摘要：爆炸冲击波作用下人防工程各种管道穿墙板构造部位防护密闭性是否受到破坏，是一个值得深入研究的问题。对爆炸冲击波作用下穿墙板管道进行了受力分析与计算，并对管道穿墙板的构造部位进行了爆炸冲击波模拟实验。试验结果表明人防工程在各抗力等级爆炸冲击波作用下，管道穿墙板做法可采用刚性防水套管做法替代刚性密闭套管做法，且穿墙板管道直径可以达到100 mm以上，同时，试验结果与提出的模型计算结论是相一致的，表明该模型的建立是合理的。

关键词：人防工程；爆炸冲击波；  穿墙板管道；  防护密闭性

战时核、常规武器爆炸冲击波作用下，人防工程各种管线（给排水管线、通风管线及供电、照明电缆线套管等）穿墙板（临空墙、楼板）处为工程防护密闭较为薄弱的部位，这些部位若防护密闭不当遭到破坏，则会导致爆炸冲击波及各种放射性物质、化学毒剂、生物战剂进入工程内部造成人员伤亡及设备损坏。管道穿墙板工程做法有刚性防水套管做法和刚性密闭套管做法。《防空地下室给排水设计》规定采用刚性密闭套管做法，其做法虽然安全但比较复杂、成本较高。规范规定不合理原因主要是缺少必要的理论依据和相关的实验验证，对冲击波破坏程度了解不够。对爆炸冲击波作用下管道穿墙板构造部位进行了受力分析与计算，并通过爆炸冲击波模拟实验分析了刚性防水套管做法替代刚性密闭套管做法在管道穿墙板工程中防护密闭的安全性。

1  管道穿墙板受力分析

1.1  管道与填料之间粘结作用

为达到防护密闭要求，人防工程管道穿墙板的工程做法是在管道与墙板之间的空隙采用填料填塞。管道外表面与填料之间的粘结强度是抵抗冲击波压力的关键。管道与填料之间的粘结作用类似于光圆钢筋与混凝土之间的粘结作用[7-11]，主要有3部分组成：填料中的胶体与管道外表面的化学胶结力、管道外表面与填料接触面上的摩擦阻力和由于管道表面粗糙不平所产生的机械咬合力。另外填料剪切粘结强度对管道与填料之间的粘结强度是有很大影响的，表1是几种常用填料的剪切粘结强度值。管道穿混凝土墙板的粘结.

1.2穿墙板管道受力分析模型

管道穿墙板的刚性防水套管做法及其力学分析模型如图2所示。受力分析时假定：1）同一截面上的钢管应力和混凝土应力分布均匀以及同一截面四周的粘结应力分布均匀；2）受力过程中，不考虑混凝土和钢管变形的非线性和塑性性质。

根据上述穿墙板管道受力分析模型，计算管道穿墙板工程构造部位的抗冲击波安全性可按下式计算结果进行判别：

    S≤R(1)

式中，S为荷载效应设计值；R为结构抗力设计值（即管道与填料之间的粘结力）。

  荷载效应S按下式计算：

    S=ygSk    (2)

式中，yg为荷载分项系数，活荷载可取1.4；Sk为荷载效应的标准值。若荷载S是冲击波超压作用在管道穿墙构造处的压力，则可参考《人民防空地下室设计规范》公式

    S=ysPA    (3)

式中，P为冲击波作用在管道穿墙板构造处的等效静压；A为套管或穿墙管截面积，A= nd2/4，其中d为套管或穿墙管的外径。冲击波作用在管道穿墙板构造处的等效静压P玎按下式计算：

    P= KfKdAPm    (4)

式中，墨为冲击波超压反射系数，可取3.0；Kd为动力系数，可取1. 05；APm为地面冲击波超压，按不同的防护工程抗力等级来取值

结构抗力R按下式计算：

    R =T．s    (5)

式中，尺为钢管与填料间的粘结力；T为钢管与填料的平均粘结强度，按表l选取；s为钢管与填料的粘结面积，s =4лrdh/3（粘结面积扣除了外墙或楼板中间1/3厚度所填油麻部分），其中d为套管内径或穿墙管外径，为外墙或楼板厚度。

1.3  管道穿墙板构造受力计算

采用图2所示的刚性防水套管受力分析模型，可计算出不同管径在不同抗力等级下管道穿墙板刚性防水套管构造部位所受到的冲击波压力如表2所示，套管或穿墙管与填料间的粘结力计算结果如表3所示。在计算中外墙或楼板厚度 h= 200 mm，填料采用石棉水泥填塞。

由表2和表3计算结果可知，套管或穿墙管与填料间的粘结力比冲击波荷载要大的多，因此钢管与填料间构造部位不发生强度破坏，可认为刚性防水套管做法在人民防空工程各抗力等级的冲击波超压作用下是能达到防护密闭作用的。

2爆炸冲击波模拟实验

2.1试件及做法

    试验台板上均匀设置DN80刚性防水套管做法、DN100刚性防水套管做法和DN150刚性密闭做法3个试件，如图3所示。台板为钢筋混凝土板，厚度按200 mm，混凝土强度按C30，根据荷载大小配置钢筋。

“刚性防水套管做法”系指按国家建筑标准设计《防水套管》刚性防水套管（A型）安装图㈡( 02S404 16)做法；

2.2试验内容

  1)加载试验

  压力峰值：P =0. 36 MPa;

  升压时间：T升≤10 ms；正压作用时间：T正≥150 ms;

  一炮，压力误差< +5%。

 2)防护密闭性试验

爆前、爆后均作渗水试验；渗水方法是在台板上灌水50 mm，上部充水后搁置24 h，观察套管及地漏周围的渗水情况。

2.3试验结果

1)爆前渗水结果

从图4中可看出试件上部充满水，但底部干燥，无漏水痕迹，说明试件加工合格，满足防水要求。

  2)抗爆及爆后渗水结果

引爆后根据传感器采集的数据作出冲击波压力随时间的变化曲线如图5所示，从图5中可以看出，作用在试件袁面的冲击波升压时间为82 ms，超压作用时间为153 ms，实际作用在试件表面的最大超压为0.41 MPa。

抗爆后的试件破坏状况如图6所示，从图6中可以看出，管道穿墙构造部位均完好，无任何破坏现象，渗水试验也合格。将试验中试件表面的最大超压为0.41 MPa代人建立的模型公式(1)一式(5)中，可计算得出管道穿墙板的刚性防水套管做法是能达到防护密闭作用的结论，本次试验结果验证了上述模型的计算结果，表明建立的爆炸冲击波作用下穿墙板管道受力分析与计算模型是合理的，可为不同爆炸冲击波超压下管道穿墙板设计、施工及加固措施提供理论依据。

3结论

a．试验表明管道穿墙板做法中的刚性防水套管做法与刚性密闭套管做法在人防工程4-6级抗力等级爆炸冲击波作用下是安全的。刚性密闭套管做法虽然偏于安全，但相对刚性防水套管做法而言，制作过程较繁琐，浪费材料和人工，因此可用刚性防水套管做法替代。

b．人防规范中规定穿墙板管道的公称直径不得大于75 mm，试验表明DN100刚性防水套管做法可以抵抗0.41 MPa的超压，完好无损，说明人防工程穿墙板管道直径可以达到100 mm以上。

c．建立的管道穿墙板构造受力分析模型计算结果表明，刚性防水套管的粘结力比冲击波压力值要大得多，理论分析显示此种工程做法是安全的，试验结果也验证了该计算结果是可信的。