隧道新型智能逃生管道設(shè)備在隧道施工安全管理中的應(yīng)用

唐海雪

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，建設(shè)施工技術(shù)不斷提高，我國(guó)隧道施工工程日益增多，由于隧道工程的特殊性，地質(zhì)條件、水文條件、施工條件等方面的因素影響，隧道施工安全事故屢見(jiàn)不鮮，最為常見(jiàn)的就是坍塌關(guān)門(mén)事故，大部分事故均因?yàn)槎磧?nèi)逃生管道設(shè)置不及時(shí)、不到位導(dǎo)致了人員傷亡。項(xiàng)目通過(guò)采用特長(zhǎng)隧道智能逃生管道，配備自行式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)逃生管道快速推進(jìn)，減少人員及機(jī)械使用，讓逃生管道的擺放和推進(jìn)更加方便快捷，減少時(shí)間，提高效率;同時(shí)，采用液壓升降和高減震緩存機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)二襯→仰拱→掌子面的自由行走，當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，可大大降低逃生管道的變形，確保逃生管道通行順暢，減少人員傷害，加強(qiáng)長(zhǎng)特大隧道安全事故中的安全逃生與自救能力，進(jìn)一步保障一線(xiàn)施工人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：新型智能逃生管道設(shè)備;安全管理;隧道施工;經(jīng)濟(jì)效益

1 工程概況

汶川至馬爾康高速公路地處四川盆地西北邊緣與青藏高原東部交錯(cuò)接觸帶，起于汶川縣城以南鳳坪壩，路線(xiàn)沿國(guó)道G317線(xiàn)走廊按沿溪線(xiàn)布設(shè)，其中，獅子坪隧道為汶馬高速公路主要控制性工程之一，該隧道全長(zhǎng)13.156公里，本項(xiàng)目承擔(dān)隧道中部4.952公里的施工任務(wù)。由于本隧道地處米亞羅區(qū)域性大斷層，屬于地震活動(dòng)頻繁區(qū)域，地質(zhì)條件復(fù)雜。巖層以炭質(zhì)千枚巖為主，工程安全管控壓力非常大，為提高隧道安全管理效率及應(yīng)急救援能力，降低事故救援難度及成本，項(xiàng)目通過(guò)改良、優(yōu)化逃生管道布設(shè)手段，提高逃生管道的實(shí)用性等方面，加強(qiáng)長(zhǎng)特大隧道安全事故中的安全逃生與自救能力，進(jìn)一步保障一線(xiàn)施工人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)有的隧道逃生管道安裝全靠人工進(jìn)行搬運(yùn)和安裝，安裝效率低、安裝質(zhì)量差、人工勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全可靠性和智能化程度均低;目前，暫未未發(fā)現(xiàn)用于隧道緊急逃生的新型智能逃生管道設(shè)備，現(xiàn)有技術(shù)存在以下四大缺點(diǎn)：

2.1 安裝效率低

現(xiàn)有的隧道逃生管道全靠人工進(jìn)行搬運(yùn)和安裝，由于逃生管道材質(zhì)均為無(wú)縫鋼管，管節(jié)比較沉重，洞內(nèi)施工作業(yè)空間有限，搬運(yùn)速度慢，安裝效率低。

2.2 安裝質(zhì)量差

現(xiàn)有的隧道逃生管道全靠人工進(jìn)行搬運(yùn)和安裝，安裝隨意性較大，安裝偏距也較大，尤其是隧道仰拱施工段落，因仰拱開(kāi)挖造成地面高差較大，人工安裝根本無(wú)法保證逃生管道的同軸度，進(jìn)而無(wú)法保證逃生管道通行順暢，影響緊急情況下逃生速度。

2.3 管道易變形腐蝕

現(xiàn)有的隧道逃生管道由于直接放置在洞內(nèi)地面上，地面雨水和泥漿較多，易發(fā)生化學(xué)腐蝕，影響管道壽命;而且底部沒(méi)有安裝減震裝置，當(dāng)隧道突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害掌子面或初期支護(hù)坍塌時(shí)，逃生管道變形嚴(yán)重，無(wú)法保證通行順暢，易造成人員滯留。

2.4 人工勞動(dòng)強(qiáng)度高

現(xiàn)有的隧道逃生管道全靠人工進(jìn)行搬運(yùn)和安裝，由于逃生管道材質(zhì)均為無(wú)縫鋼管，管節(jié)比較沉重，易造成工人身體疲勞，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度高。

基于以上缺點(diǎn)，特發(fā)明了一種用于隧道的新型智能逃生管道設(shè)備，相比現(xiàn)有的人工安裝方式，具有安裝效率高、安裝質(zhì)量好、人工勞動(dòng)強(qiáng)度低、洞內(nèi)施工環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、施工安全風(fēng)險(xiǎn)小等特點(diǎn)，大大提高了隧道初期支護(hù)鋼拱架安裝的整體效果，防止了質(zhì)量通病，節(jié)省了施工工期，降低了人工成本，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

3 適用范圍

本論文適用于各類(lèi)隧道施工工程過(guò)程中安全管理，廣泛應(yīng)用于隧道掌子面至二襯施工段落，在施工作業(yè)過(guò)程中因突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害造成掌子面或初期支護(hù)坍塌時(shí)，為施工作業(yè)人員緊急逃生撤離提供安全可靠的生命通道，保證了生命財(cái)產(chǎn)安全，在隧道施工作業(yè)過(guò)程中具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

4 隧道新型智能逃生管道設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明一種用于隧道的新型智能逃生管道設(shè)備，因其具有安裝效率高、安裝成本低、人工勞動(dòng)強(qiáng)度低、智能化程度和安全可靠性高、使用壽命周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下六個(gè)方面：

4.1 安裝效率高

通過(guò)采用特長(zhǎng)隧道智能逃生管道，配備自行式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)逃生管道快速推進(jìn)，減少人員及機(jī)械使用，讓逃生管道的擺放和推進(jìn)更加方便快捷，減少了安裝時(shí)間，提高了安裝效率。

4.2 安裝成本低

通過(guò)采用新型智能逃生管道設(shè)備，配備自行式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)逃生管道快速推進(jìn)，減少人員及機(jī)械使用，大大節(jié)約了安裝成本。

4.3 人工勞動(dòng)強(qiáng)度低

該新型智能逃生管道設(shè)備全靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)，只需人工控制前進(jìn)方向和擺放位置，無(wú)需高強(qiáng)度勞動(dòng)作業(yè)，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.4 智能化程度高

該新型智能逃生管道設(shè)備通過(guò)采用液壓升降裝置，可實(shí)現(xiàn)二次襯砌→仰拱→掌子面的自由行走，克服仰拱施工地面高差大的影響;通過(guò)采用自行式驅(qū)動(dòng)裝置，可實(shí)現(xiàn)自由伸縮行走，智能化程度高，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

4.5 安全可靠性高

該新型智能逃生管道設(shè)備通過(guò)采用高效減震裝置，當(dāng)隧道突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害掌子面或初期支護(hù)坍塌時(shí)，可大大降低逃生管道的變形，確保逃生管道通行順暢，減少人員傷害。

4.6 使用壽命周期長(zhǎng)

該新型智能逃生管道設(shè)備通過(guò)輪胎行走，與洞內(nèi)地面不直接接觸，磨損和腐蝕程度均較慢，大大提高了逃生管道的使用壽命。

5 隧道新型智能逃生管道設(shè)備主要組成裝置及運(yùn)作機(jī)理

5.1 自行式驅(qū)動(dòng)裝置

首先，通過(guò)調(diào)速電機(jī)（7）帶動(dòng)小皮帶輪（13）轉(zhuǎn)動(dòng)，小皮帶輪（13）通過(guò)電機(jī)皮帶（9）帶動(dòng)大皮帶輪（11）轉(zhuǎn)動(dòng)，大皮帶輪（11）通過(guò)傳動(dòng)軸（10）帶動(dòng)自鎖輪胎（12）轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而牽引上部的無(wú)縫鋼管三（4）向前移動(dòng)，無(wú)縫鋼管三（4）伸出長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，利用銷(xiāo)軸將無(wú)縫鋼管三（4）和無(wú)縫鋼管二（3）上的定位孔（19）連接，然后帶動(dòng)無(wú)縫鋼管二（3）向前移動(dòng)，無(wú)縫鋼管二（3）伸出長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，利用銷(xiāo)軸將無(wú)縫鋼管二（3）和無(wú)縫鋼管一（1）上的定位孔（19）連接，進(jìn)而帶動(dòng)無(wú)縫鋼管一（1）向前移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)逃生管道向前自動(dòng)行走，快速到達(dá)指定擺放位置。

5.2 高效減震裝置

將減震彈簧（18）分別與無(wú)縫鋼管下部的緊固套（2）底座和減震器底座（15）連接，外部分別安裝上下兩個(gè)減震套筒（6），防止減震彈簧（18）產(chǎn)生橫向偏位，上下兩個(gè)減震套筒（6）分別與緊固套（2）底座與減震器底座（15）焊接牢靠，當(dāng)隧道突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害掌子面或初期支護(hù)坍塌時(shí)，高效減震裝置可大大降低逃生管道的變形，確保逃生管道通行順暢，減少人員傷害。

5.3 液壓升降裝置

液壓升降裝置將液壓升降桿（14）分別與減震器底座（15）和電機(jī)底座（8）連接，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓油壓力來(lái)控制液壓升降桿（14）的升降高度，確保無(wú)縫鋼管的同軸度保持一致，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)二襯→仰拱→掌子面的自由行走。

5.4 定位裝置

在無(wú)縫鋼管一（1）、無(wú)縫鋼管二（3）、無(wú)縫鋼管三（4）的管壁上分別設(shè)有定位孔（19），當(dāng)無(wú)縫鋼管的伸出長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，利用銷(xiāo)軸將相鄰無(wú)縫鋼管上的定位孔（19）連接，避免無(wú)縫鋼管發(fā)生滑脫現(xiàn)象。

5.5 緊固裝置

主要通過(guò)緊固套（2）和緊固螺栓（16）與無(wú)縫鋼管管壁連接牢靠，防止無(wú)縫鋼管向前移動(dòng)的過(guò)程中，緊固套（2）與無(wú)縫鋼管管壁產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，影響無(wú)縫鋼管的向前移動(dòng)。

5.6 自鎖裝置

當(dāng)逃生管道到達(dá)指定擺放位置后，通過(guò)自鎖輪胎（12）立即將輪胎鎖住，防止逃生管道滑移，確保其處于安全狀態(tài)。

5.7 法蘭連接裝置

當(dāng)隧道圍巖較好，掌子面與二襯安全步距增大，而單臺(tái)逃生管道設(shè)備總長(zhǎng)無(wú)法滿(mǎn)足施工作業(yè)要求時(shí)，可以通過(guò)法蘭盤(pán)（5）接長(zhǎng)逃生管道長(zhǎng)度，并利用螺栓將法蘭螺栓孔（17）連接牢靠，確保隧道逃生安全可靠。

5.8 主要組成裝置

隧道新型智能逃生管道主要由自行式驅(qū)動(dòng)裝置、高效減震裝置、液壓升降裝置、定位裝置、緊固裝置、自鎖裝置、法蘭連接裝置七大部分組成，具體結(jié)構(gòu)圖如下：

1.無(wú)縫鋼管一;2.緊固套;3.無(wú)縫鋼管二;4.無(wú)縫鋼管三;5.法蘭盤(pán);6.減震套筒;7.調(diào)速電機(jī);8.電機(jī)底座;9.電機(jī)皮帶;10.傳動(dòng)軸;11.大皮帶輪;12.自鎖輪胎;13.小皮帶輪;14.液壓升降桿;15.減震器底座;16.緊固螺栓;17.法蘭螺栓孔;18.減震彈簧;19.定位孔。

6 效益分析

項(xiàng)目通過(guò)對(duì)該逃生管道的應(yīng)用，提高了洞內(nèi)逃生管道的擺放時(shí)間和效率，提升了一線(xiàn)施工人員應(yīng)急逃生和自救能力，提高了項(xiàng)目災(zāi)害預(yù)防能力，保障了項(xiàng)目的安全生產(chǎn)，降低了項(xiàng)目成本，為汶馬高速公路的建設(shè)做出了安全貢獻(xiàn)。

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)對(duì)特長(zhǎng)隧道智能逃生管道的應(yīng)用，有效減少了人工和機(jī)械的投入，預(yù)計(jì)到本項(xiàng)目結(jié)束，能減少人員成本約33萬(wàn)元，能減少機(jī)械使用及油耗約15萬(wàn)元。

6.2 安全效益

項(xiàng)目通過(guò)對(duì)該援救成果的應(yīng)用，提高了項(xiàng)目災(zāi)害預(yù)防能力和施工人員的應(yīng)急逃生、自救能力，有效保障了項(xiàng)目施工安全，為項(xiàng)目安全生產(chǎn)提供了有效支撐。

6.3 社會(huì)效益

本工程為海威公司在建項(xiàng)目中最長(zhǎng)的隧道，在四川省為第二長(zhǎng)公路隧道，如果能夠成功該課題成果推廣出去，將會(huì)對(duì)相鄰標(biāo)段、相鄰在建項(xiàng)目及類(lèi)似施工項(xiàng)目的安全生產(chǎn)提供有利幫助，品牌效益巨大。

6.4 綜合效益

無(wú)論是從當(dāng)前安全生產(chǎn)工作的需求，還是從安全的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，以人為本是施工生產(chǎn)的重中之重，也是國(guó)情國(guó)策，該研究成果既能有效保障一線(xiàn)施工人員的生命安全，提高應(yīng)急避險(xiǎn)和自救能力，同時(shí)能為項(xiàng)目節(jié)約部分成本，綜合效益顯著，值得大力推廣使用。

7 總結(jié)

通過(guò)對(duì)高原特長(zhǎng)隧道災(zāi)害防治及應(yīng)急逃生研究成果的應(yīng)用，提高了洞內(nèi)逃生管道的擺放時(shí)間和效率，提升了一線(xiàn)施工人員應(yīng)急逃生和自救能力，提高了項(xiàng)目災(zāi)害預(yù)防能力，保障了項(xiàng)目的安全生產(chǎn)，降低了項(xiàng)目成本，為汶馬高速公路的建設(shè)做出了安全貢獻(xiàn)，取得了良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，并培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的隧道安全管理人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊飚，莊富盛.新型隧道逃生管道設(shè)計(jì)模擬及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].公路交通技術(shù)，2013（2）：111-114.

[2]余倩，張家石.一種新型逃生管道的設(shè)計(jì)與分析改進(jìn)[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，16（1）：11-15.

[3]李祝龍，李鵬飛.波紋鋼管用作隧道逃生管道時(shí)的模擬分析[J].公路交通科技，2017，34（8）：105-113.

[4]張瑜，丁慶榮.隧道逃生管道的沖擊實(shí)驗(yàn)與仿真模擬[J].土木工程與管理學(xué)報(bào)，2010，27（2）：87-89+94.