超 高分子量聚乙烯隧道逃生管道，是一种由乙 烯、丁二烯单体在催化剂作用下，聚合而成的平均分子量在250万以上的线型结构热塑性工程塑料。 世界上最早由 美国Allied Chemical公司于1957年实现工业化。 此后德国Hoechst公司、德国Her-cules公司、日本三井石油化学公司等也 投入工业化生产。我国于1964年最早研制成功并投入工业生产。
超高分子量聚乙烯隧道逃生管道优异性
超高分子量聚乙烯隧道逃生管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。
超高分子量聚乙烯隧道逃生管道结构尺寸设计
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2所示。
超高分子量聚乙烯隧道逃生管道
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650mm。 因此，公路隧道施工超高分子量聚乙烯隧道逃生管道，应急救援通道的内径必须≥650mm，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，超高分子量聚乙烯隧道逃生管道的外径不宜过大，否则对施工的影响较大，故取超高分子量聚乙烯隧道逃生管道的外径为800mm。
超高分子量聚乙烯隧道逃生管道薄厚径设计
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。
超高分子量聚乙烯隧道逃生管道
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=611kg。
超高分子量聚乙烯隧道逃生管道
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。
表1不同壁厚尺寸的超高分子量聚乙烯隧道逃生管道冲击变形值
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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 |
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30 |
0.030 |
0.021 |
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 30mm是适宜的。
