中国城市化进程的快速发展对基础设施建设提出了更高的标准和要求.为实现城市地下空间的高 效合理利用和市政公用管线的集约化管理,城市综 合管廊得到了飞速的发展[１２].自２０１５年国务院办公厅发布«关于推进城市地下综合管廊建设的指导 意见»以来,政府密集出台了«全国城市市政基础设 施建设“十三五”规划»«关于推进城市安全发展的意见»«城市地下综合管廊建设规划技术导则»等一系 列文件推进城市综合管廊的建设.至今,全国已建 和在建综合管廊总长度超 过１万km,投资超过 １ 万亿元.根据中国«城市综合管廊工程技术规范»GB５０８３８—２０１５规定[３],燃气管线被允许纳入综合 管廊并独立成舱.然而,近年来,湖北十堰、北京 顺义、吉林松原、贵州晴隆等地发生的多起燃气泄 漏爆炸事故造成了重大的人员伤亡和财产损失,这 为综合管廊燃气舱的安全运行敲响了警钟[４５].因 此,深入研究综合管廊燃气舱这一布置有附属设施 的复杂受限空间场景下的燃气爆炸特性,不仅有助 于已建综合管廊爆炸事故的后果评估、提升综合管 廊的防灾减灾能力,也可为拟建或在建综合管廊燃气管线的安全入廊提供参考.
当前,国内外一些学者已经通过数值模拟、相 似实验等方法对综合管廊燃气爆炸及其安全防控相 关问题进 行 了 研 究.通 用 显 式 动 力 分 析 程 序 LSＧ DYNA 因其在综合管廊燃气爆炸过程及结构动力 响应模拟方面的显著优势得到了广泛应用.孙加超等[６]利用 LSＧDYNA 建立了三舱室综合管廊模型, 模拟了燃气舱在不同爆炸荷载下的应力分布情况. 类似地,刘中宪等[７]研究了爆炸载荷峰值及持续时 间对综合管廊动力破坏特征的影响.刘希亮等[８９] 采用 LSＧDYNA 对综合管廊燃气爆炸过程进行模 拟并分析了管廊结构的动力响应规律.Wang等[１０] 利用 LSＧDYNA 研究了燃气爆炸场景下荷载强度、 混凝土强度、钢筋强度和截面类型对管廊结构的影 响.Xue等[１１]基 于 任意 LagrangeＧEuler(arbitrary LagrangeＧEuler,ALE)和 有 限 元 方 法 (finite elementmethod,FEM)耦合算法开发了综合考虑 爆炸性气体流动性质和管廊舱体结构力学特性的数 值计算模型,模拟分析了综合管廊燃气爆炸的动态 过程.此外,还有学者在综合管廊抗爆结构方面开 展了相关研究,对新型材料和管廊舱体结构进行了探讨[１２１４].然而,上述研究多为爆炸载荷下的综合管廊舱体动力响应分析,针对综合管廊复杂受限空 间下的燃气爆炸特性的研究仍十分欠缺.赵勇坚 等[１５]结合 ANSYSFLUENT及 ANSYSAUTODYN 模拟了燃气舱燃气爆炸过程,进一步分析了爆炸超 压分布规 律 及 爆 炸 对 临 近 地 铁 隧 道 的 影 响.Yan 等[１６]和 Li等[１７]通过实验及 FLACS模拟软件对综 合管廊燃气爆炸特性进行了研究,分析了气体体积 分数、泄压口、防火分区长度、点火位置等因素对爆炸传播的影响.Zhang等[１８]利用 FLACS模拟了 不同体积分 数 配 比 的 甲 烷 氢 气 混 合气 体 在 综 合 管廊燃气舱中的爆炸过程,分析了其火焰传播及 超压分布.
由以上研究现状可知,当前综合管廊燃气爆炸特性的研究主要采用传统数值模拟手段,大多未考 虑综合管廊复杂附属设施布局、动态通风条件等, 且缺乏有效实验验证.因此,为了支撑综合管廊爆炸场景下的事故后果评估和安全防护策略制定,满 足数值计算模型验证所需的高置信度数据要求,当前亟需开展符合综合管廊真实场景的燃气爆炸实验研究,从而为城市综合管廊燃气舱防灾减灾设计提供重要依据.
本研究自主搭建了由综合管廊燃气舱模型、配气系统、点火装置、数据采集系统及同步控制器组 成的综合管廊燃气爆炸实验系统,在此基础上研究 了甲烷体积分数、泄压口和附属设施对火焰传播过程和超压分布的影响.本研究为综合管廊燃气爆炸 实验系统装置的设计提供了可行范式,并可为城市 综合管廊燃气舱燃气爆炸事故的安全防控提供技术支撑.
