新型隧道逃生管道安全性研究

1、新型隧道逃生管道平安性研究【摘 要】 提出更新隧道逃生管道選材，把送風管與逃生管串連的隧道逃生管道平安設計技術。分別以鋼帶PE波紋管和鋼管作為逃生管道進展抗沖擊試驗，經(jīng)仿真模擬和現(xiàn)場平安試驗，獲得鋼帶PE波紋管和鋼管的最大凹陷變形值，試驗結果說明，2種材料均能滿足應急逃生的需求，但鋼帶PE波紋管作為隧道逃生管道具有造價低、連接方便等優(yōu)點。分析結果可為隧道逃生管道的平安設計提供理論參考?！娟P鍵詞】 隧道塌方 逃生管道 PE波紋管 平安試驗隨著我國經(jīng)濟的開展，公路、鐵路等交通線路經(jīng)過山區(qū)時普遍采用隧道穿越。由于地質(zhì)復雜、施工方式不當，隧道施工期間經(jīng)常發(fā)生塌方事故，其中關門塌方事故的后果最為嚴重，一

2、旦發(fā)生將嚴重威脅掌子面附近施工人員的生命平安。為此，針對隧道施工中的塌方事故進展隧道逃生管道的系統(tǒng)研究，顯得非常重要。目前在逃生管道設計中，最常選用的管材是鋼管。經(jīng)長期現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，施工現(xiàn)場使用的鋼管存在造價高、接口多、不密封、耐腐蝕性差等缺點，施工時經(jīng)常擱置在洞室外，關門塌方時不能起到應急逃生的作用，成為極大的平安隱患，因此有必要更新逃生管材。筆者建議隧道施工設計時更換逃生管道材料，把送風管與逃生管串連使用，以便洞室外新穎空氣經(jīng)送風管到達初期支護與二次襯砌交界處，再經(jīng)逃生管道鋼帶PE波紋管輸送到掌子面區(qū)域。送風管與逃生管串連連接示意見圖1。圖1 送風管與逃生管串連連接示意與鋼管相比，鋼帶PE

3、波紋管具有撓曲度適當、連接方便、造價低、使用壽命長、耐腐蝕及耐環(huán)境應力開裂的優(yōu)越性，因此，選用鋼帶PE波紋管作為逃生管時，參照標準化規(guī)定管內(nèi)徑選用0.8m，但必須驗證其抗沖擊才能是否到達要求。一、逃生管抗沖擊分析隧道塌方時，主要考慮逃生管的抗沖擊才能，即逃生管被砸部位需滿足人員疏散需求?，F(xiàn)就基于橫向沖擊的平鋪圓管試件鋼帶PE波紋管和鋼管進展現(xiàn)場試驗，以分析試件局部凹陷與沖擊能量的關系，得出沖擊點附近的變形模態(tài)，從而比較端部斷面與中連續(xù)面的抗沖擊才能。本文利用ANSYS LS-DYNA進展仿真模擬試驗，并將鋼帶PE波紋管試驗結果與鋼管試驗結果進展比較。PE波紋管仿真模型見圖2。圖2 PE波紋管仿

4、真模型1. 仿真模擬表1 仿真模型部件參數(shù)模型部件 密度/kg0鹠-3 彈性模量/MPa 泊松比 屈服強度/MPa 切線模量/MPa落石球形剛體 2500 0.4e5 0.2 - -圖3波紋管端部Y方向應力圖4 20580J沖擊能量下波紋管中部等效應力 圖5 20580J沖擊能量下波紋管中部變形圖6 20580J沖擊能量下波紋管中部最大變形時程曲線2. 沖擊試驗表2 試驗與仿真模擬結果工況 沖擊能量/J 沖擊斷面 沖擊點法線與程度線夾角/° 鋼管最大凹陷變形值/mm PE波紋管最大凹陷變形值/mm現(xiàn)場試驗 仿真試驗 現(xiàn)場試驗 仿真試驗3 20580 端部 90 80 92 88 10

5、04 20580 中間 90 50 54 56 635 20580 中間 52 45 49 53 60二、關門坍塌仿真進展關門塌方模擬試驗時，本文僅選用鋼帶PE波紋管進展試驗，落石采用洞內(nèi)巖石為試塊密度為2500kg/m?，彈性模量40 GPa，泊松比0.2，鋼帶PE波紋管屈服模型仍然選用Bilinear isotropic 雙線性各向同性硬化模型仍選用1.1節(jié)的試驗參數(shù)，墊層不變。初始條件為巖石從6m高處以初速度0m/s自由下落，巖石與波紋管全面接觸，巖層不斷堆積直至距墊層7m高為止，模擬效果與關門塌方時類似。試驗過程見圖7、圖8.圖7 波紋管被巖層堆積7m后效果 圖8波紋管被巖層堆積后截面最大變形由圖7、圖8可明晰地看到，在模擬關門塌方試驗中，堆積的巖石將試件壓成橢圓狀，但鋼帶PE波紋管變形不大，能滿足應急逃生需求。三、結語設計隧道逃生管道時，建議選用鋼帶PE波紋管，把送風管與逃生管串連使用。本文抗沖擊試驗結果說明，鋼