我国地下多层综合交通枢纽安全性研究

我国地下多层综合交通枢纽安全性研究

1地下综合交通的特点与风险源的定义1.1地下多层交通枢纽随着社会经济的不断发展，中国城市规模日益扩大。为了缓解地方交通系统的压力，近年来，地下城市交通系统迅速发展，大型地方交通系统开始发展、建设和运营。多层地下综合交通枢纽采用立体空间布置方式,将不同的交通方式沿高度分层,将车流和人流分开,往往会占据多层空间,建设总体规模很大。为了实现日常交通的流线组织,满足日常运营要求,还需要餐饮、商业等配套设施。地下多层交通枢纽作为城市交通系统中的关键性节点,集高速铁路、城际铁路、普通铁路、长途客运、城市轨道交通、公交、出租于一体,人员密集,人员流动性大。由于地下多层综合交通枢纽汇集了大量的人流和车流,加之地下空间在先天上不利于人员的避难逃生与抢救,因此,一旦其中发生灾害事件则可能导致重大的人员伤亡和财产损失,并可能导致整个城市交通系统的瘫痪。综上所述,地下多层综合交通枢纽的安全问题极为重要,应该得到足够的重视。鉴于地下多层综合交通枢纽面对自然和人为灾害时的“脆弱性”,在安全上必须强调以预防为主,即预先辨识出潜在的危险源,从而实施相应的防范措施以杜绝或减少灾难得发生。尽管以往对于矿山、机场、火车站和舰船的危险源辨识的研究取得了一些有益的阶段性成果,但是,由于地下多层综合交通枢纽的特殊性,影响其安全的因素众多,因此对其开展多灾种危险源辨识研究是必要和刻不容缓的。从地下交通系统曾经发生过的灾害事件进行归纳总结可以发现,火灾、炸弹和生化恐怖袭击、水灾是最常发生的灾害性事件,此外,地下空间的地震灾害也不可忽视,因此,本文根据多层地下综合交通枢纽的特点,针对地下空间的火灾、水灾、爆炸生化灾害和震灾等四个灾种开展了多灾种的危险因素辨别研究。1.2危险源分类及控制危险源是指一个系统中具有潜在能量和物质释放危险的、在一定的触发因素作用下可转化为事故的部位、区域、场所、空间、岗位、设备及其位置。实际上,危险源的种类繁多、非常复杂,它们在导致事故发生、造成人员伤害和财产损失方面所起的作用很不相同,相应地,控制它们的原则、方法也不相同。根据危险源在事故发生、发展中的作用,危险源可划分为两大类,即第一类危险源和第二类危险源。系统中客观存在的、可能发生意外释放的能量或危险物质称作第一类危险源;导致约束、限制能量屏蔽措施失效或破坏的各种不安全因素称作第二类危险源。危险源辨识是构建地下公共空间安全体系的关键内容之一。2多层地下交通的火灾风险源2.1火灾荷载的计算第一类火灾危险源包括可燃物、火灾烟气及燃烧产生的有毒有害气体成分。(1)可燃物火灾发生的可能性与严重性都与其中存在的可燃物有密切的关系,一般常用建筑内的火灾荷载密度来评估建筑内可燃物的危险等级。火灾科学中将着火空间内所有可燃物燃烧时所产生的总热量值称为火灾荷载,火灾荷载是预测可能出现的火灾大小和严重程度的基础,它可用一公斤的木材燃烧时的发热量来衡量。(2)烟气及有毒有害气体统计结果表明:火灾中85%以上的死亡者是由于烟气造成的,因此有毒烟气的吸入是造成火灾中人员伤亡的主要原因。火灾烟气的危害性主要表现在毒害性、减光性和恐慌性三个方面。2.2火灾自动探测报警系统的应用为了防止建筑火灾的发生、减少火灾损失,人们总要采取各种消防对策和消防管理手段控制或改变火灾过程。但是绝对安全的系统是不存在的,总会存在一些隐患,导致了建筑发生火灾的可能。这些隐患从性质来看,属于第二类危险源。控制起火是防止或减少火灾损失的第一个关键环节,为此应当了解各类可燃材料的燃烧特性,将其控制在危险范围之外。具体实施手段包括严格控制建筑物内的火灾荷载密度;对建筑装修材料的燃烧等级进行严格限定;控制可燃物与点火源的接触;通过阻燃技术改变某些材料的燃烧性能等。在实施这些措施时,由于对可燃物的性能了解不够,对可燃物的控制不严格,可能会导致建筑物发生火灾的可能性增大。火灾自动探测报警系统是防止火灾的另一关键环节。该系统可在火灾发生早期探测到火情并迅速报警,为人员安全疏散提供宝贵的信息,且可以通过联动系统启动有关消防设施来扑灭或控制火灾。但是自动探测报警系统存在一定的故障率、误报或漏报的情况;另外如果系统安装不合理,会出现报警死角,影响自动报警系统的工作。自动灭火系统可以及时将火灾扑灭在早期或将火灾的影响控制在限定范围内,并能有效的保护室内的某些设施免遭损坏;同样自动灭火系统存在一定的故障率,这对控制火灾的发展和蔓延影响很大。建筑内人员疏散通道的设计和发生火灾时人员疏散的组织,对保证人员能在火灾到达危险状态前安全地疏散出建筑物至关重要。防止烟气蔓延,是建筑火灾中一个极为重要的问题。机械排烟系统、自然排烟系统等都是为了防止烟气蔓延而采取的消防措施。不合理的建筑设计可能会导致烟气聚积、排烟不通畅等问题的出现。此外,在排烟系统的设计中,由于对烟气运动的规律认识不足,也可能存在一些不合理的地方;另外为了防止火灾蔓延建筑内常常喷涂防火涂料,这些防火涂料在受火时往往具有较高的发烟率及毒性,可能对人员安全构成威胁。对于较大规模的火灾,消防队到达火灾现场的时间越快,越有利于控制火灾。影响消防队到达火灾现场展开扑救的因素,包括建筑物与最近的消防队间的距离、路况;建筑物内消防通道、消火栓的情况;消防队伍的专业素质和熟练程度等等。2.3防火设计风险分析(1)可燃物风险分析地下多层综合交通枢纽设计区域众多,不同的区域包含不同的可燃物载荷,对各个区域的危险源辨识及火灾危险性分析见表1。(2)人的危险行为风险分析人的危险行为是导致火灾发生的重要原因之一,人员危险行为的危险性分析如表2所示。(3)建筑防火设计风险分析良好的建筑防火设计可以有效的控制火灾的发生;而不合理的建筑防火设计可能导致火灾的发生和蔓延。表3列举了主要的建筑防火设计元素的防火性能分析。3多层地下交通的风险分析3.1生物和化学毒剂恐怖袭击的第一类危险源包括炸药爆炸的破坏作用、爆炸造成的烟气、生化物质产生的有毒有害气体。爆炸对建筑物的破坏通常有直接的爆破作用、冲击波作用和热作用三种。目前可被用于生化袭击的生物、化学毒剂至少有70多种,如沙林、炭疽菌、贝氏柯克斯体和肉毒毒素等。这些生化制剂在建筑内直接释放就可能造成巨大的危害。如采用喷雾器、灭火器等简单的器材将其进一步分散成气溶胶状态,则危害更大。此外,恐怖分子还可能利用一些小型的武器化的爆炸型、喷雾型、喷粉型生化武器以进一步增强生化制剂的杀伤效果。3.2地下交通枢纽内部的燃放系统组成单在上述措施和对策中存在的薄弱环节或隐患,如内部设施设计不当、设备失灵或故障、人员失误、管理漏洞等,将形成恐怖袭击的第二类危险源。地下空间的人员流动性大、组成复杂。出入口的安全措施是防止袭击者进入的关键,也是保证人员安全疏散的重要手段。袭击发生时,地下交通枢纽内部的生命线系统构成了维持人员疏散和建筑自救的重要屏障,整个系统包括机电设备、通信设备、灾害自救装置等,因此建筑生命线系统是需要考察的重要环节之一。对于突发性的恐怖袭击,需要救援队到达现场实施救援。影响救援的因素包括救援力量的分布和反应时间;建筑物周围的路况;建筑物内通道的顺畅程度;救援队伍的专业素质等。3.3地下多层综合交通枢纽应对恐怖袭击的防控中,可引入被动防护及主动防护的手段和措施。表4列举了地下多层综合交通枢纽防炸弹和生化袭击的主要建筑设计要素。从预防恐怖袭击的角度看,地下多层综合交通枢纽建成后即成为袭击的目标。但是恐怖袭击具有预谋性、偶发性等特点,在交通枢纽的营运管理中,相关部门应加强情报搜集、安全教育、反恐演习等措施,主动做好安全预防工作。4多层地下交通的洪水风险分析4.1地下空间地面沉降城市地下多层综合交通枢纽水灾风险的第一类危险源包括暴雨、潮水、地下水位上升和地面沉降;全球变暖使海水温度升高和海平面上升,导致水循环加快,降雨量增多;降水分布不均匀,大暴雨极端降水事件频率增多。近年来,随着大规模的城市开发,地下空间所受到的工程扰动越来越严重,由此引起的地面沉降问题也逐渐显现。考虑到海平面上升及地面沉降等因素,我国南方一些江河流域和沿海的城市的潮水水位可能在地下交通枢纽的15~20m之上,万一遭遇洪水,将会危及整个地下交通系统的安全。4.2特殊天气的防护和设计防控水灾的对策和手段中所存在的一些隐患属于第二类危险源。面对水灾的威胁,一旦地下交通枢纽口部防灌措施和结构防水措施不利,会造成建筑物内部大量进水,造成重要设备的损害或停止运行,进而可能导致人员的恐慌,甚至引起人群拥堵踩踏的灾难性事件。防止洪水或雨水进入地下空间是水灾防护的重要环节。具体实施手段包括根据当地的防洪要求,严格控制建筑物口部的地面高度,完善口部安装临时防水挡板的构造,改进建筑物内部的防水措施。水位监测系统是防止水灾的另一重要环节。监测系统可在早期发现险情,为灾害的防控提供宝贵的信息,但是如果系统存在一定的故障率,存在误报和漏报的情况,另外如果系统安装不合理,多会影响监测系统的正常工作。防淹门系统和排水系统可以将灾害的影响控制在限定范围内,并能有效的保护室内的某些设施免遭损坏;同样上述系统存在一定的故障率,这对控制水灾的发展和蔓延影响很大。地下建筑内部疏散通道的设计和发生水灾时人员疏散的组织,对保证人员安全是十分关键的。另外,运营部门应根据天气预报及时做好临时防洪措施,当遇到特殊灾害性天气时,及时做到关闭防淹门、中断运营、疏散乘客等措施,从而使灾害的危害程度降到最低程度。对于突发的大规模洪水,救援队到达现场的时间越快,越有利于控制灾害。影响扑救的因素包括救援力量的分布;建筑物周围的路况;建筑物内通道的顺畅程度;救援队伍的专业素质和熟练程度等。4.3主要防水设计元素的性能分析合理的建筑设计是减少和控制地下综合交通枢纽发生水灾的关键,表5列举了地下多层综合交通枢纽主要防水设计元素的性能分析。5多段地下交通的地震风险分析5.1地下空间地震灾害防治对策显然,震灾的第一类危险源是导致建筑物破坏甚至倒塌的地震动。降低地震危害所采取的措施中存在的种种隐患和缺陷属于第二类危险源。目前地下空间面对地震时的防灾对策尚有待进一步研究,同时防控地下空间地震灾害的各项措施在诸如工程技术水平、管理水平和人员素质等诸多方面存在不足,但是第二类危险源的危险性还是可能因各项措施的合理与否而表现出巨大差异。从已有的研究成果并结合未来的发展方向,建筑物的抗震措施、建筑物内部防灾设施、灾害救援等因素共同构成了震灾防护体系,每一个环节都起着不可替代的约束和限制作用,其作用大小和效果影响着第二类危险源危险性程度的高低。5.2各组织内部柱破坏程度由于受到周围岩体和土层的约束,地下结构一直被认为具有良好的抗震性能,1995年的阪神地震中,地铁结构的破坏是世界地震史上大型地下工程在地震中遭受严重破坏的首例。神户地铁结构的破坏有以下主要特点:车站的破坏主要发生在中柱上,出现了大量裂缝,有斜向裂缝,也有竖向裂缝;裂缝的位置有偏于上下端的,也有位于中间的;柱表层混凝土发生不同程度的脱落,钢筋暴露,有的发生严重屈曲,有单向屈曲,也有对称屈曲的;大开站有一大半中柱因断裂而倒塌。有横墙处,中柱破坏较轻。站房上层中柱的中间部位几乎压碎,而线路段中柱仅在中间位置出现竖向裂缝。纵墙和横墙均出现大量的斜向裂纹,特别是在角点部位。顶板、侧墙也受到不同程度的损害,且其破坏程度与中柱密切相关;当中柱破坏较为严重时,顶板和侧墙就会出现很多裂缝,以至坍塌、断裂等。尽管各国在世界各主要地震带建立了较为完备的地震台网,然而地下岩层产生震动不可避免,破坏性地震的发生也具有的突然性和不可预测性。因此,地下多层综合交通枢纽这一类重要的建筑物应该从自身情况入手,在设计和运营过程中尽可能改进和完善安全措施,弥补安全漏洞,减少隐患的出现,其设计要素见表6。此外,针对地下多层综合交通枢纽震灾风险评价不能忽视基于地震灾害的第二类危险源的风险分析,在具体实施时,可以通过建筑防护特性、安全管理和救援力量等几个方面的因素入手弥补潜在的安全漏洞。6地下交通系统在城市地下交通系统中应用的必要性地下多层综合交通枢纽集多种客运方式和配套设施于一体