地铁工程公共安全技术评估和对策研究

1城市地铁工程公共安全技术对策研究周丰峻院士2010中国城市轨道工程技术论坛-重庆2010.12.262一、研究重要性和意义为了实现节能高效、环境友好的现代化城市发展目标，我国地铁建设正以突飞猛进的态势和规模发展。到2015年，北京、上海和广州计划建设地铁的总里程均超过500km。城市地铁交通,由于人群密集、流动性大,是人们社会生活集中的场所,它常常成为国际国内恐怖分子袭击的首选目标，造成的危害巨大。当前城市地下设施和地铁工程防恐怖爆炸、防核生化恐怖袭击研究成为国家城市地铁安全最为迫切的任务之一。公共安全已列入我国12年科技发展规划中.3ExplosiveBasics:DetonationismoredeadlythanfireTheabilitytosupportashockfrontmakesthepoweroutputofdetonation,muchmoreeffectivethanthatfromarapidburn(deflagration).TypeofReactionEnergyPowerReactionRateOutputOutputm/scal/gwatts/cm2Detonation7x103~103~109Deflagration~1~103~106MildBurn~10-3~103~103Fuel/airBurn~10-6~104~10W/cm2=J/seccm2爆炸危害远远超过火灾4OrganicPeroxides--TATP&HMTD—madewithH2O2Twosolidperoxidesareimportant,notbecausetheyaresuitableforlargebombsbutbecausetheyareprimaryexplosives:triacetonetriperoxide(TATP)&hexamethylenetriperoxidediamine(HMTD).Neitherisnew.HMTDwasreportedin1900;TATP,in1895.Ifitispure,TATPisrelativelystable.Reportedextremesensitivitiesappeartoarisefromimpurities.TATPhasdetonationvelocityis5290m/sandTNTequivalenceof~88%(Trauzl).TATPreadilysublimes(1-2%perhr)sothatbombsceneresiduewilldisappearifitisnottightlysealed.CH3C(O)CH3+H2O2+acidhexamine+H2O2H2CNOOCH2OOCH2OOCH2H2CH2CNcitricacid过氧化氢双氧水可制造TATP炸药5WorldTradeCenterFeb.26,1993,ureanitrate九三年美国世贸大厦爆炸炸药为尿素6二、国内外隧道与地铁安全研究现状目前，各国纷纷研究和发展公共安全检测技术，对打击恐怖分子、保障地铁运营安全起到了非常重要的作用。（1）国外检测有关技术最新发展1）远程搜寻和透视技术目前美国已经开始使用透视技术，以检查有无携带危险物品。透过衣服发现武器用的是低能量背散射X光装置，可以替代传统的金属探侧器。目前，美国又研制一种太赫兹波检测仪，能够在远处透过衣服进行扫描的系统，以便在远处发现恐怖分子携带的武器，及早预防。1.国际地铁公共安全检测系统研究7揭示100米外恐怖分子携带武器的激光遥测技术8ExperimentalStandoffPersonnelImagingTechniquesInfrared–hiddenobjectsemissivitydifferentfromclothingandbody’sIRemissivity.Microwave–anomalousdielectricresponseinamicrowavefield.Lowresolutionmmwave.Terahertz–clothinglargelytransparentandhiddenobjectsrevealed,aswellasnakedbodyimage.Higherresolutionbutwaterabsorptionanissueandsourcesareexpensive.Terahertzimagerevealsconcealedweapon）核生化危险品监测技术为了防止恐怖分子发动核化袭击，美国加紧研发新的监测技术。目前使用光化电离质谱法的监测装置，可以在45秒中之内判断出沙林、氰化物等不同的毒气，效率远远高于传统的监测设备。3）人工智能探测跟踪技术为了对付恐怖分子采用塑胶炸弹，美国政府发展了炸弹智能跟踪探测仪。它可以根据极少量的残留物追踪到炸弹的制造者、型号和编号。“9·11”事件后，美国政府更加重视反恐工作，加大对炸弹和可疑爆炸物品处理的支持力度和资金投入。10PortalScreening–AirjetsforcollectionofnonvolatileexplosiveparticlesforIMSanalysisHeatsandvaporizesnonvolatileexplosiveparticles.入口无挥发性TNT尘粒检测114）结构监测和火灾温度监测由传统压电传感器组成的结构健康监测系统一般能实现准分布式监测变化的信号，新型光纤光栅传感器可浇筑于钢筋混凝土内部，监测包括施工中结构健康监测和运营后安全监测。长期监测中用埋入式的光纤光栅传感器。5）光纤分布式温度监测技术光纤是用石英材料制造，不会受到电磁干扰和隧道内恶劣环境的影响，故无需维护保养。它可以直接连接到火灾报警设备上，温度传感系统为地铁隧道消防监控提供了一个崭新手段。12（2）国外爆炸物探测新材料新技术目前，世界上爆炸物探测技术主要分为两大类：即微粒化学型探测技术和X射线穿越介质的能量型探测技术。1）微粒化学型爆炸物探测技术主要有：离子迁移率谱技术与气相色谱技术相结合,可分辨组成成分复杂的物质。使谱图联用，可建立起对爆炸物的二维探测平台，进一步提高了爆炸物品的探测精度。13UCSDDetectionof5-generationsofTNTfingerprintsAfingerwascontactedtoablockofTNTandthensuccessivelycontactedwithapieceoffilterpaper.aftercoatingwithathinsprayofpolyDEBsilole,theblackandwhiteimagewasrecordedwithaCCDcamera.DetectionofTNTandpicricacidonsurfacesandinseawaterbyusingphotoluminescentpolysiloles.H.Sohn,R.M.Calhoun,M.J.Sailor,andW.C.Trogler,Angew.Chemie,Int.Ed.,40,2104(2001).DetectionofNitroaromaticExplosivesBasedonPhotoluminescentPolymersContainingMetalloles,H.Sohn,M.J.Sailor,D.Magde,andW.C.Trogler,J.Am.Chem.Soc.,125,3821(2003).LuminescentOligo(tetraphenyl)siloleNanoparticlesasChemicalSensorsforAqueousTNT,S.J.Toal,D.Magde,W.C.Trogler,Chem.Commun.,5465(2005).PolymerSensorsforNitroaromaticExplosives,(featurearticle),S.J.ToalandW.C.Trogler,J.Mater.Chem.16,2871(2006).VisualDetectionofTraceNitroaromaticExplosiveResidueUsingPhotoluminescentMetallole-ContainingPolymers,S.J.Toal;J.C.Sanchez,R.E.Dugan,W.C.Trogler,J.ForensicSci.,52,79-83(2007).CorrelationoftheElectronicStructuresofHighExplosiveswithTheirDetectionbyFluorescenceQuenching,J.C.Sanchez,A.D.DiPasquale,andW.C.Trogler,Mater.Chem.,inpress.SelectiveDetectionofTraceNitroaromatic,NitramineandNitrateEsterExplosiveResiduesUsingaThree-stepFluorimetricSensingProcess:ATandemTurn-off,Turn-onSensor,J.C.Sanchez,S.J.Toal,Z.Wang,R.E.Dugan,andW.C.Trogler,J.ForensicSci.,inpress.滤纸涂层指纹检测TNT技术142）能量型爆炸物探测技术主要有以下三种：①双能量X射线爆炸物探测技术这种技术可以检查鞋底暗藏的炸药，呈以红色显示出来。②CT技术爆炸物探测根据对被检测物进行全方位扫描所得到的三维数据，可探测出体积与数量较小的炸药或装置。15SampleX-rayImage(tsa.gov)Explosiveshiddeninshoes双能量X射线检测鞋跟处炸药163）微量炸药探测技术①化学试剂法当化学试剂添加到样品上时，样品会变色。向样品里加入一系列的化学试剂,观察每一次样品颜色的变化，以确定有无炸药。②质谱分析技术(MS)与二次质谱技术质谱技术使用两层次质谱仪。这种技术可以精确测定多种炸药，检测准确率很高。17FlameTestisaquickmethodofassessinghazardonsmallquantityRDXSugarTATPsugarsaltANHMXRDXTNTPETNTATPHMTD炸药尘粒火焰检测18地铁作为地下交通枢纽，一直是恐怖袭击的主要目标之一。（1）地铁安全脆弱性日渐突出1987年伦敦地铁站内电梯失火，导致32人死亡；1995年阿塞拜疆首都巴库市地铁列车失火，300多人丧生；1999年6月白俄罗斯地铁站发生意外，54人被踩死。恐怖破坏活动对地铁安全的威胁越来越大。1995年3月，日本奥姆真理教在东京地铁施放沙林毒气，使12人死亡，5500多人中毒受伤；1995年7月，巴黎多个地铁站连续发生爆炸，造成8人身亡，200多人受伤；2003年2月18日，韩国大邱市地铁纵火案，造成2列列车全被烧毁，126人死亡。2.国际地铁安全研究的重点问题19Fig1TerrorismexplosionaccidentsinMadridofSpainFig2Looping-explosioninEgypt西班牙马德里列车恐怖爆炸埃及连环爆炸20（2）各国强化地铁安全、积极采取措施防范首先是强化设施建设。德国提出相邻地铁车站间的行驶时间都应控制在安全时间以内，车道每300米设有紧急疏散出口。日本规定，每座车站必须附有两个安全通道。莫斯科地铁始建于20世纪30年代，以战备标准修建，站台宽阔，且上下均有2-3道快速扶梯，可提高疏散速度。其次是加强地铁反恐怖措施。美国制定了一整套包括探测、反应、通讯、决策等诸多环节的技术防范措施。一旦探测并确认发生核化恐怖事件，该系统