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径设计 隧道逃生管道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=400kg。
取隧道中心及边顶部到圆管顶部的高度的极限值H为7m和5m,将块石自由释放，分别对超高分子量聚乙烯隧道逃生管道和钢管进行冲击，此时可根据能量守恒定 律计算出岩块下落速度，分别为v1=11.7m/s和v1=9.9m/s。 取不同圆管壁厚H进行计算。不同壁厚尺寸的圆管冲击变形值得计算结果如表所示。
表1不同壁厚尺寸的超高分子量聚乙烯管冲击变形值
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壁厚H/mm |
凹陷变形值△/m |
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H=7m时 H=5m时 |
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20 |
0.093 |
0.080 |
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22 |
0.066 |
0.054 |
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24 |
0.048 |
0.038 |
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26 |
0.035 |
0.025 |
从表1中可以看出，随着圆管壁厚的增加，块石下落引起的圆管凹陷变形值越来越小。当块石下落高度ｈ＝7ｍ时、壁厚Ｈ＝24mm时，超高分子量聚乙烯隧道 逃生管道的凹陷变形值Δ＝0.048m，约为圆 管直径的8%；当下落高度h＝5ｍ时、壁厚Ｈ＝24mm时，凹陷变形值 Δ＝0.038m，变形值更小。此时，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道变形凹陷后，管内的通行 空间为588mm，满足人体工程学要求，人能安全通过应急通道。当壁厚较小时，变形值增大，可能不安全%当壁厚更大时，尽管安全性增加，但管材重量 也随之增加，致使成本上升，搬运困难。 因此，设计中取超高分子量聚乙烯隧道逃生管道壁厚为24mm以上是适宜的。
超高分子聚乙烯隧道逃生管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、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。
1、重量轻、同规格下重量仅为钢管重量的1/3，拆装和搬运方便。
2、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安全可靠的保障。
3、管道环刚度高、耐压性好、不易变形，在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。
4、耐磨损、抗老化，可长时间重复使用。
5、比以往钢管管壁更光滑，摩擦系数为新钢管的6分之1
逃生管道（新型材料）结构尺寸设计
根据应用人体测量学专家阿尔文·R·蒂利对人体测量学的研究成果可知，爬行高度为800mm，爬行长度为1520mm，圆管的直径为≥585mm,人体通过较为舒适。根据Hertxz接触力学理论，采用Thornton推理，当壁厚较小时，变形值增大，可能不安全，当壁厚更大时，尽管安全性增加，但管材重量 也随之增加，致使成本上升，搬运困难。 因此，设计中取逃生管道壁厚为30mm是适宜的。
新型逃生管道规格为φ800×30mm，每节3/米，每米69/公斤（钢管每米重量200公斤）
