地鐵工程公共安全技術(shù)評估和對策研究課件

1城市地鐵工程公共安全技術(shù)對策研究周豐峻院士2010中國城市軌道工程技術(shù)論壇-重慶2010.12.262一、研究重要性和意義

為了實現(xiàn)節(jié)能高效、環(huán)境友好的現(xiàn)代化城市發(fā)展目標(biāo)，我國地鐵建設(shè)正以突飛猛進(jìn)的態(tài)勢和規(guī)模發(fā)展。到2015年，北京、上海和廣州計劃建設(shè)地鐵的總里程均超過500km。

城市地鐵交通,由于人群密集、流動性大,是人們社會生活集中的場所,它常常成為國際國內(nèi)恐怖分子襲擊的首選目標(biāo)，造成的危害巨大。當(dāng)前城市地下設(shè)施和地鐵工程防恐怖爆炸、防核生化恐怖襲擊研究成為國家城市地鐵安全最為迫切的任務(wù)之一。公共安全已列入我國12年科技發(fā)展規(guī)劃中.3ExplosiveBasics:DetonationismoredeadlythanfireTheabilitytosupportashockfrontmakesthepoweroutputofdetonation,muchmoreeffectivethanthatfromarapidburn(deflagration).

W/cm2=J/seccm2爆炸危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過火災(zāi)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+acidhexamine+H2O2

citricacid過氧化氫雙氧水可制造TATP炸藥

5WorldTradeCenterFeb.26,1993,ureanitrate九三年美國世貿(mào)大廈爆炸炸藥為尿素6二、國內(nèi)外隧道與地鐵安全研究現(xiàn)狀

目前，各國紛紛研究和發(fā)展公共安全檢測技術(shù)，對打擊恐怖分子、保障地鐵運營安全起到了非常重要的作用。（1）國外檢測有關(guān)技術(shù)最新發(fā)展

1）遠(yuǎn)程搜尋和透視技術(shù)

目前美國已經(jīng)開始使用透視技術(shù)，以檢查有無攜帶危險物品。透過衣服發(fā)現(xiàn)武器用的是低能量背散射X光裝置，可以替代傳統(tǒng)的金屬探側(cè)器。目前，美國又研制一種太赫茲波檢測儀，能夠在遠(yuǎn)處透過衣服進(jìn)行掃描的系統(tǒng)，以便在遠(yuǎn)處發(fā)現(xiàn)恐怖分子攜帶的武器，及早預(yù)防。1.國際地鐵公共安全檢測系統(tǒng)研究7揭示100米外恐怖分子攜帶武器的激光遙測技術(shù)10PortalScreening–AirjetsforcollectionofnonvolatileexplosiveparticlesforIMSanalysisHeatsandvaporizesnonvolatileexplosiveparticles.入口無揮發(fā)性TNT塵粒檢測114）結(jié)構(gòu)監(jiān)測和火災(zāi)溫度監(jiān)測

由傳統(tǒng)壓電傳感器組成的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)一般能實現(xiàn)準(zhǔn)分布式監(jiān)測變化的信號，新型光纖光柵傳感器可澆筑于鋼筋混凝土內(nèi)部，監(jiān)測包括施工中結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和運營后安全監(jiān)測。長期監(jiān)測中用埋入式的光纖光柵傳感器。

5）光纖分布式溫度監(jiān)測技術(shù)光纖是用石英材料制造，不會受到電磁干擾和隧道內(nèi)惡劣環(huán)境的影響，故無需維護(hù)保養(yǎng)。它可以直接連接到火災(zāi)報警設(shè)備上，溫度傳感系統(tǒng)為地鐵隧道消防監(jiān)控提供了一個嶄新手段。12

（2）國外爆炸物探測新材料新技術(shù)

目前，世界上爆炸物探測技術(shù)主要分為兩大類：即微?；瘜W(xué)型探測技術(shù)和X射線穿越介質(zhì)的能量型探測技術(shù)。

1）微?；瘜W(xué)型爆炸物探測技術(shù)主要有：

離子遷移率譜技術(shù)與氣相色譜技術(shù)相結(jié)合,可分辨組成成分復(fù)雜的物質(zhì)。使譜圖聯(lián)用，可建立起對爆炸物的二維探測平臺，進(jìn)一步提高了爆炸物品的探測精度。163）微量炸藥探測技術(shù)

①化學(xué)試劑法當(dāng)化學(xué)試劑添加到樣品上時，樣品會變色。向樣品里加入一系列的化學(xué)試劑,觀察每一次樣品顏色的變化，以確定有無炸藥。②質(zhì)譜分析技術(shù)(MS)與二次質(zhì)譜技術(shù)質(zhì)譜技術(shù)使用兩層次質(zhì)譜儀。這種技術(shù)可以精確測定多種炸藥，檢測準(zhǔn)確率很高。

17FlameTestisaquickmethodofassessinghazardonsmallquantity

RDXSugarTATPsugarsaltANHMXRDXTNTPETNTATPHMTD炸藥塵?；鹧鏅z測18

地鐵作為地下交通樞紐，一直是恐怖襲擊的主要目標(biāo)之一。

（1）地鐵安全脆弱性日漸突出

1987年倫敦地鐵站內(nèi)電梯失火，導(dǎo)致32人死亡；1995年阿塞拜疆首都巴庫市地鐵列車失火，300多人喪生；1999年6月白俄羅斯地鐵站發(fā)生意外，54人被踩死?？植榔茐幕顒訉Φ罔F安全的威脅越來越大。1995年3月，日本奧姆真理教在東京地鐵施放沙林毒氣，使12人死亡，5500多人中毒受傷；1995年7月，巴黎多個地鐵站連續(xù)發(fā)生爆炸，造成8人身亡，200多人受傷；2003年2月18日，韓國大邱市地鐵縱火案，造成2列列車全被燒毀，126人死亡。2.國際地鐵安全研究的重點問題19Fig1TerrorismexplosionaccidentsinMadridofSpain

Fig2Looping-explosioninEgypt西班牙馬德里列車恐怖爆炸埃及連環(huán)爆炸21

（3）國際地鐵突發(fā)事件的應(yīng)對措施研究

1）倫敦地鐵突發(fā)事件

倫敦地鐵爆炸事后的安檢和技術(shù)問題調(diào)查表明，有三個車站均是由炸彈爆炸所引起，炸藥均未被發(fā)現(xiàn)。倫敦地鐵的結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠完善。地鐵出入口通道與消防人員救援通道為同一通道，當(dāng)災(zāi)情發(fā)生時通道的矛盾，嚴(yán)重妨礙了救援工作順利進(jìn)行。22在美國隨機(jī)安全檢查仍是重要手段23

2）英國于地鐵突發(fā)事件應(yīng)對措施主要集中在完善地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進(jìn)行了改進(jìn)：①增設(shè)救援專用通道。當(dāng)?shù)罔F發(fā)生突發(fā)事件后，救援人員可以通過救援專用通道快速進(jìn)入地鐵。②增設(shè)地鐵與臨近高層建筑物的轉(zhuǎn)移通道，并設(shè)置相應(yīng)的隔斷門。當(dāng)?shù)罔F出現(xiàn)突發(fā)事件后，乘客可通過聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)移通道進(jìn)入臨近建筑物或地面。③設(shè)置安全隔斷門或密閉門。隔斷門在發(fā)生爆炸時可以起到阻隔火焰、控制煙氣流動方向的作用，為人員疏散創(chuàng)造條件。④設(shè)立地鐵安全裝置包括列車監(jiān)控系統(tǒng)和防恐怖襲擊監(jiān)測系統(tǒng)。24新澤西州應(yīng)急排除彈藥轉(zhuǎn)運車和工程搶修專用車25三、我國開展地鐵反恐研究內(nèi)容和重點

1）地鐵公共安全反恐怖襲擊檢測監(jiān)測系統(tǒng)研究（1）建立安全高效的地鐵反恐怖襲擊檢測系統(tǒng)目前，在地鐵交通樞紐和地下商場廣場空間布設(shè)常規(guī)X射線、鈷60銥192-γ射線檢測系統(tǒng)，不符合當(dāng)前國內(nèi)外安全檢測有關(guān)對人體健康的技術(shù)要求，必須發(fā)展基于電磁波技術(shù)、光電技術(shù)、紅外技術(shù)、復(fù)合光纖技術(shù)、光纖感溫火災(zāi)探測技術(shù)和有毒氣體探測技術(shù)等公共安全檢測技術(shù)，以滿足我國反恐怖爆炸的緊迫要求。1、地鐵公共安全反恐怖襲擊研究內(nèi)容26

（2）建立主要核生化危險品和爆炸品特性和檢測技術(shù)數(shù)據(jù)庫

反恐怖爆炸所涉及的主要爆炸品包括：TNT、黑索金、硝化甘油、碳酸氫銨、黑色火藥以及用過氧化氫為原料的TATP炸藥等。應(yīng)當(dāng)建立進(jìn)入我國境內(nèi)恐怖分子所有可能使用的爆炸品數(shù)據(jù)庫，給出爆炸品的物理化學(xué)特性和檢測方法，以便在檢測時能夠快速、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，通過比對加以確認(rèn)，防范于未然。我國核生化危險品和爆炸物品特性研究已經(jīng)有很好的基礎(chǔ)，可以針對反恐需要建立專用數(shù)據(jù)庫。27ANFOUK,USUNUS,Palestine,PeruClO3-Indonesia,JakartaTATP/HMTDIsrael,UKH2O2attempts--Karachi, UK,Germany,JordonChemicalsusedinhomemademass-destructionbombsPrecursors:AN,nitricacid,chlorate,hydrogenperoxide,urea,nitromethaneWhatconcentrationishazardous?Only100%No,thenwhat?Whatamountisasecurityrisk?Anyquantity?Agram?Apound?Aton?各國恐怖分子常用炸藥種類28UreaNitrateItwasusedinthebombingoftheWorldTradeCenterinNewYorkCity(Feb.1993)andinmanycarbombingsinPalestine.In1992useofureanitratebecamesoprevalentinbombingsbytheShiningPaththatsalesofureawereoutlawedinPeru.ItisreportedtohaveaTNTequivalenceof86%.

尿素作為炸藥使用很容易獲取，目前還缺少嚴(yán)格管理。29BojinkaPlotinvolvedthreeparts:assassinatingPopeJohnPaulIIduringvisittoPhilippinesJan15.bombingofelevenairlinersonJan.21&22flyingofaCessnawithexplosivesintoCIAheadquartersinVA1sttestedinmallinCebuCity-minordamage.2ndtestinmovietheaterinManilaDec11,1994PhilippinesAirlineFlt434ManilatoTokyoviaCebuSmuggledcomponentsonboardplane;believedtobeNGAssembleddeviceenroute&deplaneatanintermediatestopDevicekilledoneJapanesepassenger&injuringtenPlanwouldworkbutneededmoreexplosivesArresteUseofLiquidExplosiveonAircraftNG菲律賓航線馬尼拉經(jīng)塞班島到東京發(fā)生液體炸藥爆炸。30UseofLiquidExplosiveonAircraftKoreanAirFlight#858Nov29,1987BaghdadtoAbuDhabitoBangkokDevice:radioasthecontainer350gC-4liquorbottlewithliquidexplosive--PLXormethylnitrateesterEmplaced&leftbehindbyacouple-aman&awomanKilled115韓國航空公司1987年巴格達(dá)經(jīng)阿布扎比到曼谷發(fā)生液體炸藥爆炸，115人遇難。31

（3）發(fā)展具有安全穿透力成像技術(shù)的檢測系統(tǒng)研制雙線能量X光機(jī)檢測結(jié)果和爆炸品數(shù)據(jù)庫儲存的物理化學(xué)特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比對后，爆炸品在X光機(jī)掃描顯示屏上以紅色顯示便于識別，可以快速發(fā)現(xiàn)爆炸危險品的隱藏位置。研制X射線背散射掃描儀可以提升對于有機(jī)物和塑料材料的穿透能力，在雙線能量傳輸X射線儀發(fā)現(xiàn)不了危險品的情況下，背散射掃描儀都可以發(fā)現(xiàn)手槍和液體炸藥。32SampleX-rayBackscatterImagePlasticexplosiveGlockhandgunLiquidexplosive/背散射X射線可以發(fā)現(xiàn)隱藏在線路板后面的液體炸藥和手槍。33

（4）太赫茲波（亞毫米電磁波）檢測技術(shù)近年來，美國快速發(fā)展的太赫茲波技術(shù)（亞毫米電磁波）已經(jīng)成為檢測恐怖分子攜帶炸藥和其他危險品的有效手段，太赫茲波劑量為體檢X光劑的1/1000，對人體無傷害，可以在人員穿過安全檢測門時使用；太赫茲波能穿透衣服和包裹物顯示隱藏的危險物品，太赫茲波還可以發(fā)現(xiàn)隱藏在電子設(shè)備線路板后的液體炸藥，而X光對液體炸藥的檢查無能為力。目前，我國已經(jīng)形成背散射X射線研究和太赫茲波檢測技術(shù)研究兩個團(tuán)隊，背散射X射線系統(tǒng)完成中式試驗和樣機(jī)制造。34MicrowaveImagingESA.int,FirstcommercialversionfromSmithsDetection太赫茲波檢測可以發(fā)現(xiàn)隱藏在衣服后面的手槍和刀具。35

被動式亞毫米波成像技術(shù)有兩種：第一種是門式掃描儀，當(dāng)接受檢查的人通過入口檢測時，門掃描儀可以揭示在衣服里面隱藏的武器和禁運品。第二種是遠(yuǎn)區(qū)照相機(jī)，可以檢查100m距離的恐怖分子攜帶的禁運品和武器。操作檢測儀器的人員可在進(jìn)行掃描的安全距離上工作。這種儀器用來檢測人體炸彈非常合適。目前我國太赫茲波發(fā)生器源已經(jīng)研制成功，需要集中力量進(jìn)行應(yīng)用研究。36

（5）適用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的高強度傳感光纜（復(fù)合光纖）的研制

分布式傳感光纖的核心技術(shù)首先要解決傳感光纖的強度問題，其次，要研究如何采用該種光纜進(jìn)行分布式溫度監(jiān)測，又要研究應(yīng)變分離測試方法，需要設(shè)計合適的光纜結(jié)構(gòu)并選擇適當(dāng)?shù)墓饫|材料。用復(fù)合光纖技術(shù)測試溫度分布和應(yīng)變分布，測試技術(shù)已經(jīng)成熟。37

（6）光纖拉曼散射感溫和光纖光柵感溫火災(zāi)探測技術(shù)

光纖拉曼散射感溫火災(zāi)探測技術(shù)采用連續(xù)布線，安裝在被測環(huán)境頂部，抗電磁干擾、免維護(hù)，非常適用于地鐵隧道反恐火災(zāi)探測。光纖光柵傳感器通過一種光纖光柵解調(diào)裝置，對波長移動進(jìn)行監(jiān)測，即可知道溫度的變化情況。這種傳感器具有很多優(yōu)勢，如本質(zhì)防爆、抗電磁干擾、抗輻射、抗腐蝕、靈活方便等，針對地鐵的特殊環(huán)境將其應(yīng)用于反恐防災(zāi)監(jiān)測。實際監(jiān)測試驗結(jié)果數(shù)據(jù)可信，效果良好。38

（1）地鐵工程總體公共安全對策

1）近期地鐵公共安全問題。要解決交通量密度過大，車站間隔過長的問題，必須考慮車站人員的疏散通道、站間橫向安全聯(lián)接通道距離以及人防疏散通道對于解決地鐵公共安全問題中的關(guān)鍵作用。

2）遠(yuǎn)期地鐵公共安全問題。遠(yuǎn)期地鐵公共安全應(yīng)當(dāng)充分研究重要干線地鐵深地下復(fù)線建設(shè)和增加地下多層地鐵中心樞紐站的數(shù)量。根據(jù)美、歐、日本、俄羅斯的經(jīng)驗要發(fā)展地下30～60m地鐵、地下環(huán)形鐵道、便捷換乘交通樞紐和地下商場，對于可持續(xù)發(fā)展建設(shè)要求是非常有利的。2、地鐵工程設(shè)計和運營過程中防恐怖襲擊對策研究39

3）發(fā)展深地下大空間地下中心樞紐站很有必要。我國重慶直轄市的地質(zhì)條件具備發(fā)展地下大空間地鐵中心樞紐站的條件，一方面可以達(dá)到高效緩解地面交通擁堵困難，滿足快速垂直換乘要求；另一方面，有利于防空隱蔽和防恐怖襲擊快速疏散要求。同時，我國深地下鉆巖爆破機(jī)械開挖施工跨度已達(dá)到40m，大直徑盾構(gòu)（φ16m）技術(shù)已成熟，可以保證目標(biāo)的實現(xiàn)。40

（2）地鐵工程防恐怖襲擊對策研究

1）地鐵防護(hù)門和密閉門

目前，我國已有地鐵車站屏蔽門的設(shè)置對于保障平時地鐵運行區(qū)間站臺的封閉和人員安全乘車非常有效，現(xiàn)已得到推廣運用。為防護(hù)掩蔽人員不受突發(fā)火災(zāi)、毒氣和偶然爆炸的傷害，在地鐵工程設(shè)計中充分利用地鐵防護(hù)門和密閉門的作用，進(jìn)行合理設(shè)計和布置。41地鐵分叉過渡段適合于構(gòu)建隔斷門42單洞雙線柔性接觸網(wǎng)地鐵的隔斷門設(shè)置43

2）疏散通道結(jié)構(gòu)

在地鐵兩個車站之間的區(qū)間段要設(shè)置疏散人員安全通道，當(dāng)恐怖突發(fā)事件或偶然事故出現(xiàn)時，能在預(yù)定的數(shù)分鐘時間內(nèi)，人員通過疏散通道轉(zhuǎn)移到安全地點。增設(shè)救援專用通道。當(dāng)?shù)罔F發(fā)生突發(fā)事件后，救援人員可以通過救援專用通道快速進(jìn)入地鐵。增設(shè)地鐵與臨近高層建筑物的聯(lián)絡(luò)通道，并設(shè)置相應(yīng)隔斷門。當(dāng)?shù)罔F出現(xiàn)突發(fā)事件后，乘客可通過聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)入臨近建筑物或地面。44

（3）反恐怖襲擊應(yīng)急救援措施和對策

1）根據(jù)對爆炸物的探測和識別的結(jié)果，提出反爆炸恐怖襲擊的主要措施，并給出爆炸坍塌事故的預(yù)報和處理方法。

2）對地鐵運營防突發(fā)恐怖襲擊的預(yù)防措施和受恐怖襲擊后的處理對策。

3）解決地鐵工程應(yīng)對反恐的裝備器材，強化監(jiān)控設(shè)備設(shè)施，設(shè)置車站的安全檢測傳感器自動化指揮系統(tǒng)。

4）完善地鐵運營、消防、反恐、應(yīng)急救援共用的通信與警報系統(tǒng)，給出疏散路線標(biāo)記和安全實施引導(dǎo)系統(tǒng)。45

（4）防恐怖爆炸工程技術(shù)措施研究

1）研究爆炸恐怖襲擊特點和危害，給出爆炸恐怖、爆炸沖擊波和侵徹爆炸效應(yīng)機(jī)理和參數(shù)分布規(guī)律；

2）研究可承受爆炸毀傷作用的結(jié)構(gòu)和防護(hù)墻，加固現(xiàn)有的地鐵結(jié)構(gòu)，提高抗爆能力；

3）建立防恐怖爆炸數(shù)據(jù)庫，防范新近恐怖分子常用的液體炸藥和利用雙氧水制造的TATP炸藥，從源頭切斷爆炸材料流通。46

（5）防接觸爆炸安全門結(jié)構(gòu)防接觸爆炸安全門要解決輕質(zhì)高強高韌材料、削波耗能材料選擇和分層