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(shè)計(jì) 隧道逃生管道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。

超高分子量聚乙烯隧道逃生管道（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=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(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(dāng)塊石下落高度ｈ＝7ｍ時(shí)、壁厚Ｈ＝24mm時(shí)，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(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)，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道變形凹陷后，管內(nèi)的通行 空間為588mm，滿足人體工程學(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(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、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。

1、重量輕、同規(guī)格下重量僅為鋼管重量的1/3，拆裝和搬運(yùn)方便。

2、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。

3、管道環(huán)剛度高、耐壓性好、不易變形，在隧道施工中發(fā)生坍塌時(shí)，承壓能力和抗環(huán)境破壞能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般管道。

4、耐磨損、抗老化，可長時(shí)間重復(fù)使用。

5、比以往鋼管管壁更光滑，摩擦系數(shù)為新鋼管的6分之1

逃生管道（新型材料）結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用人體測量學(xué)專家阿爾文·R·蒂利對人體測量學(xué)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(jù)Hertxz接觸力學(xué)理論，采用Thornton推理，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)中取逃生管道壁厚為30mm是適宜的。

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