超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是指粘均分子量在250萬以上的線性結構聚乙烯（PE），由于其分子量極高，具有耐磨損、耐沖擊、耐腐蝕、自潤滑等優異的綜合性能，被稱為“令人驚異的塑料”，但成型加工較為困難。近年來由于柱塞推壓、單螺桿擠出等技術的突破，使UHMWPE管材得以實現了工業化連續生產。

超高分子量聚乙烯管特點：

一、耐磨性具塑料之冠，比尼龍66、聚四氟乙烯高4倍，是碳鋼、不銹鋼的7－10倍；

    二、沖擊強度列通用工程塑料之首，為聚氯乙烯的20倍、的兩倍、的五倍，且能在－196攝氏度下保持。無論是外力強沖擊，還是內部壓力波動都難以使其開裂，這是其它任何塑料沒有的特性；

三、沖擊能吸收值在所有塑料中 ，且具有消音性；

四、磨擦系數低，僅為0.07~0.11，故具有自潤滑性。在水潤滑條件下，其動磨擦系數比66和聚甲醛低一半。

五、不結垢、不粘附（抗粘附能力可與聚四氟乙烯媲美），因此流動阻力很小，可長期保持流速和流量不減。其內徑設計可比鋼管減小15%；

六、化學穩定性好，具有優良的耐化學藥品性；

七、優良的憎水性，吸水率小於0.01%，僅為的1%；

八、優良的抗內壓強度，耐環境應力開裂性、抗快速開裂性；

九、衛生、，可接觸食品和藥物；

十、良好的耐候性和抗老化性。超高分子量聚乙烯分子鏈中不飽和集團很少，且分子量大，本身就具有很好的穩定性。通過添加適當助劑更使得超高管材使用壽命大大超過普通聚乙烯管材。使用60年左右，超高管材仍可 保持70以上的機械性能；

十一、易連接、安裝方便；

十二、經濟效益高，超高管材的安裝費用比傳統材料低得多，加之耐腐蝕、耐磨損、耐候性等諸多因素綜合比較，經濟效益是鋼管的4－6倍。

超高分子量聚乙烯管安裝注意事項：

      一、地面上的超高分子量聚乙烯管應盡量避免與道路、鐵路和航道交叉。在不能避免交叉時，交叉處跨越的高度也應能使行人和車船通過。地下的管道一般沿道路敷設，各種管道之間保持適當的距離，以便安裝和維修。

    二、超高分子量聚乙烯管可能承受許多種外力的作用，包括本身的重量、流體作用在管端的推力、風雪載荷、土壤壓力、熱脹冷縮引起的熱應力、振動載荷和地震災害等。

      三、為了保證管道的強度和剛度，必須設置各種支(吊)架，如活動支架、固定支架、導向支架和彈簧支架等。支架的設置根據管道的直徑、材質、管子壁厚和載荷等條件決定。固定支架用來分段控制管道的熱伸長，使膨脹節均勻工作;導向支架使管子僅作軸向移動，為了排除凝結水，蒸汽和其他含水的氣體管道應有一定的坡度，一般不小于千分之二。

      四、對于利用重力流動的地下排水管道，坡度不小于千分之五。蒸汽或其他含水的氣體管道在 點設置排水管或疏水閥，某些氣體管道還設有氣水分離器，以便及時排去水液，防止管內產生水擊和阻礙氣體流動。給水或其他液體管道在 點設有排氣裝置，排除積存在管道內的空氣或其他氣體，以防止氣阻造成運行失常。

     五、超高分子量聚乙烯管如不能自由地伸縮，就會產生巨大的附加應力。因此，在溫度變化較大的管道和需要有自由位移的常溫管道上，需要設置膨脹節，使管道的伸縮得到補償而附加應力的影響。

超高分子量聚乙烯管道的應用領域：

冶金：礦漿、冶金廢渣的輸送。

熱電：灰漿（大力沖灰）的輸送。

石油：原油污水的輸送。

煤炭礦業：原礦、尾礦、精礦等礦漿的輸送；選礦廠、選煤廠洗選固液混合物；礦井填充；煤漿的輸送。

疏浚行業：港口、江河、湖泊淤泥的輸送。

鹽業及鹽化工：鹽水、鹽湖清淤、鹵水的輸送。

建筑：混料泵車的泥漿。

市政：下水污泥、城市河流、湖泊、淤泥、工地挖泥排送。

糧食：小麥、面粉、大米、谷物、大豆、玉米等磨損性強的顆粒物輸送。

建材：沙石、水泥、石灰、耐火材料、被燒礦、礬土、石膏、混凝土的輸送

隨著我國鐵路、公路及地鐵等交通設施的大力建設，由于隧道工程可有效的縮短線路長度，隧道及地下工程的應用越來越廣泛。據不完全統計，我國在建鐵路項目的隧道比例已達 40%以上，特別是近年高速鐵路及西南山區鐵路的建設， 隧道工程比例逐步上升，部分鐵路項目隧道比例已達到或超過 80%。隧道工程的逐年增加，長大、復雜地質隧道的逐年增多，隧道施工引發的重特大傷亡事故屢見報端，據 2009 年~2013 年統計隧道施工事故共發生 33 次，死亡人數 155 人，造成的財產損失不可估量。在這些隧道施工事故中隧道塌方關門事故占 1/3 以上，僅 2014 年隧道塌方關門事故就發生 6 次，共造成 62 名施工人員被困，其中有 53 名作業人員通過救援成功獲救。因此隧道塌方關門是隧道施工中發生頻率 、危害程度較大的事故類型，其不僅給施工單位造成巨大的經濟損失，還會引起施工人員的傷亡。與其它瓦斯爆炸、有害氣體等事故類型不同，隧道塌方關門事故有其自身的特點，一般情況下隧道塌方關門后，其塌方體與作業掌子面之間存在一定的空間可以滿足施工人員在一定時間內的生存條件，若不再發生次生災害、救援及時得當可避免或減少人員傷亡，降低財產損失。因此在隧道施工過程中除從勘測至施工中加強加深對塌方風險的認識及預判工作，進一步提高施工作業水平及機械化配套程度外，更重要的是加強塌方風險的應急預案設計及塌方逃生設施的配置，因此配置逃生設施作為塌方預設的救助設施就顯得尤為重要。隧道施工逃生設施的配置及安裝技術總結

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所謂管道逃生是指在隧道掌子面后方與掌子面之間設置一根管道，該管道在隧道發生塌方關門后仍能保證其不破壞，從而應急救援能力，贏得寶貴的救援時間，為作業人員提供逃生通道。為此鐵道部 2010 年下發的《鐵路隧道施工搶險救援指導意見》（鐵建設【2010】88 號）中明確規定隧道施工時應在Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖地段預先設置逃生管道。管道采用φ600～φ800mm 的承插鋼管。但自 2010 年以來隧道工程發生的塌方關門事故中均未有效設置逃生管道，經長期現場考察發現其原因一方面是施工單位未引起足夠的重視，另一方面是施工現場使用的鋼管存在造價高、重量大、施工干擾多、接口多、不密封、耐腐蝕性差等缺點，施工時經常擱置在洞室外，關門塌方時不能起到應急逃生的作用，成為極大的隱患。針對我國目前隧道工程的逐年增多、地質復雜程度逐年增大，隧道關門塌方風險越來越高，研究既滿足塌方逃生需要，造價又低、質量輕、施工干擾小的新型管道逃生設施是非常必要的。

超高分子量聚乙烯受到強外力沖擊時瞬間變形，吸收大量沖擊能量，然后迅速恢復原來形狀，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道為 公路隧道施工逃生應急救援提供了極為可靠的保障；管道環剛度高、耐壓性好、不易變形，在公路隧道施工中發生坍塌時，承壓能力和抗環境破壞能力遠遠超過 一般管道。交通部門采用新材料（超高分子量聚乙烯）對公路 隧道施工應急救援通道進行了設計。 同時，超高分子量聚乙烯應急救援通道的結構尺寸符合人體工 程學原理，結構簡單，拆裝方便。 ，通過對超高分子量聚乙烯逃生管道和鋼管進行抗沖擊性對比試驗，驗證了超高分子量聚乙烯逃生管道應用于公路隧道施工應急救援的可靠性。

針對公路隧道施工坍塌事故多發的情況，首次采用新材料（超高分子量聚乙烯材料）對公路隧道施工應急救援通道進行了設計研究。結合人體工程學原理，根據Hertz接觸力學理論，采用Thonroton假設，對超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯逃生管道的結構尺寸進行了優化，并對通道的連接方式進行了設計。 ，通過抗沖擊性試驗，對超高分子量聚乙烯通道應用于公路隧道施工應急救援的可靠性進行了驗證。試驗結果表明，超高分子量聚乙烯通道結構尺寸合理，可靠，可應用于公路隧道施工應急救援。

    截至2008年底，我國公路隧道總數已達5426座，共319×104km，然而，我國公路隧道建設起步較晚，與國外發達 相比，相關技術水平仍較低， 加之公路隧道跨度大、施工工藝復雜、地形多變等特點，導致公路隧道建設過程中還存在諸多技術問題。 盡管隨著我國公路隧道新奧法施工技術的日益成熟，穿越 復雜地質條件隧道的相關設計理論和修筑工藝取得了一定的成果，但在隧道建設中塌方事故卻屢屢發生，施工問題異常嚴峻。

    超 高分子量聚乙烯隧道逃生管道，是一種由乙 烯、丁二烯單體在催化劑作用下，聚合而成的平均分子量在250萬以上的線型結構熱塑性工程塑料。 世界上早由 美國Allied Chemical公司于1957年實現工業化。 此后德國Hoechst公司、德國Her-cules公司、日本三井石油化學公司等也 投入工業化生產。我國于1964年早研制成功并投入工業生產。

  超高分子量聚乙烯隧道逃生管道具有優異的綜合性能，具有 其他工程塑料無可比擬的耐沖擊性、抗壓性、耐磨損、抗老化、輕質性，且耐化學腐蝕、衛生、不 易 粘附，在國外被稱為“神奇的塑料”。因此，其在機械、交通運輸、紡織、造紙、礦業、農業、化工等領域，具有廣泛的引用前景。

●重量輕、僅為鋼管重量的1/3左右，拆裝和搬運方便。

●管道韌性好、抗沖擊強度高，受到強外力沖擊時瞬間變形，吸收大量沖擊能量，然后迅速恢復原來形狀，為公路隧道施工逃生應急救援提供了極為可靠的保障。

●管道環剛度高、耐壓性好、不易變形，在公路隧道施工中發生坍塌時，承壓能力和抗環境破壞能力遠遠超過一般管道。

  根據應用人體測量學的先驅美國專家阿爾文·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。

 超高分子量聚乙烯隧道逃生管道

      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650mm。 因此，公路隧道施工超高分子量聚乙烯隧道逃生管道，應急救援通道的內徑必須≥650mm，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，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道的外徑不宜過大，否則對施工的影響較大，故取超高分子量聚乙烯隧道逃生管道的外徑為800mm。

超優質逃生管道,隧道逃生管道,輕質超高分子量聚乙烯隧道逃生管薄厚徑設計

      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。

 超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=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，管節長度為3m，壁厚30mm，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道可采用環型抱箍連接、鋼制搭接鎖扣連接，U型卡鏈扣連接，每端連接10mm固定。為保證管道承受坍塌體的壓力，對采用的材質管材，必須確保其承壓能力和連接頭的牢固，并經試驗室具體試驗后，方可用于隧道中。

    ②施工現場應根據隧道圍巖、掘進開挖方式等情況備足管道和連接材料，除整節管道外，應同時備足1米、2米、3米短節管道、轉接接頭。

    ③超高分子量聚乙烯隧道逃生管道經加工使用，結合材質及現場實際情況分別進行加工，連接簡單、牢固、緊密可靠，且在地面做好臨時固定措施，施工時管口可加臨時封蓋，并易于打開和封閉。

    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，設置起點為 施作好的二襯端頭處，距二襯端頭距離不得大于5米，從襯砌工 作面布置至距離開挖面20m以內的適當位置，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道沿著初期支護的一側向掌子面鋪設，管內預留工作繩，方便逃生、搶險、聯絡和傳輸 各種物品，承插超高分子量聚乙烯管道縱向連接可采用鏈條等措施，防止坍塌時將超高分子量聚乙烯管道沖脫。

    ⑤超高分子量聚乙烯隧道逃生管道在二襯臺車移動就位過程中，臨時拆移時應逐節拆除，嚴禁一次拆除到位，以隨時確保逃生管道的效用。

    ⑥超高分子量聚乙烯隧道逃生管道在經過掘進臺階時，應按順延臺階布置，安裝30°鋼制過渡彎頭順延，其管道架空高度和長度以不影響施工并便于開啟逃生窗口為宜。

    ⑦設置的超高分子量聚乙烯隧道逃生管道應平整、干燥、順暢，不得作應急逃生以外用途。

    ⑧超高分子量聚乙烯隧道逃生管道布設長度為100m。

逃生管安裝位置選定

安裝位置的確定原則

通過對國內逃生設施現狀的收集整理，對國內逃生設施研究現狀進行調研，確定如下安裝原則：

1、隧道施工時應在Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖地段預先設置逃生管道，逃生管采用φ600～φ800mm。

2、現場要求逃生管一端伸入已施作仰拱段不得小于 10m，另一端距離掌子面 15-20m。

3、逃生管的布設高度應以方便施工、留有機械操作空間、錯開拱架接頭和仰拱鋼筋為原則。一般高于臺階高度 1m 左右，便于坍塌后被困人員進出。

4、逃生管的布設長度應結合開挖工法具體確定。

5、逃生管沿隧道上臺階邊墻縱向安裝，采用預先安設在邊墻的錨桿（管）作為掛點，采用鋼絲繩掛設于邊墻上。為防止掛繩帶動前方未穩定拱架，嚴禁在前方拱架上掛點。

逃生管安裝位置

根據逃生管的安裝原則，本位研究了不同施工工法及斷面型式下逃生管的安裝。雙線鐵路應考慮逃生管對仰拱施工的干擾，單線鐵路除應考慮逃生管對仰拱施工的干擾外，還應考慮在出碴作業時車輛通行干擾。因此，綜合考慮后，逃生管在隧道不同圍巖、開挖方法時的安裝配套形式如下。

1、單線鐵路逃生設施安裝

單線鐵路全斷面施工中，為方便機械作業，逃生管設置高 3.5m左右。如果發生坍塌，由于全斷面施工無開挖臺階，不便于被困人員上下、進出逃生管，因此應設置救生梯，或者采用臺架架空逃生管設置，兩側的臺架需要兼做逃生人員的攀爬工具。逃生管的設置長度視具體情況確定。

單線隧道臺階法施工中，為方便機械作業和逃生人員進出逃生管道，逃生管設置高度應高于開挖臺階 1m 左右，且在長度上應伸入上臺階 1m 以上。按照兩臺階坡長度 15m 計算，逃生管長度應選擇 26m以上。

2、雙線鐵路逃生管安裝

雙線臺階法施工中，為方便機械作業和逃生人員進出逃生管道，逃生管設置高度應高于開挖臺階 1m 左右，且在長度上應伸入上臺階1m 以上。按照上中臺階坡長 15m 計算，逃生管長度應選擇 26m 以上。

雙線三臺階法施工中，為方便機械作業和逃生人員進出逃生管道，逃生管設置高度應高于開挖臺階 1m 左右，且在長度上應伸入上臺階1m 以上。按照上中臺階長度各 5m 計算，逃生管長度應選擇 31m 以上。

雙側壁導坑法施工中，為方便機械作業和逃生人員進出逃生管道，而且在橫撐拆除時無干擾，逃生管設置高度應高于橫撐 1m 左右。逃生管長度上應伸入先導坑鎖口范圍內 1m 以上，逃生管長度應選擇30m 以上。為避免坍塌造成逃生管失效，逃生管應設置在側方。為方便人員上下、進出逃生管道，現場應設有逃生梯。