湯曉瑜 瞿興文

(1.來賓市人民防空工程質(zhì)量監(jiān)督站, 廣西 來賓 546100； 2.廣西人防設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530000)

1 概述

城市地下綜合管廊是支撐城市運(yùn)行的重要生命線和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。到2020年，我國將建成一批具有國際先進(jìn)水平的地下綜合管廊并投入運(yùn)營。到那時(shí)，城市地下綜合管廊連同其納入的地下管線，將真正意義上融入城市賴以生存和發(fā)展的生命線體系[1]。但是，正因?yàn)榫C合管廊同時(shí)綜合了多種地下生命線，導(dǎo)致其功能也相應(yīng)增加，使得綜合管廊在平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的安全性變得尤為重要。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭一般通過襲擊破壞和摧毀敵方生命線體系等目標(biāo)，給敵方居民生活和作戰(zhàn)行動、聯(lián)絡(luò)、補(bǔ)給與保障等造成困難，剝奪敵方賴以繼續(xù)進(jìn)行戰(zhàn)爭的能力，進(jìn)而奪取戰(zhàn)爭的勝利[2]。因此，作為城市運(yùn)轉(zhuǎn)的重要樞紐，城市生命線在戰(zhàn)爭期間一旦遭到破壞，可能導(dǎo)致城市運(yùn)行癱瘓，且某些生命線體系破壞還會產(chǎn)生次生災(zāi)害，造成難以估計(jì)的財(cái)產(chǎn)損失。因而，綜合管廊作為城市地下生命線系統(tǒng)的基本組成部分，關(guān)乎城市運(yùn)行命脈以及戰(zhàn)后的恢復(fù)和發(fā)展，關(guān)乎國家戰(zhàn)爭潛力的激發(fā)，對其展開落實(shí)防護(hù)要求的防護(hù)工作，是城市重要經(jīng)濟(jì)目標(biāo)綜合防護(hù)體系的重要內(nèi)容。因此，本文針對綜合管廊遭受未來戰(zhàn)爭常規(guī)武器打擊情境，對綜合管廊常規(guī)武器內(nèi)爆效應(yīng)進(jìn)行分析[3,4]，為綜合管廊防護(hù)單元和抗爆單元?jiǎng)澐痔峁┮罁?jù)。

2 常規(guī)武器爆炸沖擊波空氣傳播效應(yīng)

Brode公式得到：

(1)

國防工程設(shè)計(jì)規(guī)范中的公式：

(2)

Henrych公式：

(3)

caдoьcкнй公式：

(4)

以上公式是針對球形TNT裝藥在無限空氣介質(zhì)中的爆炸情況，當(dāng)傳播距離大于裝藥特征尺寸時(shí)，在無限空氣介質(zhì)中可按照上式進(jìn)行計(jì)算。

在本研究中，為了取最不利情況，以綜合管廊遭受一枚戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈直接命中內(nèi)爆為情境進(jìn)行分析，導(dǎo)彈內(nèi)裝454 kg高爆炸藥。轉(zhuǎn)換為等效TNT，Ge=601 kg，TNT密度為1 630 kg/m3，TNT半徑為0.45 m。

空氣沖擊波對各種目標(biāo)和殺傷作用的超壓值，可通過試驗(yàn)得到，峰值壓力對各種建筑物和設(shè)施破壞的程度描述如表1,圖1所示。

表1 峰值壓力對建筑物和設(shè)施的破壞程度

如圖1，表1所示，454 kg高爆炸藥爆炸后，在無限空氣介質(zhì)中，距離爆心50 m處已僅存能夠?qū)е虏ＡО惭b物破壞的沖擊波峰值壓力0.02 MPa。

3 綜合管廊內(nèi)常規(guī)武器爆炸沖擊效應(yīng)仿真

在實(shí)際綜合管廊內(nèi)，武器內(nèi)爆情況與無限空氣中傳播并不完全相同。因而對武器在綜合管廊內(nèi)爆毀傷情況進(jìn)行模擬仿真，以得到武器管廊內(nèi)爆毀傷情況[6]，為抗爆單元?jiǎng)澐痔峁┮罁?jù)?？紤]到網(wǎng)格和計(jì)算效率的影響，選用一維計(jì)算結(jié)果并映射到二維模型中，模型為平面對稱模型。

同時(shí)由于沖擊波在管廊模型邊界處會發(fā)生發(fā)射，所以在模型的邊界處添加流出邊界Flow-Out，使得沖擊波傳播到模型的邊界處能夠流出，而不是反射。對于混凝土采用拉格朗日網(wǎng)格，炸藥和空氣采用歐拉網(wǎng)格，使用流固耦合接觸。仿真場景如圖2,圖3所示。

4 仿真結(jié)論與建議

本研究中以綜合管廊遭受一枚戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈直接命中內(nèi)爆為情境進(jìn)行分析，導(dǎo)彈內(nèi)裝454 kg高爆炸藥。轉(zhuǎn)換為等效TNT，Ge=601 kg，TNT密度為1 630 kg/m3，TNT半徑為0.45 m，采用ANSYS軟件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖4～圖6所示。

如圖4～圖7所示，454 kg高爆炸藥的戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈在管廊內(nèi)爆炸，對爆心處混凝土損傷嚴(yán)重。從縱斷面上來看，至爆心左右70 m處，主要沖擊波的傳播已趨近于0，但是在某些部位仍可出現(xiàn)高應(yīng)力集中區(qū)，有可能造成纜線和管道毀傷。因而結(jié)合無限空氣傳播情境，一枚常規(guī)武器內(nèi)爆對管廊及其內(nèi)部設(shè)備破壞范圍區(qū)間長度應(yīng)為100 m～140 m左右。結(jié)合防火門設(shè)置，管廊防護(hù)單元或抗爆單元長度200 m，對管廊內(nèi)爆進(jìn)行防護(hù)較為適宜。