第八节-战争灾害的防护

地铁与轻轨第七章灾害与防护第八节战争灾害的防护一、现代战争的特点二、地铁工程防护设计三、地铁工程平战功能转换地铁与轻轨第七章灾害与防护一、现代战争的特点⑴高新技术下的空袭作战成为现代化战争的重要作战手段和基本作战阶段；⑵现代空袭兵器的头部可以是核、化学、生物弹头，也可是常规弹头；⑶威力大、射程（航程）远投掷能力强、命中率高、突防能力强、武器系统自身机动生存能力强。地铁与轻轨第七章灾害与防护二、地铁工程防护设计⒈规划建筑设计⑴地铁工程战时的防护功能应该结合城市总体防御规划和城市建设相结合，统筹安排；⑵地铁工程平时主要功能是满足城市的客运交通，战时既要满足人口疏散运输，又要满足人员掩蔽、救护等功能。地铁与轻轨第七章灾害与防护地铁车站作为一个独立的有防毒要求的民防掩体由三部分组成，如图7-51所示。第一部分为出人口消毒区；第二部分为主体人员掩蔽空间清洁区；第三部分为设备辅助用房的消毒区。图7－51地铁车站战时防护功能划分示意图地铁与轻轨第七章灾害与防护⑴车站站厅和站台层面积较大，战时可掩蔽人员众多，一般要划分防爆单元和防护单元；⑵抗爆单元的目的主要减少常规武器破坏引起的杀伤作用，对于浅埋掘开式修建的地铁车站，其遭受航弹破坏的概率，必然随着建筑面积增大而增大；⑶某一局部出现爆炸破坏时，应使破坏限制在一个较小的范围内，不致影响工程的整体；地铁与轻轨第七章灾害与防护⑷按现行《人民防空地下室设计规范》（GB50038－2005）要求，人员掩蔽工程每一防护单元面积不能大于2000m2，每人掩蔽面积1m2，一个防护单元最高容纳人数为2000人。每一个防护单元又划分4个防爆单元；⑸按《人民防空工程设计防火规范（2001年版）》（GB50098—98）防火分区划分，每个防火分区的允许最大建筑面积，不大于500m2。当设置自动灭火系统时，允许最大建筑面积可增加一倍；⑹在需要设排烟设施的部位，应划分防烟分区，每个防烟分区面积不应大于50m2；地铁与轻轨第七章灾害与防护⑺每个抗爆单元面积刚好同每个防火分区及防烟分区面积相同。相邻防爆单元之间设置抗爆隔墙；⑻每一个防护单元的防护设施和内部设备应自成系统。相邻防护单元之间应设置防护密闭隔墙；⑼防火、防烟分区应与防护单元和抗爆单元结合划分，其中防爆隔墙要有密闭的措施，防护密闭隔墙应达到相应的耐火极限。地铁与轻轨第七章灾害与防护⒉口部设计⑴地铁车站视车站规模应至少设2～3个主要出人口，满足平时客流的进出，战时应做好快速封堵或预转换；①出人口应设在室外，且不宜采用竖井方式；②两个出人口应设在不同的方向，保持一定的距离；③出人口的通道尺寸、防护门、防护密闭门设置的数量，应按照防护要求和防护规范确定；④每个防护单元应设不少于2个次要出人口。地铁与轻轨第七章灾害与防护图7-52为大型出人口战时快速封堵的方案之一。图7-52大型出人口战时快封堵方案图a)平面图;b)1-1剖面;c)2-2剖面地铁与轻轨第七章灾害与防护图7－53为有代表性的预留转换施工方案图。图7－53防护门钢门框预留设计(尺寸单位：mm)地铁与轻轨第七章灾害与防护⑵地铁车站出人口口部建筑应位于地面高层建筑的倒塌范围之外，宜采用单层轻型建筑。处于倒塌范围以内或地面建筑为低层时，应设置防倒塌棚架；⑶作为等级的地铁车站掩蔽部，主要出人口应按规定设置放毒通道，洗消间和简单洗消间；①进风口和排风口宜在室外单独设置；②供战时使用和平战时使用的进风口，排风口应采取防倒塌、防堵塞装置；③等级人防工事进风口﹑排风口应设防爆活门，扩散室和扩散箱等滤波设施。出人口防护洗消设施的布置如图7-54。地铁与轻轨第七章灾害与防护图7-54出入口防护洗消设施布置①-第一防毒通道；②-第地防毒通道；③-脱衣室；④-淋浴室；⑤-检查穿衣室；⑥-扩散室；⑦-室外通道；a-脱衣室入口；b-淋浴室入口；c-淋浴室出口；d-检查穿衣室出口地铁与轻轨第七章灾害与防护⑷有防毒要求的人员掩蔽部，应设滤毒室，滤毒室和进风房宜分室布置；①滤毒室应设在染毒区，滤毒室的门应设置在直通地面和清洁区的密闭通道和防毒通道内，并宜设密闭门；②进风机室应设在清洁区。地铁与轻轨第七章灾害与防护⑸辅助房间设计①地铁车站的站厅、站台层，平时用作休息室、会议室、站长办公室、乘务室等房间应转变为战时的用房；②对于医疗救护和专业队员掩蔽部宜设水冲厕所；③医疗救护工程应开设开水间；④开水间、盥洗室、饮水间、储水间、厕所等宜相对集中布置在排风口附近，并在上述房间或走道设置弹簧门；⑤用于战时柴油发电站的位置，应根据工程的用途和发电机组容量等条件确定。地铁与轻轨第七章灾害与防护⑹内部装修①民防地下工程的装修设计应根据战时及平时的功能需要，并按适用、经济、美观的原则确定；②灯光、色彩、饰面材料的处理上应有利于改善地下空间的环境条件；③所用材料要具备防火、防潮、防毒、消音、倒塌后易于清除的性能。地铁与轻轨第七章灾害与防护⒊结构设计⑴地铁工程设防等级①按照《人民防空工程战术技术要求》，人防工程等级分为l、2、2B、3、4、4B、5、6共8级；②l、2、2B、3四个等级较高的坑道、地道、掘开式人防工程照《人民防空工程设计规范》（GB50025—95）（坑道、地道、掘开式工事）规定设计；③4、4B、5、6四级人民防空工程按照《人民防空地下室设计规范》（GB50038—94）规定设计。地铁与轻轨第七章灾害与防护④地铁车站和隧道因面积大，平战转换困难，一般宜转换为低等级的人防工程；⑤通常沿海软土地区车站和隧道应转换为5级或6级民防工程；⑥在山区以钻爆法施工的坑道式的地铁车站与隧道，可以战时转换为高一个等级的人防工程；⑦在经济技术条件允许的情况下，处于重要的战略防御地位的城市地铁防护设计和施工可以一次到位，避免战时转换的麻烦，但是用于防护设施的费用可能较长时间闲置，增加投资。地铁与轻轨第七章灾害与防护⑵动荷载计算1）岩体中的坑、地道式地铁工程①对于I～IV类围岩的作为4级或3级人防工程，应该依卸载拱的理论计算出不同的毛洞跨度下可将地面冲击波超压卸载至零时的顶部自然防护厚度；②若岩体中坑道、地道工程顶部自然防护层厚不能满足要求时，可不考虑压缩波在岩体中的衰减及在衬砌上的反射，作用在衬砌上的竖向动荷载按《国防工程设计规范》取（0.l～0.2）△Pm；③抗力等级高于3级的人防工程，参照《国防工程设计规范》计算；地铁与轻轨第七章灾害与防护④对于V类破碎软弱围岩可近似按碎石中坑地道人防工程处理。2）土中的坑地道式地铁工程①基于土中卸载荷拱理论，计算土中坑地道工程在核爆炸作用下，结构动荷载为零时的毛洞顶土层厚度，称为最小安全防护厚度；②土体的最小防护层厚度，按照内摩擦角不同分别给出。具体计算参照有关规范。地铁与轻轨第七章灾害与防护3）土中掘开式地铁工程①地面冲击波参数、围岩介质的特性、层状、含水量、顶盖覆土厚、结构顶盖的形状、尺寸、刚度等是决定土中浅埋结构荷载的主要条件；②人防工程规范采取单自由度等效体系的三系数（衰减系数、反射系数、动力系数）方法。对有关系数给出了计算公式和图表，设计时可参考有关文献。地铁与轻轨第七章灾害与防护4）附建式地铁车站工程①土中压缩波的最大压力Ph及土中压缩波升压时间t0h，可按下列公式确定：0101211vhγhtmsΔPδvvhhP7-15式中：Ph——土中压缩波的最大压力（kN／m2），当土的计算深度小于或等于1.5m时，Ph可近似取上△Pms；t0h——土中压缩波升压时间（s）；地铁与轻轨第七章灾害与防护h——土的计算深度（m），计算顶板时取顶板覆土厚度，计算外墙时取防空地下室外墙中点至室外地面的深度；V0——士的起始波速（m／s）；V1——土中峰值压力波速（m／s）；γ——波速比；δ——土的应变恢复比；t２——地面空气冲击波技等冲量简化的等效作用时间（S）；△Pm——空气冲击波超压的计算值（kN／m2），不计人地面建筑物影响时，取地面超压值△Pm。地铁与轻轨第七章灾害与防护②顶板核爆动荷载。a.对4B、4级人防地下室，计算顶板冲击波超压时，可不计人地面建筑影响，取地面超压值△Pm；b.对5、6级防空地下室顶板时，应计人地面建筑影响，地面建筑层数，外墙材料厚度，开孔比例影响作用在建筑底层地面空气冲击波压力；c.6级防空地下室建筑物底层空气冲击波超压采用有升压时间平台形，空气冲击波超压值取动△Pms，升压时间取0.025s；地铁与轻轨第七章灾害与防护d.符合规范规定的5级防空地下室，建筑物底层空气冲击波超压波形可采用有升压时间的平台形，空气冲击波超压计算值可取0.95△Pm，升压时间取0.025s；e.计算土中外墙的核爆动荷载时，4B级以下的附建式地下室，均应考虑地面建筑的影响；设防空地下室结构底板的核爆动荷载最大压力为Pcl（kN／m2），升压时间t0h（s），不计人上部建筑物影响的防空地下室计算公式为：地铁与轻轨第七章灾害与防护若顶板计算中计人上部建筑物影响，顶板核爆动荷载计算公式为：式中：kf——顶板核爆动荷载的综合反射系数，与复土厚度、顶盖形状、结构和四周介质相对刚度有关。1671001vhtPkPhhfc1771025.095.0001vhtPkPhhfc地铁与轻轨第七章灾害与防护③侧墙核爆动荷载计算。土中结构外墙上的水平均匀布核爆动荷载的最大压力Pc2（kN/m2）及升压时间t0h（s）可按下式计算：式中：ξ——土的侧压力系数。1871002vhtPPhhc对6级防空地下室的顶板底面高出地面，直接承受空气冲击波作用的外墙最大水平匀布压力Pc2可取2△Pm。地铁与轻轨第七章灾害与防护④底板核爆动荷载计算。结构底板核爆动荷载最大压力Pc3（kN／m2）可用下式计算：式中：η——底压系数，当底板位于地下水位以上时取0.7～0.8，其中4B级及4级时取小值；19713ccPP当底板位于地下水位以下时取0.8～1.0，其中含气量a1＜0.l％时取大值。地铁与轻轨第七章灾害与防护⑤出人口通道结构构件上的核爆动荷载。1)防空地下室出人口通道门框墙、临空墙、防护密闭门、防爆波活门、相邻防护单元之间防护挡墙及防护密闭门等构件直接承受地面空气冲击波作用。2)由于通道的人射、扩散、反射的作用，难以确切计算，一般取地面冲击波超压的2～3倍，即Pc＝（2～3）△Pm。地铁与轻轨第七章灾害与防护⑥荷载的组合a.作用在防空地下室结构上的荷载，应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力、防空地下室自重和内部永久设备自重；b.对核爆动荷载，设计时采取一次作用。如果考虑常规武器冲击侵彻爆炸作用的较高等级的民防工程，常规武器只考虑一次命中；c.核武器和常规武器的作用不互相叠加，以一种荷载的破坏作用为主，另一种荷载破坏仅做复核，做局部加强；地铁与轻轨第七章灾害与防护d.高层建筑物的地下室往往承受上部结构风荷载及地震作用影响。视抗震设防烈度、风荷载等级及民防地下室等级，考虑其中荷载的组合；e.核爆炸动荷载不与地震荷载叠加组合，应在抗震设计基础上对地下室进行核爆动荷载下抗倾覆、抗剪切、主要构件强度的复核。地铁与轻轨第七章灾害与防护⑶结构动力计算第一步:将结构体系拆成顶板、外墙、底板等构件，分别按等效单自由度体系进行动力分析，按各构件的自振频率ω，核爆炸波形及升压时间t0h。参考允许延性比β查表或计算确定动力系数；第二步:计算各构件的等效静载；第三步:将拆开的各构件组合成整体结构，将等效静载、其他永久荷载和可变荷载组合构成新的结构计算模型，按结构力学方法求其效应。地铁与轻轨第七章灾害与防护核爆动荷载的波形简化为无升压时间的三角形时，动力系数为：式中：[β]—结构构件工作状态的指标，称为允许延性比，是结构构件允许的最大变位与结构构件弹性极限变位的比，对于砌体结构构件，允许延性比[β]取1.0；密闭和防水要求高的结构构件宜按弹性设计，［β］值取1.0。有一般密闭和防水要求的结构构件，宜接弹塑性阶段设计，［β］值宜按设计任务书要求取值。2071