隧道逃生管高分子隧道逃生管道抗老化

      洛阳正举新材料科技有限公司专业定制各种口径超高分子聚乙烯隧道逃生管道，

  超高分子量聚乙烯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，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。交通部门采用新材料（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，超高分子量聚乙烯应急救援通道的结构尺寸符合人体工 程学原理，结构简单，拆装方便。 ，通过对超高分子量聚乙烯逃生管道和钢管进行抗冲击性对比试验，验证了超高分子量聚乙烯逃生管道应用于公路隧道施工应急救援的可靠性。

针对公路隧道施工坍塌事故多发的情况，首次采用新材料（超高分子量聚乙烯材料）对公路隧道施工应急救援通道进行了设计研究。结合人体工程学原理，根据Hertz接触力学理论，采用Thonroton假设，对超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯逃生管道的结构尺寸进行了优化，并对通道的连接方式进行了设计。 ，通过抗冲击性试验，对超高分子量聚乙烯通道应用于公路隧道施工应急救援的可靠性进行了验证。试验结果表明，超高分子量聚乙烯通道结构尺寸合理，可靠，可应用于公路隧道施工应急救援。

    截至2008年底，我国公路隧道总数已达5426座，共319×104km，然而，我国公路隧道建设起步较晚，与国外发达 相比，相关技术水平仍较低， 加之公路隧道跨度大、施工工艺复杂、地形多变等特点，导致公路隧道建设过程中还存在诸多技术问题。 尽管随着我国公路隧道新奥法施工技术的日益成熟，穿越 复杂地质条件隧道的相关设计理论和修筑工艺取得了一定的成果，但在隧道建设中塌方事故却屡屡发生，施工问题异常严峻。

    超 高分子量聚乙烯隧道逃生管道，是一种由乙 烯、丁二烯单体在催化剂作用下，聚合而成的平均分子量在250万以上的线型结构热塑性工程塑料。 世界上早由 美国Allied Chemical公司于1957年实现工业化。 此后德国Hoechst公司、德国Her-cules公司、日本三井石油化学公司等也 投入工业化生产。我国于1964年早研制成功并投入工业生产。

 超高分子量聚乙烯隧道逃生管道具有优异的综合性能，具有 其他工程塑料无可比拟的耐冲击性、抗压性、耐磨损、抗老化、轻质性，且耐化学腐蚀、卫生、不 易 粘附，在国外被称为“神奇的塑料”。因此，其在机械、交通运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工等领域，具有广泛的引用前景。

●重量轻、仅为钢管重量的1/3左右，拆装和搬运方便。

●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。

根据应用人体测量学的先驱美国专家阿尔文·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。

 超高分子量聚乙烯隧道逃生管道

      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，圆管的小直径为650mm。 因此，公路隧道施工超高分子量聚乙烯隧道逃生管道，应急救援通道的内径必须≥650mm，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，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道的外径不宜过大，否则对施工的影响较大，故取超高分子量聚乙烯隧道逃生管道的外径为800mm。

超优质逃生管道,隧道逃生管道,轻质超高分子量聚乙烯隧道逃生管薄厚径设计

      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。

 超高分子量聚乙烯隧道逃生管道（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=611kg。

高分子量聚乙烯隧道逃生管应用

     ①超高分子量聚乙烯隧道逃生管道所用管材采用Φ800mm的超高分子量聚乙烯管道，管节长度为3m，壁厚30mm，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道可采用环型抱箍连接、钢制搭接锁扣连接，U型卡链扣连接，每端连接10mm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超高分子量聚乙烯隧道逃生管道经加工使用，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超高分子量聚乙烯隧道逃生管道采用φ800mm的承插超高分子量聚乙烯管道，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，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道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，承插超高分子量聚乙烯管道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超高分子量聚乙烯隧道逃生管道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，以随时确保逃生管道的效用。 

    ⑥超高分子量聚乙烯隧道逃生管道在经过掘进台阶时，应按顺延台阶布置，安装30°钢制过渡弯头顺延，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设置的超高分子量聚乙烯隧道逃生管道应平整、干燥、顺畅，不得作应急逃生以外用途。

    ⑧超高分子量聚乙烯隧道逃生管道布设长度为100m。

逃生管安装位置选定

安装位置的确定原则

通过对国内逃生设施现状的收集整理，对国内逃生设施研究现状进行调研，确定如下安装原则：

1、隧道施工时应在Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩地段预先设置逃生管道，逃生管采用φ600～φ800mm。

2、现场要求逃生管一端伸入已施作仰拱段不得小于 10m，另一端距离掌子面 15-20m。

3、逃生管的布设高度应以方便施工、留有机械操作空间、错开拱架接头和仰拱钢筋为原则。一般高于台阶高度 1m 左右，便于坍塌后被困人员进出。

4、逃生管的布设长度应结合开挖工法具体确定。

5、逃生管沿隧道上台阶边墙纵向安装，采用预先安设在边墙的锚杆（管）作为挂点，采用钢丝绳挂设于边墙上。为防止挂绳带动前方未稳定拱架，严禁在前方拱架上挂点。

逃生管安装位置

根据逃生管的安装原则，本位研究了不同施工工法及断面型式下逃生管的安装。双线铁路应考虑逃生管对仰拱施工的干扰，单线铁路除应考虑逃生管对仰拱施工的干扰外，还应考虑在出碴作业时车辆通行干扰。因此，综合考虑后，逃生管在隧道不同围岩、开挖方法时的安装配套形式如下。

1、单线铁路逃生设施安装

单线铁路全断面施工中，为方便机械作业，逃生管设置高 3.5m左右。如果发生坍塌，由于全断面施工无开挖台阶，不便于被困人员上下、进出逃生管，因此应设置救生梯，或者采用台架架空逃生管设置，两侧的台架需要兼做逃生人员的攀爬工具。逃生管的设置长度视具体情况确定。

单线隧道台阶法施工中，为方便机械作业和逃生人员进出逃生管道，逃生管设置高度应高于开挖台阶 1m 左右，且在长度上应伸入上台阶 1m 以上。按照两台阶坡长度 15m 计算，逃生管长度应选择 26m以上。

2、双线铁路逃生管安装

双线台阶法施工中，为方便机械作业和逃生人员进出逃生管道，逃生管设置高度应高于开挖台阶 1m 左右，且在长度上应伸入上台阶1m 以上。按照上中台阶坡长 15m 计算，逃生管长度应选择 26m 以上。

双线三台阶法施工中，为方便机械作业和逃生人员进出逃生管道，逃生管设置高度应高于开挖台阶 1m 左右，且在长度上应伸入上台阶1m 以上。按照上中台阶长度各 5m 计算，逃生管长度应选择 31m 以上。

双侧壁导坑法施工中，为方便机械作业和逃生人员进出逃生管道，而且在横撑拆除时无干扰，逃生管设置高度应高于横撑 1m 左右。逃生管长度上应伸入先导坑锁口范围内 1m 以上，逃生管长度应选择30m 以上。为避免坍塌造成逃生管失效，逃生管应设置在侧方。为方便人员上下、进出逃生管道，现场应设有逃生梯。

DN800隧道逃生管道-隧道逃生管道尺寸长度口径

超高分子聚乙烯隧道逃生管材的尺寸型号的设计是经过专业测量和专业人体测量学的专家的理论确定逃生管在隧道中的使用是非常符合人体学的。并经过大量的实验来证明：人在爬行移动时，较舒适的情况下爬行高度为800mm， 因此，公路隧道施工新型应急救援通道的内径必须≥800mm，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。

逃生管在隧道中使用可选择800*30/860*30的尺寸，逃生管重量轻、拆装和搬运方便。逃生管道使用简单，安装和移动所用时间短，设备简单易行，易于操作，中雄管业长期供应与各个项目厂商，材质由超高分子量聚乙烯材质精加工制成，该材质逃生管具有重量轻、拆装和搬运方便、管道韧性好、抗冲击强度高，管道环刚度高、耐压性好、不易变形等性能，能长时间使用。质量上是非常值得赖的！

 隧道逃生超高分子量聚乙烯管道具有优异的综合性能，具有其他工程塑料无可比拟的耐冲击性、抗压性、耐磨损、抗老化、轻质性，且耐化学腐蚀，在国外被称为“神奇的塑料”。因此其在机械、交通运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工等领域，具有广泛的引用前景。

1.耐冲击性。

耐冲击是逃生管道，超高分子逃生管道的另一重要特性。他的冲击强度非常高，他比以耐用消费品冲击著称的聚碳酸酯的冲击强度还高3--5倍，其冲击强度随分子量的增加提高。当分子量达到150万时，冲击强度达到 值，以后随着分子量增加冲击强度有所降低。

2.冲击能吸收性。

逃生管道，超高分子逃生管道还具有优异的冲击能吸收性，冲能吸收值在所有塑料中 ，因而，噪音阻尼行很好，具有优良的消音效果。

3.优良的抗内压强度，逃生管道，超高分子逃生管道耐环境应力开类性，抗快速开裂性。

     超高分子量聚乙烯隧道逃生管道材料重量轻，拆装和搬运方便；超高分子量聚乙烯隧道逃生管道韧性好、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，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。交通部门采用新材料（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，超高分子量聚乙烯应急救援通道的结构尺寸符合人体工 程学原理，结构简单，拆装方便。 ，通过对超高分子量聚乙烯逃生管道和钢管进行抗冲击性对比试验，验证了超高分子量聚乙烯逃生管道应用于公路隧道施工应急救援的可靠性。

逃生管安装位置选定

安装位置的确定原则

通过对国内逃生设施现状的收集整理，对国内逃生设施研究现状进行调研，确定如下安装原则：

1、隧道施工时应在Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩地段预先设置逃生管道，逃生管采用φ600～φ800mm。

2、现场要求逃生管一端伸入已施作仰拱段不得小于 10m，另一端距离掌子面 15-20m。

3、逃生管的布设高度应以方便施工、留有机械操作空间、错开拱架接头和仰拱钢筋为原则。一般高于台阶高度 1m 左右，便于坍塌后被困人员进出。

4、逃生管的布设长度应结合开挖工法具体确定。

5、逃生管沿隧道上台阶边墙纵向安装，采用预先安设在边墙的锚杆（管）作为挂点，采用钢丝绳挂设于边墙上。为防止挂绳带动前方未稳定拱架，严禁在前方拱架上挂点。

逃生管安装位置

根据逃生管的安装原则，本位研究了不同施工工法及断面型式下逃生管的安装。双线铁路应考虑逃生管对仰拱施工的干扰，单线铁路除应考虑逃生管对仰拱施工的干扰外，还应考虑在出碴作业时车辆通行干扰。因此，综合考虑后，逃生管在隧道不同围岩、开挖方法时的安装配套形式如下。

1、单线铁路逃生设施安装

单线铁路全断面施工中，为方便机械作业，逃生管设置高 3.5m左右。如果发生坍塌，由于全断面施工无开挖台阶，不便于被困人员上下、进出逃生管，因此应设置救生梯，或者采用台架架空逃生管设置，两侧的台架需要兼做逃生人员的攀爬工具。逃生管的设置长度视具体情况确定。

单线隧道台阶法施工中，为方便机械作业和逃生人员进出逃生管道，逃生管设置高度应高于开挖台阶 1m 左右，且在长度上应伸入上台阶 1m 以上。按照两台阶坡长度 15m 计算，逃生管长度应选择 26m以上。

2、双线铁路逃生管安装

双线台阶法施工中，为方便机械作业和逃生人员进出逃生管道，逃生管设置高度应高于开挖台阶 1m 左右，且在长度上应伸入上台阶1m 以上。按照上中台阶坡长 15m 计算，逃生管长度应选择 26m 以上。

双线三台阶法施工中，为方便机械作业和逃生人员进出逃生管道，逃生管设置高度应高于开挖台阶 1m 左右，且在长度上应伸入上台阶1m 以上。按照上中台阶长度各 5m 计算，逃生管长度应选择 31m 以上。

双侧壁导坑法施工中，为方便机械作业和逃生人员进出逃生管道，而且在横撑拆除时无干扰，逃生管设置高度应高于横撑 1m 左右。逃生管长度上应伸入先导坑锁口范围内 1m 以上，逃生管长度应选择30m 以上。为避免坍塌造成逃生管失效，逃生管应设置在侧方。为方便人员上下、进出逃生管道，现场应设有逃生梯。

 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是指粘均分子量在250万以上的线性结构聚乙烯（PE），由于其分子量极高，具有耐磨损、耐冲击、耐腐蚀、自润滑等优异的综合性能，被称为“令人惊异的塑料”，但成型加工较为困难。近年来由于柱塞推压、单螺杆挤出等技术的突破，使UHMWPE管材得以实现了工业化连续生产。

超高分子量聚乙烯管特点：

一、耐磨性具塑料之冠，比尼龙66、聚四氟乙烯高4倍，是碳钢、不锈钢的7－10倍；

    二、冲击强度列通用工程塑料之首，为聚氯乙烯的20倍、的两倍、的五倍，且能在－196摄氏度下保持。无论是外力强冲击，还是内部压力波动都难以使其开裂，这是其它任何塑料没有的特性；

三、冲击能吸收值在所有塑料中 ，且具有消音性；

四、磨擦系数低，仅为0.07~0.11，故具有自润滑性。在水润滑条件下，其动磨擦系数比66和聚甲醛低一半。

五、不结垢、不粘附（抗粘附能力可与聚四氟乙烯媲美），因此流动阻力很小，可长期保持流速和流量不减。其内径设计可比钢管减小15%；

六、化学稳定性好，具有优良的耐化学药品性；

七、优良的憎水性，吸水率小於0.01%，仅为的1%；

八、优良的抗内压强度，耐环境应力开裂性、抗快速开裂性；

九、卫生、，可接触食品和药物；

十、良好的耐候性和抗老化性。超高分子量聚乙烯分子链中不饱和集团很少，且分子量大，本身就具有很好的稳定性。通过添加适当助剂更使得超高管材使用寿命大大超过普通聚乙烯管材。使用60年左右，超高管材仍可 保持70以上的机械性能；

十一、易连接、安装方便；

十二、经济效益高，超高管材的安装费用比传统材料低得多，加之耐腐蚀、耐磨损、耐候性等诸多因素综合比较，经济效益是钢管的4－6倍。

超高分子量聚乙烯管安装注意事项：

      一、地面上的超高分子量聚乙烯管应尽量避免与道路、铁路和航道交叉。在不能避免交叉时，交叉处跨越的高度也应能使行人和车船通过。地下的管道一般沿道路敷设，各种管道之间保持适当的距离，以便安装和维修。

    二、超高分子量聚乙烯管可能承受许多种外力的作用，包括本身的重量、流体作用在管端的推力、风雪载荷、土壤压力、热胀冷缩引起的热应力、振动载荷和地震灾害等。

      三、为了保证管道的强度和刚度，必须设置各种支(吊)架，如活动支架、固定支架、导向支架和弹簧支架等。支架的设置根据管道的直径、材质、管子壁厚和载荷等条件决定。固定支架用来分段控制管道的热伸长，使膨胀节均匀工作;导向支架使管子仅作轴向移动，为了排除凝结水，蒸汽和其他含水的气体管道应有一定的坡度，一般不小于千分之二。

      四、对于利用重力流动的地下排水管道，坡度不小于千分之五。蒸汽或其他含水的气体管道在 点设置排水管或疏水阀，某些气体管道还设有气水分离器，以便及时排去水液，防止管内产生水击和阻碍气体流动。给水或其他液体管道在 点设有排气装置，排除积存在管道内的空气或其他气体，以防止气阻造成运行失常。

     五、超高分子量聚乙烯管如不能自由地伸缩，就会产生巨大的附加应力。因此，在温度变化较大的管道和需要有自由位移的常温管道上，需要设置膨胀节，使管道的伸缩得到补偿而附加应力的影响。

超高分子量聚乙烯管道的应用领域：

冶金：矿浆、冶金废渣的输送。

热电：灰浆（大力冲灰）的输送。

石油：原油污水的输送。

煤炭矿业：原矿、尾矿、精矿等矿浆的输送；选矿厂、选煤厂洗选固液混合物；矿井填充；煤浆的输送。

疏浚行业：港口、江河、湖泊淤泥的输送。

盐业及盐化工：盐水、盐湖清淤、卤水的输送。

建筑：混料泵车的泥浆。

市政：下水污泥、城市河流、湖泊、淤泥、工地挖泥排送。

粮食：小麦、面粉、大米、谷物、大豆、玉米等磨损性强的颗粒物输送。

建材：沙石、水泥、石灰、耐火材料、被烧矿、矾土、石膏、混凝土的输送

随着我国铁路、公路及地铁等交通设施的大力建设，由于隧道工程可有效的缩短线路长度，隧道及地下工程的应用越来越广泛。据不完全统计，我国在建铁路项目的隧道比例已达 40%以上，特别是近年高速铁路及西南山区铁路的建设， 隧道工程比例逐步上升，部分铁路项目隧道比例已达到或超过 80%。隧道工程的逐年增加，长大、复杂地质隧道的逐年增多，隧道施工引发的重特大伤亡事故屡见报端，据 2009 年~2013 年统计隧道施工事故共发生 33 次，死亡人数 155 人，造成的财产损失不可估量。在这些隧道施工事故中隧道塌方关门事故占 1/3 以上，仅 2014 年隧道塌方关门事故就发生 6 次，共造成 62 名施工人员被困，其中有 53 名作业人员通过救援成功获救。因此隧道塌方关门是隧道施工中发生频率 、危害程度较大的事故类型，其不仅给施工单位造成巨大的经济损失，还会引起施工人员的伤亡。与其它瓦斯爆炸、有害气体等事故类型不同，隧道塌方关门事故有其自身的特点，一般情况下隧道塌方关门后，其塌方体与作业掌子面之间存在一定的空间可以满足施工人员在一定时间内的生存条件，若不再发生次生灾害、救援及时得当可避免或减少人员伤亡，降低财产损失。因此在隧道施工过程中除从勘测至施工中加强加深对塌方风险的认识及预判工作，进一步提高施工作业水平及机械化配套程度外，更重要的是加强塌方风险的应急预案设计及塌方逃生设施的配置，因此配置逃生设施作为塌方预设的救助设施就显得尤为重要。隧道施工逃生设施的配置及安装技术总结

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所谓管道逃生是指在隧道掌子面后方与掌子面之间设置一根管道，该管道在隧道发生塌方关门后仍能保证其不破坏，从而应急救援能力，赢得宝贵的救援时间，为作业人员提供逃生通道。为此铁道部 2010 年下发的《铁路隧道施工抢险救援指导意见》（铁建设【2010】88 号）中明确规定隧道施工时应在Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩地段预先设置逃生管道。管道采用φ600～φ800mm 的承插钢管。但自 2010 年以来隧道工程发生的塌方关门事故中均未有效设置逃生管道，经长期现场考察发现其原因一方面是施工单位未引起足够的重视，另一方面是施工现场使用的钢管存在造价高、重量大、施工干扰多、接口多、不密封、耐腐蚀性差等缺点，施工时经常搁置在洞室外，关门塌方时不能起到应急逃生的作用，成为极大的隐患。针对我国目前隧道工程的逐年增多、地质复杂程度逐年增大，隧道关门塌方风险越来越高，研究既满足塌方逃生需要，造价又低、质量轻、施工干扰小的新型管道逃生设施是非常必要的。