隧道新型智能逃生管道设备在隧道施工安全管理中的应用

唐海雪

摘 要：随着我国经济不断发展，建设施工技术不断提高，我国隧道施工工程日益增多，由于隧道工程的特殊性，地质条件、水文条件、施工条件等方面的因素影响，隧道施工安全事故屡见不鲜，最为常见的就是坍塌关门事故，大部分事故均因为洞内逃生管道设置不及时、不到位导致了人员伤亡。项目通过采用特长隧道智能逃生管道，配备自行式驅动机构，实现洞内逃生管道快速推进，减少人员及机械使用，让逃生管道的摆放和推进更加方便快捷，减少时间，提高效率;同时，采用液压升降和高减震缓存机构，可实现二衬→仰拱→掌子面的自由行走，当遇到紧急情况时，可大大降低逃生管道的变形，确保逃生管道通行顺畅，减少人员伤害，加强长特大隧道安全事故中的安全逃生与自救能力，进一步保障一线施工人员生命财产安全。

关键词：新型智能逃生管道设备;安全管理;隧道施工;经济效益

1 工程概况

汶川至马尔康高速公路地处四川盆地西北边缘与青藏高原东部交错接触带，起于汶川县城以南凤坪坝，路线沿国道G317线走廊按沿溪线布设，其中，狮子坪隧道为汶马高速公路主要控制性工程之一，该隧道全长13.156公里，本项目承担隧道中部4.952公里的施工任务。由于本隧道地处米亚罗区域性大断层，属于地震活动频繁区域，地质条件复杂。岩层以炭质千枚岩为主，工程安全管控压力非常大，为提高隧道安全管理效率及应急救援能力，降低事故救援难度及成本，项目通过改良、优化逃生管道布设手段，提高逃生管道的实用性等方面，加强长特大隧道安全事故中的安全逃生与自救能力，进一步保障一线施工人员生命财产安全。

2 国内外相关技术现状

现有的隧道逃生管道安装全靠人工进行搬运和安装，安装效率低、安装质量差、人工劳动强度高、安全可靠性和智能化程度均低;目前，暂未未发现用于隧道紧急逃生的新型智能逃生管道设备，现有技术存在以下四大缺点：

2.1 安装效率低

现有的隧道逃生管道全靠人工进行搬运和安装，由于逃生管道材质均为无缝钢管，管节比较沉重，洞内施工作业空间有限，搬运速度慢，安装效率低。

2.2 安装质量差

现有的隧道逃生管道全靠人工进行搬运和安装，安装随意性较大，安装偏距也较大，尤其是隧道仰拱施工段落，因仰拱开挖造成地面高差较大，人工安装根本无法保证逃生管道的同轴度，进而无法保证逃生管道通行顺畅，影响紧急情况下逃生速度。

2.3 管道易变形腐蚀

现有的隧道逃生管道由于直接放置在洞内地面上，地面雨水和泥浆较多，易发生化学腐蚀，影响管道寿命;而且底部没有安装减震装置，当隧道突发地质灾害掌子面或初期支护坍塌时，逃生管道变形严重，无法保证通行顺畅，易造成人员滞留。

2.4 人工劳动强度高

现有的隧道逃生管道全靠人工进行搬运和安装，由于逃生管道材质均为无缝钢管，管节比较沉重，易造成工人身体疲劳，工人的劳动强度高。

基于以上缺点，特发明了一种用于隧道的新型智能逃生管道设备，相比现有的人工安装方式，具有安装效率高、安装质量好、人工劳动强度低、洞内施工环境适应性强、施工安全风险小等特点，大大提高了隧道初期支护钢拱架安装的整体效果，防止了质量通病，节省了施工工期，降低了人工成本，具有很高的应用价值。

3 适用范围

本论文适用于各类隧道施工工程过程中安全管理，广泛应用于隧道掌子面至二衬施工段落，在施工作业过程中因突发地质灾害造成掌子面或初期支护坍塌时，为施工作业人员紧急逃生撤离提供安全可靠的生命通道，保证了生命财产安全，在隧道施工作业过程中具有广泛的推广应用价值。

4 隧道新型智能逃生管道设备优点

本发明一种用于隧道的新型智能逃生管道设备，因其具有安装效率高、安装成本低、人工劳动强度低、智能化程度和安全可靠性高、使用寿命周期长等特点。其优点主要体现在以下六个方面：

4.1 安装效率高

通过采用特长隧道智能逃生管道，配备自行式驱动机构，实现洞内逃生管道快速推进，减少人员及机械使用，让逃生管道的摆放和推进更加方便快捷，减少了安装时间，提高了安装效率。

4.2 安装成本低

通过采用新型智能逃生管道设备，配备自行式驱动机构，实现洞内逃生管道快速推进，减少人员及机械使用，大大节约了安装成本。

4.3 人工劳动强度低

该新型智能逃生管道设备全靠电机驱动前进，只需人工控制前进方向和摆放位置，无需高强度劳动作业，大大降低了工人的劳动强度。

4.4 智能化程度高

该新型智能逃生管道设备通过采用液压升降装置，可实现二次衬砌→仰拱→掌子面的自由行走，克服仰拱施工地面高差大的影响;通过采用自行式驱动装置，可实现自由伸缩行走，智能化程度高，环境适应能力强。

4.5 安全可靠性高

该新型智能逃生管道设备通过采用高效减震装置，当隧道突发地质灾害掌子面或初期支护坍塌时，可大大降低逃生管道的变形，确保逃生管道通行顺畅，减少人员伤害。

4.6 使用寿命周期长

该新型智能逃生管道设备通过轮胎行走，与洞内地面不直接接触，磨损和腐蚀程度均较慢，大大提高了逃生管道的使用寿命。

5 隧道新型智能逃生管道设备主要组成装置及运作机理

5.1 自行式驱动装置

首先，通过调速电机（7）带动小皮带轮（13）转动，小皮带轮（13）通过电机皮带（9）带动大皮带轮（11）转动，大皮带轮（11）通过传动轴（10）带动自锁轮胎（12）转动，进而牵引上部的无缝钢管三（4）向前移动，无缝钢管三（4）伸出长度到达设计长度后，利用销轴将无缝钢管三（4）和无缝钢管二（3）上的定位孔（19）连接，然后带动无缝钢管二（3）向前移动，无缝钢管二（3）伸出长度到达设计长度后，利用销轴将无缝钢管二（3）和无缝钢管一（1）上的定位孔（19）连接，进而带动无缝钢管一（1）向前移动，从而实现整个逃生管道向前自动行走，快速到达指定摆放位置。

5.2 高效减震装置

将减震弹簧（18）分别与无缝钢管下部的紧固套（2）底座和减震器底座（15）连接，外部分别安装上下两个减震套筒（6），防止减震弹簧（18）产生横向偏位，上下两个减震套筒（6）分别与紧固套（2）底座与减震器底座（15）焊接牢靠，当隧道突发地质灾害掌子面或初期支护坍塌时，高效减震装置可大大降低逃生管道的变形，确保逃生管道通行顺畅，减少人员伤害。

5.3 液压升降装置

液压升降装置将液压升降杆（14）分别与减震器底座（15）和电机底座（8）连接，通过调节液压油压力来控制液压升降杆（14）的升降高度，确保无缝钢管的同轴度保持一致，进而实现二衬→仰拱→掌子面的自由行走。

5.4 定位装置

在无缝钢管一（1）、无缝钢管二（3）、无缝钢管三（4）的管壁上分别设有定位孔（19），当无缝钢管的伸出长度到达设计长度后，利用销轴将相邻无缝钢管上的定位孔（19）连接，避免无缝钢管发生滑脱现象。

5.5 緊固装置

主要通过紧固套（2）和紧固螺栓（16）与无缝钢管管壁连接牢靠，防止无缝钢管向前移动的过程中，紧固套（2）与无缝钢管管壁产生打滑现象，影响无缝钢管的向前移动。

5.6 自锁装置

当逃生管道到达指定摆放位置后，通过自锁轮胎（12）立即将轮胎锁住，防止逃生管道滑移，确保其处于安全状态。

5.7 法兰连接装置

当隧道围岩较好，掌子面与二衬安全步距增大，而单台逃生管道设备总长无法满足施工作业要求时，可以通过法兰盘（5）接长逃生管道长度，并利用螺栓将法兰螺栓孔（17）连接牢靠，确保隧道逃生安全可靠。

5.8 主要组成装置

隧道新型智能逃生管道主要由自行式驱动装置、高效减震装置、液压升降装置、定位装置、紧固装置、自锁装置、法兰连接装置七大部分组成，具体结构图如下：

1.无缝钢管一;2.紧固套;3.无缝钢管二;4.无缝钢管三;5.法兰盘;6.减震套筒;7.调速电机;8.电机底座;9.电机皮带;10.传动轴;11.大皮带轮;12.自锁轮胎;13.小皮带轮;14.液压升降杆;15.减震器底座;16.紧固螺栓;17.法兰螺栓孔;18.减震弹簧;19.定位孔。

6 效益分析

项目通过对该逃生管道的应用，提高了洞内逃生管道的摆放时间和效率，提升了一线施工人员应急逃生和自救能力，提高了项目灾害预防能力，保障了项目的安全生产，降低了项目成本，为汶马高速公路的建设做出了安全贡献。

6.1 经济效益

通过对特长隧道智能逃生管道的应用，有效减少了人工和机械的投入，预计到本项目结束，能减少人员成本约33万元，能减少机械使用及油耗约15万元。

6.2 安全效益

项目通过对该援救成果的应用，提高了项目灾害预防能力和施工人员的应急逃生、自救能力，有效保障了项目施工安全，为项目安全生产提供了有效支撑。

6.3 社会效益

本工程为海威公司在建项目中最长的隧道，在四川省为第二长公路隧道，如果能够成功该课题成果推广出去，将会对相邻标段、相邻在建项目及类似施工项目的安全生产提供有利帮助，品牌效益巨大。

6.4 综合效益

无论是从当前安全生产工作的需求，还是从安全的长远发展来看，以人为本是施工生产的重中之重，也是国情国策，该研究成果既能有效保障一线施工人员的生命安全，提高应急避险和自救能力，同时能为项目节约部分成本，综合效益显著，值得大力推广使用。

7 总结

通过对高原特长隧道灾害防治及应急逃生研究成果的应用，提高了洞内逃生管道的摆放时间和效率，提升了一线施工人员应急逃生和自救能力，提高了项目灾害预防能力，保障了项目的安全生产，降低了项目成本，为汶马高速公路的建设做出了安全贡献，取得了良好的技术、经济和社会效益，并培养了一批优秀的隧道安全管理人才。

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