧道施工应急救援通道进行了设计。 同时,超高分子量聚乙烯隧道的结构尺寸符合人体工 程学原理,结构简单,拆装方便。 zui后,通过对超高分子量聚乙烯和钢管进行抗冲击性对比试验,验证了超高分子量聚乙烯应用于公路隧道施工应急救援的可靠性。
我公司生产的新型逃生管道规格为φ800×30mm,每节长度3米,每米重量69公斤(φ820*10mm钢管每米重量200公斤)。
隧道逃生管道优异性
1、重量轻、同规格下重量仅为钢管重量的1/8,拆装和搬运方便。
2、管道韧性好、抗冲击强度高,受到强外力冲击时瞬间变形,吸收大量冲击能量,然后迅速恢复原来形状,为公路隧道施工逃生应急救援提供了安全可靠的保障。
3、管道环刚度高、耐压性好、不易变形,在隧道施工中发生坍塌时,承压能力和抗环境破坏能力远远超过一般管道。
4、耐磨损、抗老化,可长时间重复使用。
隧道逃生管道结构尺寸设计
根据应用人体测量学的美国*专家阿尔文·R·蒂利对人体测量学的研究成果可知,人在爬行移动时,较舒适的情况下爬行高度为800mm,爬行长度为1520mm,如图2所示。
阿尔文·R·蒂利指出,在全身进入式上下通行的圆形洞口底部出入口爬行通过时,圆管的zui小直径为585mm。 因此,公路隧道施工新型应急救援通道的内径必须≥585mm,才能保证人体的正常 通过。
同时,考虑到公路隧道施工现场的实际情况,应急救援通道的外径不宜过大,否则对施工的影响较大,故取超高分子量聚乙烯管道的外径为800mm。
新型隧道逃生管道薄厚径设计
薄壁圆管在受到隧道顶部大能量块石侧向冲击的过程中,结构下半部分的整体弯曲变形较小,变形以冲击点局部凹陷为主。
根据Hertxz接触力学理论,采用Thornton假设,设材料具有理想弹塑性,则两接触物体之间的接触压力,在能量分析的基础上,圆管受到侧向冲击时局部凹陷值△与侧向载荷 P之间的关系,则可推出圆管受到侧向冲击时局部凹陷值,为圆管材料的屈服应力;H为圆管的厚;D为圆管的直径。
隧道(分子量约为250万),规格为Φ800*30其主要参数取值为:屈服强度σ1=3.7GPa,弹性模量:E1=700MPa;泊松比ν1=0.42; 密度:ρ1=950kg/m3 。
冲击试件为块状花岗岩,初步选定岩块直径为0.67m,岩体参数取值为:弹性模量 E2=40GPa, 泊松比ν2=0.2 ,密度ρ2=2500kg/m3。 岩块重量 W=400kg。
取隧道中心及边顶部到圆管顶部的高度的极限值H为7m和5m,将块石自由释放,分别对隧道逃生管和钢管进行冲击,此时可根据能量守恒定律计算出岩块下落速度,分别为v1=11.7m/s和v1=9.9m/s。 取不同圆管壁厚H进行计算,不同壁厚尺寸的圆管冲击变形值得计算结果如表1 所示。
从表1中可以看出,随着圆管壁厚的增加,块石下落引起的圆管凹陷变形值越来越小。当块石下落高度h=7m时、壁厚H=24mm时,隧道逃生管的凹陷变形值Δ=0.048m,约为圆 管直径的8%;当下落高度h=5m时、壁厚H=24mm时,凹陷变形值 Δ=0.038m,变形值更小。此时,隧道逃生管变形凹陷后,管内的通行 空间为588mm,满足人体工程学要求,人能安全通过应急通道。当壁厚较小时,变形值增大,可能不安全%当壁厚更大时,尽管安全性增加,但管材重量 也随之增加,致使成本上升,搬运困难。 因此,设计中取隧道逃生管壁厚为24mm是适宜的。
隧道逃生管道的几种连接方式
抱箍连接
二级开挖用135°转接弯头
对夹式金属连接件
链条链接
隧道逃生管道工程案例
中铁二十四局集团有限公司(福建泉州兴泉铁路宁泉九标项目部绿谷隧道碧岭、石门、石砻隧道广东省韶关市新丰县供应隧道)
中铁十七局集团有限公司(福建漳州龙海市福厦高铁项目部)
福建中业贸易有限公司(福建厦门市湖里区地铁项目)
贵州路桥建设工程有限公司成都机场高速项目
中交四航局云桂铁路项目部(云桂铁路项目二分部那莫一号隧道)
中铁隧道局云桂铁路项目部(云桂铁路项目三分部隧道逃生管)
中铁十局云桂铁路项目部(云桂铁路项目隧道)
中铁十二局沪昆铁路项目部(中铁十二局集团湖南段项目部隧道逃生管)
中铁十九局云桂项目部(中铁十九局集团云桂铁路项目部隧道)
中铁十二局仁博高速公路(广东省韶关市新丰县隧道逃生管)
云南云岭高速公路交通科技有限公司(云南省西双版纳勐腊县隧道)
中铁十九局集团云桂铁路云南公司(云桂铁路云南段正线隧道逃生管)
中铁二院云桂铁路配合消防项目部(云桂铁路施工部隧道)
东盟营造工程有限公司----贵州六盘水市钟山区德坞社区马姚路六威5标段
中交*公路工程局有限公司----贵州六盘水六威11标高速公路项目
中交第二公路工程局有限公司----贵州铜仁铜怀高速项目部
隧道逃生管应用:
①所用管材采用φ800mm的,管节长度为3m,壁厚30mm,管节间可采用直径大于直径的套管连接,每端连接1m,采用橡胶圈或木楔临时固定。为保证管道承受坍塌体的压力,对采用的材质管材,必须确保其承压能力和连接头的牢固,并经试验室具体试验后,方可用于隧道中。
②施工现场应根据隧道围岩、掘进开挖方式等情况备足管道和连接材料,除整节管道外,应同时备足1米、2米、3米短节管道、转接接头。
③经加工使用,结合材质及现场实际情况分别进行加工,连接简单、牢固、紧密可靠,且在地面做好临时固定措施,施工时管口可加临时封盖,并易于打开和封闭。
④采用φ800mm的承插,设置起点为施作好的二衬端头处,距二衬端头距离不得大于5米,从衬砌工作面布置至距离开挖面20m以内的适当位置,沿着初期支护的一侧向掌子面铺设,管内预留工作绳,方便逃生、抢险、联络和传输各种物品,承插纵向连接可采用链条等措施,防止坍塌时将超高分子量聚乙烯管道冲脱。
⑤超在二衬台车移动就位过程中,临时拆移时应逐节拆除,严禁一次拆除到位,以随时确保的效用。
⑥在经过掘进台阶时,应按顺延台阶布置,安装135°转接接头顺延,其管道架空高度和长度以不影响施工并便于开启逃生窗口为宜。
⑦应平整、干燥、顺畅,不得作应急逃生以外用途。
结论
*采用隧道逃生管对隧道施工应急救援通道进行了设计。 同时,隧道逃生管的结构尺寸符合人体工程学原理,结构 简单,拆装方便。 zui后,通过对隧道逃生管和钢管进行抗冲击性对比试验,验证了隧道逃生管应用于公路隧道施工应急救援的可靠性。