超高分子隧道逃生管道

河南德远橡塑制品有限公司针对公路隧道施工坍塌事故多发的情况，首次采用新材料在催化剂作用下，聚合而成的平均分子量在200万以上的对公路隧道施工应急救援通道进行了设计研究。超高分子量聚乙烯管材是目前新型的隧道逃生管道的首选！
超高分子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极为安全可靠的保障。
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。
隧道逃生管结构尺寸设计根据应用人体测量学的先驱美国著名专家阿尔文?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。 
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，圆管的最小直径为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。
超高分子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。
隧道逃生管（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。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。
超高聚乙烯隧道逃生管道可靠性验证
试验目的
通过将尺寸规格相近的隧道逃生管与钢管分别进行抗冲击试验，论证超高管应用于公路隧道坍塌逃生应急救援的可行性。
试验材料
1、Q235螺旋缝埋弧焊钢管，规格为Φ620?0。 屈服强度σ1=215GPa，弹性模量弹性模量E1=210MPa；泊松比ν1=0.25。
2、隧道逃生管（分子量约为250万），规格为Φ800?0 , 屈服强度σ1=3.7GPa，弹性模量E1=700MPa；泊松比ν1=0.42。
从结果中可以看出，10m高处落下的石块的冲击能非常大。同时，隧道逃生管抗冲击性能极高，外力冲击不能使其破裂。而且，其具有很好的韧性和吸收冲击能的性能，受到大石块冲击的过程中，能够吸收大部分的冲击能，减少对管道的破坏。钢管抗冲击性能不如隧道逃生管，且其在受到石块砸击之后发生永久性形变，难以恢复。