隧道逃生管道的應(yīng)用

隧道洞口覆蓋層薄、圍巖的自支護(hù)能力比較弱，有的甚至沒有自支護(hù)能力。因此在洞口段施工中重要的是提高圍巖的自支護(hù)能力，隧道逃生管道是保證開挖及后續(xù)作業(yè)的進(jìn)行。尤其是在淺埋、破碎、滑坡、崩塌、軟弱、地下水豐富并具有軟弱夾層等極易發(fā)生滑移、坍塌的地段，更需要隧道逃生管道來保障隧道施工人員的。

        據(jù)2004年～2007年隧道施工事故資料初步統(tǒng)計(jì)，我國(guó)共發(fā)生39起（公路、鐵路）隧道施工事故。由于地質(zhì)條件的多樣性和復(fù)雜性，公路隧道施工事故發(fā)生率比其他巖土工程高且嚴(yán)重，事故統(tǒng)計(jì)如圖1所示：

       在公路隧道施工事故中，坍塌事故占54％，為主要事故形態(tài)，是公路隧道施工的頭號(hào)大敵，其高發(fā)性和高危險(xiǎn)性嚴(yán)重威脅著工程，甚至給與人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失 。

       因此，對(duì)公路隧道施工坍塌應(yīng)急救援技術(shù)進(jìn)行研究，將能有效減少公路隧道施工坍塌事故的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)提高公路隧道建設(shè)的性具 有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 然而，現(xiàn)行公路隧道施工中所用的坍塌逃生應(yīng)急救援通道為鋼管，質(zhì)量大，較為笨重，拆裝和搬運(yùn)不便，使用效率不高。同時(shí)，在公路隧道逃生管道應(yīng)急救援管道的選取方面，管道需要具備高抗沖擊性、高耐壓性以及高耐磨性等優(yōu)良性能。

       通過對(duì)逃生管道進(jìn)行抗沖擊試 驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)，論證了管用于公路隧道施工應(yīng)急救援通道的可行性。 同時(shí)，還從人體工程學(xué)的角度，對(duì)新型應(yīng)急救援通道的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。

逃生管道薄厚徑設(shè)計(jì)

       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。

逃生管道

       逃生管道（分子量約為250萬(wàn)），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ji限值H為7m和5m,將塊石自由釋放，分別對(duì)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。

       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)，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)，逃生管道變形凹陷后，管內(nèi)的通行空間為740mm，滿足人體工程學(xué)要求，人能通過應(yīng)急通道。當(dāng)壁厚較小時(shí)，變形值增大，可能不%當(dāng)壁厚更大時(shí)，盡管性增加，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26mm是適宜的。