洛阳国润新材料科技股份有限公司

铁路隧道逃生应急管道
有关数据表明，近年来我国隧道施工事故频发，其中坍塌事故占54%，为主要事故形态，是铁路隧道施工的头号大敌。由于地质条件的多样性和复杂性，隧道施工事故发生率比其他岩土工程高且严重，其高发性和高危险性严重胁着工程安全，甚至给国家与人民的生命财产造成重大损失。

因此，对铁路隧道施工坍塌应急救援技术进行研究，将能有效减少公路隧道施工坍塌事故的人员伤亡和财产损失，对提高隧道建设的安全性具有重要的现实意义。国润新材铁路隧道逃生应急管道以其优良特性，逐步代替钢管，成为全国隧道施工的首选，应用到广东、云南、贵州、四川等地。
洛阳国润新材料科技股份有限公司成立于2008年，占地200余亩，是一家集研发、生产、销售、安装于一体的新三板上市公司。我公司主打产品——超高分子量聚乙烯逃生管 已获国家多项专利，每根管道重约63公斤，长度可分为3、6、9米， 口径使用最多的是800mm，壁厚30mm，颜色是醒目的橘黄色，辨识度高，即使在幽暗的隧道当中也能一眼就看到它。超高分子量聚乙烯隧道逃生管道所用原料均为聚乙烯原材料，无任何添加剂和回料废料，每根管子所含分子量均在300W以上，抗压抗冲击性是PE100的十倍，钢管的五倍，并且不易变形，耐腐蚀，并且管壁光滑，大大缩短了人体爬行时间，为生命赢得更多保障，使用寿命一般在五十年以上，一次购管一劳永逸。

铁路隧道逃生应急管道优异性 逃生通道-隧道铁路应急逃生通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、卫生无毒、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安全可靠的保障。●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。 铁路隧道逃生应急管道结构尺寸设计 根据应用人体测量学的先驱美国著名专家阿尔文·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，如图所示。

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，圆管的最小直径为585mm。因此，公路隧道施工新型应急救援通道的内径必须≥585mm，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，应急救援通道的外径不宜过大，否则对施工的影响较大，故取超高分子量聚乙烯管道的外径为800mm。

铁路隧道逃生应急管道薄厚径设计 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。逃生通道-隧道铁路应急逃生通道（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1所示。

从表中可以看出，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，逃生通道-隧道铁路应急逃生通道的凹陷变形值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，逃生通道-隧道铁路应急逃生通道变形凹陷后，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，设计中取铁路隧道逃生应急管道壁厚为24mm以上是适宜的。

铁路隧道逃生应急管道可靠性验证

试验目的通过将尺寸规格相近的逃生通道-隧道铁路应急逃生通道与钢管分别进行抗冲击试验，论证超高管应用于公路隧道坍塌逃生应急救援的可行性。试验材料1、Q235螺旋缝埋弧焊钢管，规格为Φ620×10。 屈服强度σ1=215GPa，弹性模量弹性模量E1=210MPa；泊松比ν1=0.25。2、逃生通道-隧道铁路应急逃生通道（分子量约为250万），规格为Φ800×30 ， 屈服强度σ1=3.7GPa，弹性模量E1=700MPa；泊松比ν1=0.42。试验要求及方法采用尺寸规格相近的钢管与逃生通道-隧道铁路应急逃生通道从距圆管顶部的高度H为10m的地方将重物自由释放，进行冲击对比试验，验证逃生通道-隧道铁路应急逃生通道的可靠性。1、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E=40MPa；泊松比：ν1=0.2；%密度ρ1=2500kg/m3 ；岩块重 W=400kg。2、圆管垫层为平整放置的砂袋，垫层厚250mm，宽800mm。 用于隧道施工逃生的薄壁圆管自由放置于平整垫层上，当受到落石冲击荷载作用时，圆管底部主要受垫层竖向和横向摩擦约束作用。冲击试件离圆管顶部距离主要取决于隧道断 面的开挖高度，本实验取隧道中心顶部到圆管顶部 的高度的极限值 H为10m，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。实验结果逃生通道-隧道铁路应急逃生通道道受到冲击后，石块被弹出，管道几乎没有受到损伤，耐冲击性能良好；钢管在受到冲击后，管道被砸扁，发生永久性形变。

为了明确冲击能量的大小，对石块从10m高处自由落下的冲击力及圆管形变量进行计算。在石块自由下落时，石块瞬时速度可由能量守 恒定律求出， Vt=14m/s。同时，可计算出逃生通道-隧道铁路应急逃生通道和钢管所受冲击力和变形量如表1所示。

从结果中可以看出，10m高处落下的石块的冲击能非常大。同时，逃生通道-隧道铁路应急逃生通道抗冲击性能极高，外力冲击不能使其破裂。而且，其具有很好的韧性和吸收冲击能的性能，受到大石块冲击的过程中，能够吸收大部分的冲击能，减少对管道的破坏。钢管抗冲击性能不如逃生通道-隧道铁路应急逃生通道，且其在受到石块砸击之后发生永久性形变，难以恢复。 

铁路隧道逃生应急管道结论 首次采用超高