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。

 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。

目前，国内对塌方关门管道逃生设施及应用的研究较少，2010年铁道部《铁路隧道施工抢险救援指导意见》（铁建设【2010】88号）中要求隧道施工时应在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，从衬砌工作面布置至距离开挖面 20m 以内的适当位置，管内预留工作绳，方便逃生、抢险、联络和传输各种物品。承插钢管纵向连接可采用链条等措施，防止坍塌时将钢管冲脱。隧道坍塌抢险救援时，关键应做到及时为被困人员通风供氧和提供必需的生存食品，并尽快打通救援通道，使被困人员尽快脱离危险环境。逃生管道的设置符合逃生、救援需要。2012 年辽宁省交通规划设计院及华中科技大学等单位利用有限元模型对逃生钢管在冲击荷载下的边界条件及其动力响应进行了研究得出如下结论：

（1）管体自由度越大，对于消耗冲击能越有利；

（2）管体底部和侧边施加位移约束的模型偏于；

（3）垫层可在一定程度上缓解管体所受冲击力；

（4）在落石冲击作用下，逃生管仅顶部出现比落石直径略大的塑性区，其他部位未出现塑性区

（5）逃生管变形随着与端部距离的增大而减小；

（6）逃生管变形随着落石尺寸的增大而增大，随着逃生管壁厚的增大而减小。

2013年广东二广高速公路有限公司等单位对钢带PE波纹管和钢管在冲击荷载下的仿真模拟及现场试验研究，并得出钢带PE波纹管及钢管均能满足逃生管道的要求，但钢带PE波纹管具有造价低、质量轻及施工方便的优点。

综上所述：对于隧道管道逃生设施的研究呈现传统材料管材研究的多、新型管材研究的少，模拟试验研究多、现场试验研究少的特点，且上述研究均未考虑与隧道施工的干扰、隧道的断面型式，亦未系统研究管道逃生设施的配置及安装要求，因此系统研究塌方管道逃生设施的配置及安装是必要的。

    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。

隧道逃生管道优异性：

1、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。

2、重量轻、仅为钢管重量的1/8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。

3、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。

设置隧道逃生管的的意义：

逃生管系统使用简便，安装和移动所用时间短，设备简单易行，易于操作，投入不大，经济效益显著，从而有利于推广，更重要的是一旦出现隧道关门塌方事故，该系统可有效地挽救施工人员的生命，社会效益和经济效益巨大。

隧道逃生管对管材的要求：

1、要保证逃生管厚度不小于10mm

2、逃生管径不小于60cm

3、每节逃生管长度为1.5米—3米

4、逃生管可手动拆卸，连接牢固

5、逃生管尽量与隧道车（人）行横洞相连接，形成网状逃生通道。

6、对逃生通道设置不到位的，严禁开挖作业。

超高分子量聚乙烯隧道逃生通道的特性

1、超高分子量聚乙烯隧道逃生通道，材料成本低，为工程项目节约采购成本。   

2、超高分子量聚乙烯隧道逃生通道有很强的耐腐蚀能力，施工方简有速，使用寿命可达30-50年。  

3、超高分子量聚乙烯隧道逃生通道在低温条件下也具有良好的耐冲击性。  

4、超高分子量聚乙烯隧道逃生通道设计合理，安装方便。隧道逃生管道端口配制连接部件，起吊挂圈。隧道逃生管道安装、起吊、方便。

超高分子量聚乙烯隧道逃生管道应用：

    ① 超高分子量聚乙烯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15m，壁厚30mm，管节间可采用直径大于逃生管道直径的套管连 接，每端连接1m,采用橡胶圈或木楔临时固定。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超高分子量聚乙烯逃生管道在经过掘进台阶时，应按顺延台阶布置，安装135°转接接头顺延，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逃生管道应平整、干燥、顺畅，不得作应急逃生以外用途。