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。