FRP波纹管型隧道施工逃生管道的制作方法

本实用新型属于隧道工程的隧道施工安全技术领域。本实用新型为公路隧道和铁路隧道施工提供一种能抗高空落石冲击和塌方掩埋重压的纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)波纹管型隧道施工逃生管道，期望用其代替现有自重大、柔性差、管端连接复杂且支承、连接效果差的钢、聚乙烯、玻璃钢夹砂材料圆管型隧道施工逃生管道，降低管道的搬运、安装难度和成本，增大管道适应隧道凹凸不平地面的弹性地基支承效果及三向自由转弯能力，并提高管道的冲击柔性、变形恢复弹性、抗重复冲击破坏能力和冲击后管内安全净空，减小管道的冲击振动噪音和管内逃生人员的冲击心理恐惧，从而全面提升管道的“安全性”、“实用性”和“经济性”。

背景技术：

现有钢、聚乙烯、玻璃钢夹砂材料圆管型隧道施工逃生管道，为弹塑性或弹脆性材料、刚硬形式管节段和接头的管道。它们通过钢管的塑性变形和聚乙烯管、玻璃钢夹砂管的脆性破坏吸收落石的冲击能量和抵抗塌方土石的重压，通过三者的环刚度保证管道冲击、重压后的管内安全净空，在隧道施工发生落石和塌方事故时，能为施工人员提供躲避落石冲击、塌方掩埋的救生空间和自行爬出的逃生通道。

钢、聚乙烯、玻璃钢夹砂材料圆管型隧道施工逃生管道，虽能避免或减少隧道施工发生落石和塌方事故的人员伤亡，但存在自重大、柔性差、管端连接复杂且支承、连接效果差的结构、功能缺陷，使其工程使用因此受到诸多制约和不利影响。

钢、聚乙烯、玻璃钢夹砂材料圆管型隧道施工逃生管道自重大、管端连接复杂且支承、连接效果差的结构、功能缺陷造成的制约与影响，一是管道自重大造成的现场搬运、安装难度和成本增加的使用制约；二是带法兰盘管道管端螺栓连接方式造成的管身段支承悬空对管道受力和减振的不利影响；三是无法兰盘管道管端刚硬直、弯接头抱箍或承插加链条或花篮螺丝对拉连接接方式造成的连接成本高、接头密封性差、整体受力性差的影响与制约，使其工程使用因此存在“不好用”和“不经济”的瑕疵。

钢、聚乙烯、玻璃钢夹砂材料圆管型隧道施工逃生管道柔性差的结构、功能缺陷造成的制约与影响，一是管道刚硬形式节段和接头带来的不能三向自由转弯适应隧道凹凸不平地面的使用制约；二是管道节段和接头冲击柔性差造成的无缓冲消能、高振动噪音及易塑性、脆性冲击破坏的不利影响，不仅不利于管道承受重复冲击作用，而且不利于消除和减少管内逃生人员的冲击心理恐惧，使其使用因此又存在“不好用”和“欠安全”的诟病。

申请号为201520046366.2和申请号为201610020915.8的公开技术中均存在以上缺陷，且双壁波纹管不仅结构自重大，而且支承需要固定支架，既不便于安装和三向转弯，也不利于受力和冲击减振。

技术实现要素：

本实用新型的目的，是研发一种FRP波纹管型隧道施工逃生管道，使其既能保留现有三种管道抗落石和塌方冲击、重压的应急逃生方式，又能消除其自重大、柔性差、管端连接复杂且支承、连接效果差造成的“不好用”、“不经济”和“欠安全”缺陷，还能在增大管道承载强度和冲击柔性的基础上，提高管道抗重复冲击的使用寿命和冲击后的管内安全净空，减少管道冲击振动的噪音和管内逃生人员的冲击心理恐惧，从而全面提升隧道施工逃生管道的安全性、实用性和经济性。

本实用新型提供的结构既轻又强、功能既刚又柔及支承、连接既简又好FRP波纹管型隧道施工逃生管道，能实现上述目的。

本实用新型采用的技术方案是：一种FRP波纹管型隧道施工逃生管道，由若干标准长度节段和/或非标长度节段的FRP波纹管节段经其管端FRP法兰盘螺栓连接组装成；所述FRP波纹管节段的管壁为FRP梯形波纹管壁，所述FRP 梯形波纹管壁由沿管轴向呈间断型圆柱面的波峰外管壁和波谷内管壁及连接二者的斜波管壁组成。所述FRP波纹管节段的FRP法兰盘，为法兰外圆周面与波纹管波峰外管壁圆柱面共面及法兰圆环上设有多个螺栓孔的法兰盘。

本实用新型提供的FRP波纹管型隧道施工逃生管道，为低密度、低模量、高强度、高断裂伸长率且完全弹性和粘弹性的FRP材料与既能减少管壁厚度、又能增大管壁冲击承载刚度、还能轴向和环向自由变形的波纹管结构形式优化组合制成的新型隧道施工逃生管道。

具体地，本实用新型提供的FRP波纹管型隧道施工逃生管道具有如下有益效果：

1、管道具有既轻又强的结构效果

FRP低密度(密度≤18kN/m³)、高强度(环向拉伸强度≥400MPa)材料与薄壁波纹管形式(FRP梯形波纹管壁)的优化组合，可使FRP波纹管型隧道施工逃生管道获得既轻又强的结构效果。由此，既可成倍地减小管道的结构自重(自重约40kg/m，比钢管自重减小约4倍，比聚乙烯、玻璃钢夹砂材料圆管自重减小约1倍)，从而减少管道现场安装的难度和成本；又能显著增大管道抗重复冲击破坏的能力，从而增大管道设计荷载作用下的使用寿命，最终使隧道施工逃生管道的安全性、实用性和经济性都据此提高。

2、管道具有既刚又柔的功能效果

FRP低模量(拉伸弹性模量≤10GPa)、低波阻抗(≤4.2MPa·s/m，比钢材约低9倍)、高断裂伸长率(≥10％，比聚乙烯、玻璃钢夹砂材料高1倍以上)、完全弹性且粘弹性材料与环刚度低于同直径、同壁厚圆管但管壁刚度高于同直径、同壁厚圆管且能轴向和环向自由变形的波纹管形式的优化组合，可使FRP波纹管型隧道施工逃生管道获得既刚又柔的功能效果。由此，既可利用增大的管壁刚度减小管壁的冲击变形，增大管道冲击后的管内安全净空，从而增大管内逃生人员的爬行舒适度；又可利用管道减小的环刚度和波纹管壁的轴向、环向自由变形，大幅提高管道节段和接头的冲击柔性，增大管道的变形消能和减振降噪效果，从而减少管内逃生人员的冲击心理恐惧；还可利用管道节段和接头的轴向、环向自由变形，增强管道自动适应隧道凹凸不平地面的三向自由转弯能力，从而进一步减少管道现场安装的难度和成本；最终使隧道施工逃生管道的安全性、实用性和经济性据此进一步提高。

3、管道具有既简又好的支承、连接效果

FRP高强度、高柔性材料与FRP波纹管的管壁、法兰盘共面支承形式和管端刚柔相济连接方式的优化组合，可使FRP波纹管型隧道施工逃生管道获得既简又好的支承、连接效果。由此，既可利用管端法兰盘与斜波管壁间的几何空间及刚性法兰盘与柔性管壁构成的管端刚柔相济连接方式，实现管端法兰盘螺栓连接的简单、快速连接，获得管端连接牢固、密封性能好且法兰盘与管壁变形协调、管端应力集中降低的连接效果；又可利用波纹管的波峰外管壁圆柱面与管端法兰外圆周面共面的外形及波纹管的轴向、环向自由变形，实现法兰盘与外管壁在隧道凹凸不平地面上的弹性地基梁支承，获得有利于管道受力和减振的合理支承效果，最终使隧道施工逃生管道的安全性、实用性和经济性据此再进一步提高。波谷内管壁圆柱面提高爬行在逃生管道里的施工人员的舒适度。

附图说明

图1为FRP波纹管型隧道施工逃生管道的立面图；

图2为FRP波纹管型隧道施工逃生管道的立剖面图；

图3为FRP波纹管型隧道施工逃生管道的FRP波纹管节段的FRP波峰外管壁横剖面图；

图4为FRP波纹管型隧道施工逃生管道的FRP波纹管节段的FRP波谷内管壁横剖面图；

图5为FRP波纹管型隧道施工逃生管道的FRP波纹管节段的FRP法兰盘横剖面图；

图6为FRP波纹管型隧道施工逃生管道的FRP波纹管节段的FRP梯形管壁大样图；

图7为FRP波纹管型隧道施工逃生管道的FRP波纹管节段的FRP法兰盘连接部位大样图；

图中：1、FRP波纹管节段，2、FRP法兰盘连接螺栓，1-1、FRP梯形波纹管壁，1-2、FRP法兰盘，1-1-1、FRP波峰外管壁，1-1-2、FRP波谷内管壁，1-1-3、 FRP斜波管壁，1-2-1、螺栓孔。

具体实施方式

实施例，如附图1～附图7，一种FRP波纹管型隧道施工逃生管道，为若干标准长度节段和(或)非标长度节段的FRP波纹管节段1经其管端FRP法兰盘连接螺栓2连接组装成所需长度的装配式逃生管道。所述FRP波纹管节段1，为柔性FRP梯形波纹管壁1-1和刚性FRP法兰盘1-2组成的刚柔相济型波纹管节段。所述FRP波纹管节段1的FRP梯形波纹管壁1-1，为沿管轴向呈间断型圆柱面的FRP波峰外管壁1-1-1和FRP波谷内管壁1-1-2及连接二者的FRP斜波管壁1-1-3组成的连续波纹管壁。所述FRP波纹管节段1的FRP法兰盘1-2，为法兰外圆周面与FRP波峰外管壁1-1-1圆柱面共面及法兰圆环加厚并设有多个螺栓孔1-2-1的刚性连接和共面支承型法兰盘。

这种结构形式、结构功能和支承、连接方式的FRP波纹管型隧道施工逃生管道，依靠低密度、低模量、高强度、高断裂伸长率且完全弹性和粘弹性的FRP 材料与既能减少管壁厚度、又能增大管壁冲击承载刚度、还能轴向和环向自由变形的波纹管结构形式的优化组合，加上其管端法兰盘的简单螺栓连接方式及法兰、外管壁共面的弹性地基梁支承方式，使其既能保留现有三种管道抗落石和塌方冲击、重压的应急逃生方式，又能消除其自重大、柔性差、管端连接复杂且支承、连接效果差造成的“不好用”、“不经济”和“欠安全”缺陷，还能在增大管道承载强度和冲击柔性的基础上，提高管道抗重复冲击的使用寿命和冲击后的管内安全净空，减少管道冲击振动的噪音和管内逃生人员的冲击心理恐惧，从而全面提升隧道施工逃生管道的安全性、实用性和经济性。

以上实施例，仅为本实用新型的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换的内容，均应涵盖在本实用新型的权利保护范围内。