城市地下综合管廊燃气泄漏效应模拟仿真分析

汤晓瑜 瞿兴文

(1.来宾市人民防空办公室，广西 来宾 546100； 2.广西结建人防工程设计有限公司，广西 南宁 530000)

1 概述

城市地下综合管廊亦称共同沟，是指收纳两种以上城市管线的地下构筑物。综合管廊纳入的城市管线包括城市范围内供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等八大管线及其附属设施，是保障城市运行的重要基础设施和生命[1,2]。

综合管廊的概念起源于19世纪的欧洲，并在欧洲开始兴建。在我国，城市综合管廊这个概念的提出时间并不长，我国综合管廊真正意义上的建设始于1994年上海浦东新区张杨路综合管廊以及2001年济南泉城路地下综合管廊。2013年起，国务院加大对城市地下综合管廊的推进力度，先后颁布一系列指导意见用于指导各地综合管廊建设，并确定综合管廊试点城市，从政策、资金、技术等多方面进行支持。截至2014年，我国已建的综合管廊总长度为75.41 km。2015年8月3日，国务院办公厅下发《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》，全面推进城市地下综合管廊在我国的建设，标志着综合管廊建设在我国大规模展开。2015年全国确定了10个综合管廊试点城市，分别为包头、沈阳、哈尔滨、苏州、厦门、十堰、长沙、海口、六盘水及白银(见表1)，计划三年内建设综合管廊389 km。2016年国家确定了第二批综合管廊试点城市，分别为郑州、广州、石家庄、四平、青岛、威海、杭州、保山、南宁、银川、平潭、景德镇、成都、合肥、海东。2016年政府工作报告中再次提出开工建设综合管廊2 000 km，在未来3年内，全国将铺设约8 000 km的地下综合管廊。

可以看出，我国综合管廊建设已步入了一个快速发展的时期。随着我国现代化程度进一步提高和城市规模的扩大，城市综合管廊的重要性将日益凸显。城市地下综合管廊连同其纳入的地下管线，将真正意义上融入城市赖以生存和发展的生命线体系。但是，随着经济社会的发展，我国城市综合管廊面临各类灾害威胁也日趋严重，尤其是纳入燃气管线的综合管廊，燃气泄漏到极限状态，将引起爆炸效应严重威胁管廊安全[3]。因而，对城市地下综合管廊燃气泄漏效应进行仿真分析，确定其极限状态，进而指导其抗爆单元划分，具有重要意义[4,5]。

表1 综合管廊试点城市建设及投资规划

2 管廊燃气泄漏扩散模拟场景设置

阻断设有燃气舱室的管廊在燃气泄漏后的传播，在短时间内阻止管廊内部达到最不利爆炸浓度，并在燃气爆炸后控制爆炸毁伤范围，是综合管廊抗爆单元划分的重要功能之一[6]。因而在本文中，对管廊进行燃气泄漏和爆炸极限状态模拟，以得到控制燃气传播达到最不利爆炸浓度的单元长度，作为综合管廊单元划分的依据。我们取大型干线燃气舱室为例进行扩散模拟场景设置[7]。该模型管舱长度为600 m，截面为3 m×2.75 m，燃气泄漏点位于管舱中部，泄漏强度为中等普遍强度50 g/s，管廊内处于静风状态(相比通风状态，静风状态为不利情景，因为通风状态有利于气体扩散)。具体如图1所示。

3 管廊燃气泄漏扩散模拟结果

通过CFD燃气扩散效果模拟，得出了燃气舱内在发生泄漏0.25 h,0.5 h和1 h的浓度分布(见图2,图3)。

由图可以看出，燃气泄漏0.25 h后，燃气舱内尚未达到最不利燃气爆炸浓度(9.5%)，舱内的气体浓度较低；燃气泄漏0.5 h后，最不利燃气爆炸浓度能够扩散到将近400 m，舱内上部泄漏点附近400 m(左右各200 m)出现局部红色区域，表明整个舱内局部区域达到最不利燃气爆炸浓度；燃气泄漏1 h后，最不利燃气爆炸浓度能够扩散到将近600 m，舱内上部全部显示红色区域，表明整个舱内都有区域达到最不利燃气爆炸浓度。通过对比可知燃气发生泄漏后，为了避免扩散到更大范围，进而引发爆炸，需要及时隔断(即划分抗爆单元)，然后进一步采取减灾措施。在0.4 h内，燃气管舱泄漏蔓延至泄漏点左右100 m处。在0.5 h内，静风状态下最不利爆炸浓度蔓延至泄漏点左右200 m处。

4 结语

结合管廊防火门分布，从燃气扩散角度进行分析，以200 m进行防护隔断划分，有0.4 h的泄漏时间。以400 m为单元设立防护隔断，则有0.5 h的泄漏时间，差距并不是很大。因而，以200 m或 400 m对管廊进行抗爆单元划分区别不大，综合管廊抗爆单元应结合防火单元，以200 m为区段进行抗爆单元或防护单元划分。