高分子量聚乙烯隧道逃生管壁厚介紹

    根據應用人體測量學的先驅美國著名專家阿爾文·R·蒂利對人體測量學的研究成果可知，人在爬行移動時，較舒適的情況下爬行高度為800mm，爬行長度為1520mm，如圖2所示。     阿爾文·R·蒂利指出，在全身進入式上下通行的圓形洞口底部出入口爬行通過時，圓管的小直徑為585mm。因此，隧道逃生管道的內徑必須≥585mm，才能保證人體的正常通過。 

    同時，考慮到公路隧道施工現場的實際情況，逃生管道的外徑不宜過大，否則對施工的影響較大，故取隧道逃生管道的外徑為800mm。 高分子量聚乙烯隧道逃生管道薄厚徑設計 

    薄壁圓管在受到隧道頂部大能量塊石側向沖擊的過程中，結構下半部分的整體彎曲變形較小，變形以沖擊點局部凹陷為主。

    根據Hertxz接觸力學理論，采用Thornton假設，設材料具有理想彈塑性，則兩接觸物體之間的接觸壓力，在能量分析的基礎上，圓管受到側向沖擊時局部凹陷值△與側向載荷 P之間的關系，則可推出圓管受到側向沖擊時局部凹陷值，為圓管材料的屈服應力；Ｈ為圓管的厚；Ｄ為圓管的直徑。      高分子量聚乙烯隧道逃生管道（分子量約為250萬），規格為Φ800*30其主要參數取值為：屈服強度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，分別對高分子量聚乙烯隧道逃生管道和鋼管進行沖擊，此時可根據能量守恒定律計算出巖塊下落速度，分別為v1=11.7m/s和v1=9.9m/s。取不同圓管壁厚H進行計算，不同壁厚尺寸的圓管沖擊變形值得計算結果如表1 所示。     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。當塊石下落高度ｈ＝7ｍ時、壁厚Ｈ＝24mm時，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%；當下落高度h＝5ｍ時、壁厚Ｈ＝24mm時，凹陷變形值 Δ＝0.038m，變形值更小。此時，高分子量聚乙烯隧道逃生管道變形凹陷后，管內的通行空間為588mm，滿足人體工程學要求，人能安全通過應急通道。當壁厚較小時，變形值增大，可能不安全%當壁厚更大時，盡管安全性增加，但管材重量也隨之增加，致使成本上升，搬運困難。因此，設計中取高分子量聚乙烯隧道逃生管道壁厚為24mm以上是適宜的。