城市地下綜合管廊燃氣泄漏效應模擬仿真分析

湯曉瑜 瞿興文

(1.來賓市人民防空辦公室，廣西 來賓 546100； 2.廣西結建人防工程設計有限公司，廣西 南寧 530000)

1 概述

城市地下綜合管廊亦稱共同溝，是指收納兩種以上城市管線的地下構筑物。綜合管廊納入的城市管線包括城市范圍內供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視、工業等八大管線及其附屬設施，是保障城市運行的重要基礎設施和生命[1,2]。

綜合管廊的概念起源于19世紀的歐洲，并在歐洲開始興建。在我國，城市綜合管廊這個概念的提出時間并不長，我國綜合管廊真正意義上的建設始于1994年上海浦東新區張楊路綜合管廊以及2001年濟南泉城路地下綜合管廊。2013年起，國務院加大對城市地下綜合管廊的推進力度，先后頒布一系列指導意見用于指導各地綜合管廊建設，并確定綜合管廊試點城市，從政策、資金、技術等多方面進行支持。截至2014年，我國已建的綜合管廊總長度為75.41 km。2015年8月3日，國務院辦公廳下發《關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》，全面推進城市地下綜合管廊在我國的建設，標志著綜合管廊建設在我國大規模展開。2015年全國確定了10個綜合管廊試點城市，分別為包頭、沈陽、哈爾濱、蘇州、廈門、十堰、長沙、海口、六盤水及白銀(見表1)，計劃三年內建設綜合管廊389 km。2016年國家確定了第二批綜合管廊試點城市，分別為鄭州、廣州、石家莊、四平、青島、威海、杭州、保山、南寧、銀川、平潭、景德鎮、成都、合肥、海東。2016年政府工作報告中再次提出開工建設綜合管廊2 000 km，在未來3年內，全國將鋪設約8 000 km的地下綜合管廊。

可以看出，我國綜合管廊建設已步入了一個快速發展的時期。隨著我國現代化程度進一步提高和城市規模的擴大，城市綜合管廊的重要性將日益凸顯。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展的生命線體系。但是，隨著經濟社會的發展，我國城市綜合管廊面臨各類災害威脅也日趨嚴重，尤其是納入燃氣管線的綜合管廊，燃氣泄漏到極限狀態，將引起爆炸效應嚴重威脅管廊安全[3]。因而，對城市地下綜合管廊燃氣泄漏效應進行仿真分析，確定其極限狀態，進而指導其抗爆單元劃分，具有重要意義[4,5]。

表1 綜合管廊試點城市建設及投資規劃

2 管廊燃氣泄漏擴散模擬場景設置

阻斷設有燃氣艙室的管廊在燃氣泄漏后的傳播，在短時間內阻止管廊內部達到最不利爆炸濃度，并在燃氣爆炸后控制爆炸毀傷范圍，是綜合管廊抗爆單元劃分的重要功能之一[6]。因而在本文中，對管廊進行燃氣泄漏和爆炸極限狀態模擬，以得到控制燃氣傳播達到最不利爆炸濃度的單元長度，作為綜合管廊單元劃分的依據。我們取大型干線燃氣艙室為例進行擴散模擬場景設置[7]。該模型管艙長度為600 m，截面為3 m×2.75 m，燃氣泄漏點位于管艙中部，泄漏強度為中等普遍強度50 g/s，管廊內處于靜風狀態(相比通風狀態，靜風狀態為不利情景，因為通風狀態有利于氣體擴散)。具體如圖1所示。

3 管廊燃氣泄漏擴散模擬結果

通過CFD燃氣擴散效果模擬，得出了燃氣艙內在發生泄漏0.25 h,0.5 h和1 h的濃度分布(見圖2,圖3)。

由圖可以看出，燃氣泄漏0.25 h后，燃氣艙內尚未達到最不利燃氣爆炸濃度(9.5%)，艙內的氣體濃度較低；燃氣泄漏0.5 h后，最不利燃氣爆炸濃度能夠擴散到將近400 m，艙內上部泄漏點附近400 m(左右各200 m)出現局部紅色區域，表明整個艙內局部區域達到最不利燃氣爆炸濃度；燃氣泄漏1 h后，最不利燃氣爆炸濃度能夠擴散到將近600 m，艙內上部全部顯示紅色區域，表明整個艙內都有區域達到最不利燃氣爆炸濃度。通過對比可知燃氣發生泄漏后，為了避免擴散到更大范圍，進而引發爆炸，需要及時隔斷(即劃分抗爆單元)，然后進一步采取減災措施。在0.4 h內，燃氣管艙泄漏蔓延至泄漏點左右100 m處。在0.5 h內，靜風狀態下最不利爆炸濃度蔓延至泄漏點左右200 m處。

4 結語

結合管廊防火門分布，從燃氣擴散角度進行分析，以200 m進行防護隔斷劃分，有0.4 h的泄漏時間。以400 m為單元設立防護隔斷，則有0.5 h的泄漏時間，差距并不是很大。因而，以200 m或 400 m對管廊進行抗爆單元劃分區別不大，綜合管廊抗爆單元應結合防火單元，以200 m為區段進行抗爆單元或防護單元劃分。