人防工程中電磁脈沖防護(hù)的技術(shù)措施

胡海寧

(國(guó)家(江蘇省)人防工程標(biāo)準(zhǔn)定額站，江蘇南京 210036)

0 引言

在現(xiàn)代高科技條件下的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，以摧毀電子、電氣設(shè)備及指揮通信系統(tǒng)等為目標(biāo)的核與非核電磁脈沖武器將被大量使用。因此，人防工程只具備防護(hù)核武器及常規(guī)武器爆炸所產(chǎn)生的沖擊能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如何保證人防工程中的電子、電氣設(shè)備及其系統(tǒng)能夠在高功率的電磁環(huán)境中安全運(yùn)行就顯得非常重要。除了需提高電子、電氣設(shè)備自身的電磁防護(hù)性能，還必須解決人防工程整體的電磁脈沖防護(hù)能力。電磁脈沖防護(hù)目前已成為人防工程建設(shè)中不可缺少的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

1 電磁脈沖的產(chǎn)生及其特點(diǎn)

所謂電磁脈沖是一種短暫的瞬變電磁現(xiàn)象，具有陡峭的上升沿或下降沿，持續(xù)時(shí)間很短且頻帶較寬，通過(guò)合適的方式即可向外輻射電磁脈沖能量。電磁脈沖武器分核與非核電磁脈沖武器，其爆炸均產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)及能量極大的電磁脈沖，故對(duì)暴露在電磁脈沖環(huán)境中的電子、電氣系統(tǒng)造成干擾甚至損傷。

核武器經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，使其在爆炸時(shí)更多的能量轉(zhuǎn)化為電磁脈沖，則稱作為核電磁脈沖武器。這種武器通常采用高空爆炸方式，其作用范圍寬且覆蓋面廣，但不適用于固定目標(biāo)范圍內(nèi)的使用。非核電磁脈沖武器也會(huì)產(chǎn)生與核電磁脈沖武器類似的作戰(zhàn)效能，但不是靠爆炸，而是利用磁通壓縮、高功率微波輻射等非核手段產(chǎn)生電磁脈沖效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)定向輻射。電磁脈沖武器能產(chǎn)生幅度高、頻譜寬的強(qiáng)電磁波，電磁波的能量作用在目標(biāo)的金屬結(jié)構(gòu)、電線電纜、天線、電子和電氣系統(tǒng)的電路和器件上，輕則干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行，重則造成系統(tǒng)的癱瘓。

2 電磁脈沖能量進(jìn)入人防工程內(nèi)部的途徑

核電磁脈沖和其他高功率電磁能量可經(jīng)各種耦合途徑進(jìn)入人防工程內(nèi)部，使敏感的電子、電氣設(shè)備及系統(tǒng)受到干擾和損傷。電磁脈沖能量的主要耦合渠道有，對(duì)工事自然防護(hù)層和鋼筋混凝土層的直接穿透、孔口耦合、工事外露天線的接收、電線電纜和金屬管道的耦合等。

雖然工事自然防護(hù)層和鋼筋混凝土層對(duì)電磁能量都有一定的衰減作用，但由于電磁脈沖武器所產(chǎn)生的電磁能量非常大，因此透入工程內(nèi)部的電磁能量仍具有較強(qiáng)的破壞和干擾作用。電磁能量也可通過(guò)工事的門、通風(fēng)井以及多種孔口進(jìn)入工程內(nèi)部。而電磁能量更易通過(guò)各種天線、電線電纜、金屬管道的耦合和傳導(dǎo)引入工程內(nèi)部。在電磁脈沖的作用下，工事的外露天線以及進(jìn)出工事的電力、通信線路、金屬水管、風(fēng)管等金屬材料上會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，這些管線相當(dāng)于巨大電磁能量的接收器與收集器，被收集起來(lái)的電磁能量沿金屬管線傳輸，最終引入工程內(nèi)部，并作用在系統(tǒng)的各種電子、電氣設(shè)備上，輕則產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，嚴(yán)重時(shí)將燒毀設(shè)備的電子器件。

3 電磁脈沖防護(hù)的具體技術(shù)措施

屏蔽和接地是電磁脈沖防護(hù)的重要手段和措施。以導(dǎo)電率較高的材料作為屏蔽體并做良好的接地，可將電場(chǎng)終止在屏蔽體表面并通過(guò)接地泄放屏蔽體表面上的感應(yīng)電荷，從而阻止靜電場(chǎng)的耦合。因此，完整的屏蔽體和良好的接地措施是電磁脈沖防護(hù)的兩個(gè)必備條件。

電磁脈沖防護(hù)級(jí)別分為三級(jí)，根據(jù)工程內(nèi)部設(shè)備對(duì)電磁脈沖的敏感程度，人防工程一般采用分區(qū)、分級(jí)的局部防護(hù)方案，該方案有利于充分利用各種等級(jí)防護(hù)設(shè)施的不同防護(hù)效能，從而大大降低工程的造價(jià)，但這需要將敏感度相當(dāng)?shù)脑O(shè)備、系統(tǒng)做相對(duì)的集中以便分區(qū)、分級(jí)。

3.1 電磁脈沖防護(hù)工程整體屏蔽措施

工程總體結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施為三級(jí)防護(hù)。對(duì)于直接穿透人防工程自然防護(hù)層和通過(guò)口部進(jìn)入人防工程內(nèi)部的電磁脈沖輻射能量，最有效的防護(hù)手段就是整體屏蔽。所謂整體屏蔽就是用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥赡苷w包圍人防工程的屏蔽體。將電磁能量限制在一定的空間范圍內(nèi)，電磁場(chǎng)的能量從屏蔽體的一側(cè)傳到另一側(cè)將受到很大的削弱。

對(duì)于掘開式人防工程主要利用其結(jié)構(gòu)層進(jìn)行防護(hù)。工程主體一般為雙層鋼筋網(wǎng)的混凝土結(jié)構(gòu)，人防防護(hù)墻構(gòu)成了一個(gè)較為完整的六面體籠形結(jié)構(gòu)。若對(duì)口部、孔洞及引入工程的金屬管線作相應(yīng)的防護(hù)處理，圍護(hù)結(jié)構(gòu)層能夠滿足電磁脈沖防護(hù)三級(jí)屏蔽的要求。具體措施為，整個(gè)工程的底板、頂板和四周側(cè)墻內(nèi)外兩層的縱橫鋼筋必須通長(zhǎng)焊接，所有鋼筋的端部與其搭接的水平或垂直棱筋也必須焊接，以構(gòu)成一個(gè)個(gè)扁長(zhǎng)的橫向和縱向封閉導(dǎo)電環(huán)路，即構(gòu)成一個(gè)法拉第籠;整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)應(yīng)形成一個(gè)完整的雙層六面體焊接結(jié)構(gòu)，每一條鋼筋都形成了封閉的電氣環(huán)路，鋼筋網(wǎng)通過(guò)接地引上扁鋼與接地加強(qiáng)鋼板焊接，起到良好的接地及屏蔽效果;每根柱子的兩對(duì)角鋼筋分別需與外層搭接的鋼筋進(jìn)行焊接;兩層鋼筋網(wǎng)之間的箍筋與鋼筋網(wǎng)之間不要焊接，只能綁扎，以形成兩層鋼筋屏蔽層，同時(shí)應(yīng)避免與結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)無(wú)電氣連接的鋼筋、鋼管或其他金屬導(dǎo)體貫穿結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng);整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)的縱橫鋼筋交叉點(diǎn)，內(nèi)、外側(cè)鋼筋網(wǎng)均每隔約1 m焊一個(gè)點(diǎn)，各焊點(diǎn)呈梅花狀交錯(cuò)布置，形成一個(gè)封閉的六面體結(jié)構(gòu)。

坑道式人防工程一般建于山區(qū)或丘陵地帶，采用暗挖法建造，其周圍覆蓋一定厚度的自然被覆層，對(duì)電磁脈沖有一定的消減作用，但其內(nèi)部除工程口部外一般為素混凝土結(jié)構(gòu)，若不采用必要的措施，無(wú)法滿足三級(jí)屏蔽防護(hù)的要求。對(duì)于坑道式人防工程整體做三級(jí)屏蔽有一定的困難，因此可以針對(duì)設(shè)備抗干擾的要求，采用大面積局部防護(hù)，其主要是充分發(fā)揮工事自然被覆防護(hù)層對(duì)電磁脈沖的衰減阻止作用，再施以必要的防護(hù)措施，也能在不大幅度增加造價(jià)的情況下實(shí)現(xiàn)三級(jí)屏蔽防護(hù)。具體防護(hù)措施為:1)將口部設(shè)置成穿廊式結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)進(jìn)入口部的電磁脈沖起到衰減作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與直通式口部相比，可將電磁脈沖場(chǎng)強(qiáng)衰減5倍左右。一般口部的巖土自然防護(hù)層比工程主體的自然防護(hù)層要薄一些，口部的鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)也應(yīng)像掘開式工程那樣進(jìn)行焊接，可進(jìn)一步衰減從口部進(jìn)入的電磁脈沖能量。自然防護(hù)層對(duì)電磁脈沖的衰減量主要取決于防護(hù)層巖土介質(zhì)的電參數(shù)和防護(hù)層厚度，因此工程主體盡量選在自然防護(hù)層較厚和較潮濕的地方;2)將打毛洞時(shí)做的噴錨支護(hù)鋼筋網(wǎng)和錨桿的鋼筋進(jìn)行焊接，這不僅可以減小接地電阻值，還可以對(duì)電磁脈沖起到一定的屏蔽效能。另外，根據(jù)工程構(gòu)造形式的實(shí)際，使用若干根通長(zhǎng)鋼筋或鍍鋅扁鋼把各段的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)連接起來(lái)，也能起到對(duì)電磁脈沖的衰減作用。

三級(jí)防護(hù)一般為整體防護(hù)或大面積局部防護(hù)，需要土建、通風(fēng)空調(diào)、給排水、電氣及信息系統(tǒng)等專業(yè)配合進(jìn)行，由現(xiàn)場(chǎng)工程施工人員協(xié)調(diào)施工，以提高工程的整體防護(hù)效果。

3.2 電磁脈沖防護(hù)工程局部屏蔽措施

對(duì)于人防工程中的重要電子設(shè)備與器材需采用局部屏蔽措施。一、二級(jí)電磁脈沖防護(hù)措施就是采用電磁屏蔽室的局部屏蔽方法，該措施防護(hù)區(qū)域較小，防護(hù)的技術(shù)措施復(fù)雜，一般由專業(yè)單位的技術(shù)人員施工，造價(jià)也相對(duì)較高。

一級(jí)屏蔽室，采用制式鍍鋅鋼板焊接，壁和頂采用2 mm厚鍍鋅鋼板、底板為3 mm厚鍍鋅鋼板，地面鋪設(shè)防靜電地板，房門采用屏蔽門。所有進(jìn)出屏蔽室的強(qiáng)、弱電線路須經(jīng)限幅及濾波處理，通風(fēng)窗口則需采用截止波導(dǎo)窗。

二級(jí)屏蔽室，采用內(nèi)貼鍍鋅鋼板鉚接，接縫處密焊，壁和頂采用0.75 mm厚鍍鋅鋼板，其余部位與一級(jí)屏蔽室相同。

上述屏蔽室的構(gòu)造可使門洞和窗口處的屏蔽效能與整個(gè)屏蔽體一致，從而確保屏蔽室內(nèi)的設(shè)備和器件能安全、可靠的工作。根據(jù)設(shè)備和器件的重要程度以及對(duì)電磁脈沖敏感程度的不同相應(yīng)選用一級(jí)或二級(jí)屏蔽室。

3.3 電磁脈沖防護(hù)的接地措施

接地是電磁脈沖防護(hù)的重要措施，屏蔽需要接地，限幅、濾波需引電流入地更需接地。屏蔽室屏蔽效果如何，一個(gè)重要因素就是取決于接地系統(tǒng)。人防工程一般都采用聯(lián)合接地，而電磁脈沖防護(hù)需要盡可能小的沖擊接地電阻。因此，人防工程大多采用一個(gè)共用的水平放射狀人工接地系統(tǒng)，接地體一般埋設(shè)在水庫(kù)基礎(chǔ)下、建筑排水溝下、大跨度機(jī)房或庫(kù)房的地坪下等處，接地體采用輻射狀水平接地體和垂直接地體綜合接地裝置，并采取挖換土槽、回填田園土以及灌長(zhǎng)效降阻劑等方法降低接地電阻，綜合接地電阻值要求不大于1Ω。

4 結(jié)語(yǔ)

電磁脈沖防護(hù)是人防工程建設(shè)和改造的一項(xiàng)重要內(nèi)容，充分利用工程的自然防護(hù)層和被覆層來(lái)提高工程的屏蔽效能具有重要的實(shí)際意義。人防工程電磁脈沖防護(hù)施工時(shí)，需要土建結(jié)構(gòu)、通風(fēng)空調(diào)、給排水、電氣及信息系統(tǒng)等專業(yè)結(jié)合進(jìn)行，這不僅節(jié)省造價(jià)，而且能滿足工程整體的防護(hù)效果。要提高工程整體的電磁脈沖防護(hù)能力，人防工程的選址也很重要，盡量選在具有一定厚度的防護(hù)層和潮濕的巖土介質(zhì)中。通過(guò)工程總體結(jié)構(gòu)的三級(jí)防護(hù)措施，并加以可靠的接地，從而增強(qiáng)人防工程整體防護(hù)能力和綜合防護(hù)能力。隨著電磁脈沖武器在現(xiàn)代高科技信息化條件下戰(zhàn)爭(zhēng)中的大規(guī)模使用，以及高精度電子、電器設(shè)備在人防工程中的不斷應(yīng)用，電磁脈沖防護(hù)技術(shù)將得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。

［1］ 周璧華.人防工程電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2006:59-80.

［2］ 楊延軍.人民防空工程概論［M］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2011:62-74.