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摘要：人防工程建设，事关国家战略全局，目前国内人防工程充分利用地下空间，人防建设在全国各地如火如荼地进行中。为了人民生命财产安全在未来的战争中得到保障，增强人防地下工程的战时防护性能具有充分的必要性。本文结合地下室人防工程抗爆性能的基本特征，对平战功能转换设计中应当把握的一些关键技术问题进行了分析阐述。
关键词：人防地下工程；抗核爆效应；平战转换；设计研究
一.前言
目前人防地下工程与城市建设相互交融，普遍结合地下商场、地下停车场、地下交通轨道等共同建设，充分利用有限的地下空间和资源创造兼具社会、经济、战备的综合效益。人防地下工程在设计施工时，除了满足平时功能需求之外，最重要的考虑就是战时防护密闭性能。普通地下室侧重于满足平时的功能需求，为了提升地下空间的舒适度，对通风、采光、高大空间等要求较高，大量的采光窗和半地下室设计比比皆是。人防地下工程需要兼具考虑平时和战时两个不同时期的功能，为了满足平战转换的可行性，必须尽量减少平战转换工作量，尽量减少不必要的平时人员车辆通行口和设备管孔，以减少对人防地下工程的局部破坏作用。人防地下工程应按相关要求满足全埋要求，充分利用地下室四周的土层削弱核爆引起的早期核辐射及冲击波作用，削弱核爆对人防地下工程的整体作用，增强人防地下工程的抗核爆效应。笔者试就人防地下工程抗爆效应及平战功能转换设计，谈些粗浅的认识。
二.人防地下工程抗爆性能特征分析
人防地下工程是未来战争防御的重要手段。一般情况下，人防地下工程要具备抗核爆、抗常爆、防生化等多种防护性能，以减少战争对群众生命财产的破坏。
一是有效防范核武器的袭击。核武器是利用重原子核裂变反应或者轻原子核聚变反应瞬间形成的巨大能量，产生爆炸作用，并具有大规模杀伤破坏效应的武器，威力巨大。核武器爆炸产生的效应对人员、物体、环境等造成极大的破坏，效应主要包括冲击波、早期核辐射、光辐射、核电磁脉冲、放射性沾染以及各种次生灾害等。
在现代战争中，核武器一直是一种具有强大杀伤力的军事装备，威慑力巨大。尤其是将来一旦发生战争，将隐含着严重的核武器危险，出现核战争的危害。
因此，人防地下工程在平战转换设计时，应当对于防范核爆炸具备较强的性能。因为如果发生核战争，核爆炸所造成的强力冲击波以及各种核辐射、电磁脉冲、光辐射、放射性沾染、及各种次生灾害等会造成极大的杀伤力，不仅仅对人类和生物，甚至对电力设施都将产生严重的危害。在核爆炸的蘑菇状烟云中，有大量的放射性物质，一旦与地面上的尘土融合，就会产生放射性沾染，对人员、空气、地面等造成破坏性影响，并形成一定的污染区，沾染放射源的空气、食物、水等经由口鼻进入人体，对人体造成巨大伤害，而且持续时间长。通常情况下，进行人防地下室结构施工设计的时候，就要充分考虑平战功能转换的需求，在抗核爆性能上打好提前量，注意地下室结构的重力荷载能力，一定要使用抗核爆效果比较好的建筑结构形式。另外，在地下室出入口部位、取向等设计施工的时候，要防止核爆产生的冲击波袭扰，并且要配备抗核爆冲击能力比较好的防护门，地下室的通风处、毒气扩散部位也要配置抗核爆冲击设施。人防地下室防护墙要有足够的厚度，战略地位重要的地区在进行抗核爆设计的时候，要注意安装抗震的设施。
另外，在发生核战争的时候，核爆引起的电磁波脉冲也具有很强的杀伤影响，能够形成强大的高压电流，并且脉冲作用能够波及到至少超过半径38KM以上的距离，远远高过了普通地下室埋深，能够极大地损坏周边环境中的电子设施，妨碍通讯设施正常运行，而且，核爆还能够造成地下室人防工程瞬间发生火灾。因此，在地下室结构设计的时候，也要注意核爆产生的电磁波脉冲破坏防护，同时做好耐火、防烟等设施的设计，安装必要的火患警报和灭火装置。
二是有效防范炸弹爆炸的破坏。未来战争中，将会有很多精确制导的武器使用，不仅仅具有较高的命中率，而且杀伤力很强，也不次于核爆造成的损坏，所以在进行地下人防工程平战功能转换设计的时候，不单要加强抗核爆效应，同时也要注意配备遮弹层，避免炸弹在地下室结构的顶层爆炸，或者核爆产生的冲击由地面侵袭到地下人防工程内部。
三是有效防范生化武器的破坏。一旦未来发生生化战争，其蔓延扩散的影响要远远超过核武的危害，所具有的危险和毁灭性杀伤也更为严重，即使生化武器只是侵害到地下室人防工程入口处，也能够瞬间非常快地对室内造成极大的破坏，增加内部的杀伤损害，并且给人防室内的群众带来恐慌，削减地下室工程的防护性能，所以在地下室人防工程结构设计施工的时候，也要注意平战功能转换这一点。
三.人防地下室结构抗核爆性能设计分析
一是增强地下室结构抗核爆功能设计。在平战转换设计的时候，增强地下室结构的抗核爆性能，需要考虑受力荷载情况，也就是防范核爆引起的冲击波对于地下室结构的一次性侵害，亦即地下室人防工程遭受核爆冲击形成的阻尼系数震荡。
比如，要加强对核爆冲击波防护功能转换设计。由于核爆炸产生的巨大冲击波能够在瞬间将温度升高到几千万度，并且将压力数值增加，如此高的温度，使核爆的弹体形成了新的等离子体，并且快速地膨胀开来，散发出以X 射线为主导的高温核辐射波，产生一个大火球，一旦火球内温降低为80万度，就会按照每秒钟40-50公里的时速引发剧烈的核爆冲击波。所以在对地下室人防结构进行抗核爆设计的时候，要重点关注核爆炸引发的冲击波侵害。根据现行的国防工程设计规范的有关规定，在设计核武器冲击波超压峰值的时候，有规定标准的地上核武器爆炸冲击等值线图，同时也有核爆冲击正压时间等值线图。所以在实际进行平战抗核爆功能转换设计的时候，这种核武器爆炸所形成的强烈地面冲击波超压波形，可以用一定的技术参数来表示（如图1）。
（图1切线或者等冲量简化冲击波形示意图）.png)
而在对地下室结构抗核爆功能设计的时候，对于地面冲击波，可以使用下面的技术参数来设计（如图2）。
（图2 地面核爆炸冲击波技术参数设计一览表）.png)
二是增强地下室结构重力承受能力设计。核爆炸引起的地下室土体冲击波，将对结构动力何在性能影响很大。所以当前在对这种重力承受能力设计上，往往应用力学原理来进行，一方面，按照地下室结构上可能出现的核爆炸重力荷载系数进行确定，剥离重力和建筑结构单独考虑，象地面建筑结构来正常设计重力荷载参数；另一方面，按照地下室工程结构与土体是一个整体，把建筑结构看做是岩土层里预留孔洞进行坚固施工的支撑体系，依据动力学原理进行施工设计，但是在计算的时候往往非常复杂。所以一般在地下室结构抗核爆性能平战转换设计的时候，经常会使用第一种方法，并且要综合考虑核爆冲击波形成的压力数值、对岩土压缩的数值和压缩反射的数值情况。
比如，地下室结构在设计的时候，开挖的深度按照核爆炸引起的地面冲击波扩散的范围而逐渐增大，对地下室结构土体压缩冲击的压力峰值相应地降低，而压力最高的时间以线性比率近似值进行增加，这样在地下室结构抗核爆设计的时候，开挖的越深则对动力荷载的作用会相应减小。同时，核爆炸对地下室顶层产生的压缩冲击，可能形成反方向的压缩冲击波效应，一旦到达了自由表面，由于地面没有阻拦设施，土体就会相应地变得松软，引发往地下扩散的拉伸应力，在这种拉伸的作用下，压力数值也会相应地减小，如果冲击到了地下室顶层结构，就会造成其压力的降低。而倘若地下室结构地板埋设的过深，拉伸的冲击作用影响的稍晚，而此前地下室结构顶层因为已出现了形状的严重改变，所以这种拉伸的冲击并未对压力的荷载作用相对降低，一旦埋设的不深，核爆引发的冲击波对于地下室结构地板造成的发射效果就会因拉伸冲击卸载，而大部分削减，所以在进行顶板结构设计的时候，埋设土体内的构建为了承接核爆压缩冲击，就会出现一个顶板不利覆土厚度。
四.结束语
地下室结构在战时核爆炸防护功能的应对设计上应当综合考虑各种因素的影响，在设计的时候充分把握关键的技术要求，科学地计算相应技术参数，增加坚固程度和抗核爆性能，尽量减少核战争对于群众生命财产的破坏。
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论文作者:陈世楷
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/17
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