精確制導武器打擊下隧道建設安全距離研究

錢 杰， 許 超， 邱偉偉

(1.軍事交通學院學員旅6隊，天津 300161；2.駐武漢鐵路局襄陽軍事代表辦事處，湖北 襄陽 441000)

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精確制導武器打擊下隧道建設安全距離研究

錢 杰1， 許 超2， 邱偉偉2

(1.軍事交通學院學員旅6隊，天津 300161；2.駐武漢鐵路局襄陽軍事代表辦事處，湖北 襄陽 441000)

摘要：在分析現行規章計算安全距離的方法存在不足的基礎上，運用爆炸毀傷理論探究了精確制導武器打擊下的毀傷機理，并選取2 000磅級GPS制導炸彈GBU-31和20 000磅級的GBU-43/B作為典型武器，計算得到隧道與橋梁、臨近隧道等交通重點目標之間的安全距離。其計算方法和結果可以為隧道分級貫徹國防要求及制定相關技術標準提供參考。

關鍵詞：隧道；安全距離；精確制導武器；貫徹國防要求

安全距離即安全防護距離，是指在打擊某一重點目標時，在一次投彈的情況下，為防止誤傷相鄰重點目標或造成兩個及以上重點目標同時遭到破壞，相鄰重點目標之間應保持的最小距離。從近幾次高技術局部戰爭來看，對于交通類重點目標，應以防常規武器破壞為主、防核武器破壞為輔，而對隧道等點(線)狀交通重點目標而言，則應將精確制導武器打擊作為防護重心。

1 對現行規章確定安全距離存在的不足分析

現行《××技術規程》確定隧道與其它重點目標之間的安全距離時，選取艦射巡航導彈BGM-109CⅢ及空射巡航導彈AGM-86C作為典型武器，并取毀傷半徑R=14 m，存在兩方面不足。

1.1 典型武器的選取難以滿足需求

安全距離的確定應適應武器裝備發展的需要。從美軍在近幾場高技術局部戰爭中所使用的精確制導武器的種類、數量、爆炸威力及取得的作戰效果來分析，1 000磅級(1磅=0.454 kg)及以下的精確制導炸彈及巡航導彈等仍然是目前使用最多的制導武器，但2 000磅級以上制導武器在總投彈中的比例逐步上升，并取得了很好的作戰效果。目前，爆破型制導武器中威力最大的是擁有“炸彈之母”稱號的GBU-43/B(MOAB)，其圓徑達到20 000磅級。由此可見，僅考慮1 000磅級制導炸彈襲擊時的安全距離已經難以適應現代高技術局部戰爭條件下的防護需求。

1.2 毀傷半徑的確定不夠科學

武器的毀傷半徑是個相對的概念，對不同類型的交通重點目標而言，由于毀傷機理及結構自身的抗毀能力不同，同一類型武器對不同類型交通重點目標的破壞范圍是不同的。而現行規程沒有針對不同類型的交通基礎設施加以區分，缺乏合理性。

本文基于以上兩點不足，利用爆炸毀傷相關理論，對隧道建設時應滿足的安全距離重新進行計算。

2 利用爆炸毀傷理論確定武器毀傷半徑

2.1基本理論公式

隧道建設應滿足的安全距離需求主要取決于彈著點的偏差、武器的毀傷能力以及一次投彈數量。彈著點偏差越大、武器的毀傷能力越強、一次投彈數量越多，則安全距離要求就越大。其中，彈著點的偏差不僅與武器的命中精度有關，還與飛行員的戰斗技能密不可分，而武器的毀傷能力則主要取決于戰斗部裝藥性質與裝藥量。參考相關資料，安全距離可按下式計算[1]：

(1)

式中：S為安全距離(m)；E為概率偏差(m)，與圓概率偏差ε的換算公式為E=0.572 86ε；R為戰斗部對防護目標的毀傷半徑(m)；L為投擲多枚彈藥時的連投長度(m)。

對于精確制導武器，一般不考慮連投的情況，安全距離可按下式計算：

(2)

當武器命中精度極高，導致彈著點偏差小于武器的毀傷半徑時，為確保兩個重點目標不被同時炸毀，安全距離宜不小于武器對兩個相鄰重點目標各自毀傷半徑之和，即：

(3)

2.2 爆炸毀傷基本理論

當空襲彈藥爆炸時，對目標的毀傷是由空氣沖擊波、地震波、爆炸產物等諸多因素的綜合作用所引起的。一般而言，當炸藥在空氣中爆炸時，形成空氣沖擊波的能量約占爆炸總能量的70%，且空氣沖擊波造成的破壞范圍也大于其它因素的破壞范圍[2]。故對隧道等建筑類目標而言，確定毀傷半徑時應主要考慮空氣沖擊波的破壞作用。

空氣沖擊波對建筑類目標產生破壞作用不僅與超壓有關，還與作用時間有關。相應地，可以用超壓(ΔP)準則和超壓—比沖量(ΔP-i)準則來衡量沖擊波的破壞能力?？找u武器一般都是采用高能量密度的炸藥，對于這類爆源，采用超壓準則就隱含地引入了比沖量[3]，故應該以超壓準則來分析其破壞作用，其唯一參數是沖擊波峰值超壓。沖擊波峰值超壓對建筑類目標的破壞影響如表1所示。

表1 峰值超壓對建筑物目標的破壞影響

2.3 沖擊波峰值超壓的計算

在無彈殼情況下，球形裝藥(裝藥形狀對空氣沖擊波的影響只在離爆炸中心較近時比較大，當距離較遠時影響很小，空襲武器可以按照球形裝藥的方法進行計算)炸藥在無限空氣介質中爆炸時的峰值超壓可以按照以下經驗公式進行計算[2]：

(4)

式中：ΔPm為在空氣中爆炸時的空氣沖擊波峰值超壓(105Pa)；r為距爆心的距離(m)；ω為TNT當量(kg)。

當空襲武器用于打擊隧道時，一般是在地面爆炸，由于地面的阻擋，空氣沖擊波不是向整個空間傳播，而只向一半無限空間傳播，被沖擊波帶動的空氣量也減少一半。炸藥在剛性地面爆炸時，相當于兩倍的裝藥在無限空間爆炸，可用ω′=2ω代替ω進行計算，而對于普通土壤，可取ω′=1.7～1.8ω進行計算[2]。山區土質達不到剛性地面的強度，為安全起見，本文選取ω′=1.8ω進行計算，代入公式(4)可得在地面爆炸時的空氣沖擊波峰值超壓：

(5)

公式(5)是在無彈殼的情況下計算得到空氣沖擊波峰值超壓值，實際上，空襲彈藥都是帶彈殼的，爆炸產生的能量不可能完全用來形成空氣沖擊波，而是有一部分通過轉化為其它形式的能量得以釋放，形成空氣沖擊波的炸藥當量按下式計算[2]：

(6)

式中：α為戰斗部裝填系數；r0為裝藥半徑；rm為破片達到最大速度時的半徑，鋼殼彈體rm≈1.5 r0。

求出ωbe后，替代公式(5)中的ω值進行計算，即可得到離爆心r處的峰值超壓值。

3 確定隧道建設安全距離賦值與計算

3.1典型武器的選取

美國是世界上頭號軍事強國，也是近幾十年發動戰爭最頻繁的國家。從美軍現役常用制導彈藥的種類和型號來分析，采用爆破型戰斗部的制導武器圓徑主要有250磅、500磅、1 000磅和2 000磅等。其中，GBU-43/B(MOAB)是為數不多的2 000磅級以上制導武器類型之一，也是美軍研制用來專門對付洞穴及隧道的新式武器。本文選取美軍在伊拉克戰爭中使用最多的2 000磅級GPS制導炸彈GBU-31和爆炸威力最大的GBU-43/B作為典型武器，其主要技術性能參數見表2。

表2 GBU-31和GBU-43/B部分技術性能參數

3.2 毀傷半徑計算

結合表2，取rm=1.5 r0，α=0.48，ω=514.8 kg，代入公式(6)可得GBU-31爆炸時形成沖擊波的炸藥當量為232.1 kg；取rm=1.5 r0，α=0.9， ω=9 328 kg，代入公式(6)可得GBU-43/B爆炸時形成沖擊波的炸藥當量為7 967 kg。

由公式(5)可知，當爆炸時形成沖擊波的炸藥當量確定后，沖擊波峰值超壓是距爆心距離r的一元函數，結合表1及公式(5)，可以計算得出GBU-31與GBU-43/B破壞不同目標時的毀傷半徑，如表3所示。

表3 GBU-31與GBU-43/B破壞不同目標時的毀傷半徑　m

3.3 安全距離計算

隧道與軍事重點目標以及機場、鐵路站場等面狀交通重點目標的安全距離宜考慮普通彈藥連投的情況，安全距離宜不小于x m。這一安全距離值大于考慮制導武器打擊時的安全距離值，因而不需要再重復計算制導武器打擊時的安全距離。故只計算隧道與點、線狀重點目標的安全距離，主要是隧道與橋梁和臨近隧道之間的安全距離。

3.3.1 隧道與橋梁之間

確定重點隧道與重點橋梁之間的安全距離應同時考慮打擊隧道時不誤傷橋梁和打擊橋梁時不誤傷隧道兩種情況，毀傷半徑宜從武器打擊時對橋梁和隧道各自的破壞范圍中取最大值。

(1)視鋼筋混凝土橋和隧道同為防地震鋼筋混凝土建筑物，由表3可知GBU-31和GBU-43/B對這類建筑物的毀傷半徑分別為14.8～16.9 m和48.2～55 m，根據公式(2)計算得到鋼筋混凝土橋和隧道之間的安全距離分別為73.2～75.3 m和106.6～113.4 m。

(2)計算重點隧道與鋼架橋的安全距離時，若按照打擊隧道時不誤傷鋼架橋計算，由表3可知GBU-31和GBU-43/B對鋼架橋的毀傷半徑分別為12.4～14.8 m和40.4～48.2 m，同理計算得到安全距離分別為70.8～73.2 m和98.8～106.6 m；若按打擊鋼架橋時不誤傷隧道計算，GBU-31和GBU-43/B對隧道的毀傷半徑分別為14.8～16.9 m和48.2～55 m，則安全距離分別為73.2～75.3 m和106.6～113.4 m。綜上，安全距離宜取兩種情況下的較大值。

3.3.2 隧道與隧道之間

(1)對于并行設置的公路隧道與鐵路隧道之間和上下行分離式鐵路隧道雙洞之間的安全距離，根據之前的計算結果，防GBU-31和GBU-43/B襲擊時的安全距離分別為73.2～75.3 m和106.6～113.4 m。

(2)對于分離式獨立雙洞公路隧道，由于雙洞之間需要修建車行橫通道，考慮到橫通道的建設費用，雙洞線間距不宜過大，但應滿足雙洞不被同時炸毀的要求，雙洞線間距宜不小于毀傷直徑，僅考慮防2 000磅級制導彈藥的需求時，其安全距離為29.6～33.8 m。

4 結束語

保持重點隧道與其它交通重點目標之間的安全距離，是隧道建設貫徹國防要求的一項重要內容。通過計算在防2 000磅級和20 000磅級制導炸彈打擊下，隧道與不同交通重點目標之間應保持的安全距離，為隧道建設過程中分級貫徹國防要求提供參考依據，對提高隧道和其它交通重點目標在武器打擊時的生存能力具有積極意義。

參考文獻

[1]徐理博，許 超．2 000磅級制導彈藥打擊下橋梁建設的安全距離研究[J].國防交通工程與技術，2013(5)：34-37

[2]北京工業學院八系編寫組．爆炸及其作用：下冊[M]．北京：國防工業出版社，1979

[3]董守華，李曉杰．事故爆炸沖擊波破壞準則綜述[J]．石油化工安全技術，1996(4)：40-41

A Study of the Safe Distance for the Construction of Tunnels Probably to be Attacked by Precision-Guided Weapons

Qian Jie1,Xu Chao2,Qiu Weiwei2

( 1.Team 6 of the Students Brigade of the Military Traffic Institute of the PLA of China,Tianjin 300161,China;2.Office of the Military Representative Stationed to Xiangyang of the Wuhan Railway Bureau,Xiangyang 441000,China )

Abstract:Upon the basis of analyzing the shortcomings of the existing methods of the norms in calculating the safe distance,the destroying and damaging mechanism of the precision-guided weapon is explored in the paper by means of the blasting-caused-destroying-and-damaging theory.With bombs of the 2000-pound-grade GPS-guided GBU-31 and the 20000-pound-grade GBU-43-B chosen as the typical weapons,the safe distances between a tunnel and a bridge, a tunnel and another neighboring tunnel, and a tunnel and other important traffic routes or other traffic facilities,are obtained through calculations.Both the calculated results and the calculating methods may serve as a useful reference for drafting corresponding standards and grading tunnels in carrying out the requirements in national defense.

Key words:tunnel;safe distance;precision-guided weapon;carry out the requirements in national defense

中圖分類號：U458

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3953(2016)02-0037-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.010

作者簡介：錢杰(1995—)，男，學生421186703@qq.com

收稿日期：2016-01-28