新型聚乙烯隧道逃生管道

新型超高分子量聚乙烯隧道逃生管道薄厚徑設計 隧道逃生管道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。

超高分子量聚乙烯隧道逃生管道（分子量約為250萬），規格為Φ800*30其主要參數取值為：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行沖擊，此時可根據能量守恒定 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。不同壁厚尺寸的圓管沖擊變形值得計算結果如表所示。

表1不同壁厚尺寸的超高分子量聚乙烯管沖擊變形值

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。當塊石下落高度ｈ＝7ｍ時、壁厚Ｈ＝24mm時，超高分子量聚乙烯隧道 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，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道變形凹陷后，管內的通行 空間為588mm，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，設計中取超高分子量聚乙烯隧道逃生管道壁厚為24mm以上是適宜的。

超高分子聚乙烯隧道逃生管具有優異的綜合性能，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、輕質性，且耐化學腐蝕、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、農業、化工等領域，具有廣泛的引用前景。

1、重量輕、同規格下重量僅為鋼管重量的1/3，拆裝和搬運方便。

2、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，然后迅速恢復原來形狀，為公路隧道施工逃生應急救援提供了極為安全可靠的保障。

3、管道環剛度高、耐壓性好、不易變形，在隧道施工中發生坍塌時，承壓能力和抗環境破壞能力遠遠超過一般管道。

4、耐磨損、抗老化，可長時間重復使用。

5、比以往鋼管管壁更光滑，摩擦系數為新鋼管的6分之1

逃生管道（新型材料）結構尺寸設計

根據應用人體測量學專家阿爾文·R·蒂利對人體測量學的研究成果可知，爬行高度為800mm，爬行長度為1520mm，圓管的直徑為≥585mm,人體通過較為舒適。根據Hertxz接觸力學理論，采用Thornton推理，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，設計中取逃生管道壁厚為30mm是適宜的。

新型逃生管道規格為φ800×30mm，每節3/米，每米69/公斤（鋼管每米重量200公斤）