人防工程中电磁脉冲防护的技术措施

胡海宁

(国家(江苏省)人防工程标准定额站，江苏南京 210036)

0 引言

在现代高科技条件下的信息化战争中，以摧毁电子、电气设备及指挥通信系统等为目标的核与非核电磁脉冲武器将被大量使用。因此，人防工程只具备防护核武器及常规武器爆炸所产生的冲击能力是远远不够的，如何保证人防工程中的电子、电气设备及其系统能够在高功率的电磁环境中安全运行就显得非常重要。除了需提高电子、电气设备自身的电磁防护性能，还必须解决人防工程整体的电磁脉冲防护能力。电磁脉冲防护目前已成为人防工程建设中不可缺少的一项重要内容。

1 电磁脉冲的产生及其特点

所谓电磁脉冲是一种短暂的瞬变电磁现象，具有陡峭的上升沿或下降沿，持续时间很短且频带较宽，通过合适的方式即可向外辐射电磁脉冲能量。电磁脉冲武器分核与非核电磁脉冲武器，其爆炸均产生场强及能量极大的电磁脉冲，故对暴露在电磁脉冲环境中的电子、电气系统造成干扰甚至损伤。

核武器经特殊设计，使其在爆炸时更多的能量转化为电磁脉冲，则称作为核电磁脉冲武器。这种武器通常采用高空爆炸方式，其作用范围宽且覆盖面广，但不适用于固定目标范围内的使用。非核电磁脉冲武器也会产生与核电磁脉冲武器类似的作战效能，但不是靠爆炸，而是利用磁通压缩、高功率微波辐射等非核手段产生电磁脉冲效应，可以实现定向辐射。电磁脉冲武器能产生幅度高、频谱宽的强电磁波，电磁波的能量作用在目标的金属结构、电线电缆、天线、电子和电气系统的电路和器件上，轻则干扰系统的正常运行，重则造成系统的瘫痪。

2 电磁脉冲能量进入人防工程内部的途径

核电磁脉冲和其他高功率电磁能量可经各种耦合途径进入人防工程内部，使敏感的电子、电气设备及系统受到干扰和损伤。电磁脉冲能量的主要耦合渠道有，对工事自然防护层和钢筋混凝土层的直接穿透、孔口耦合、工事外露天线的接收、电线电缆和金属管道的耦合等。

虽然工事自然防护层和钢筋混凝土层对电磁能量都有一定的衰减作用，但由于电磁脉冲武器所产生的电磁能量非常大，因此透入工程内部的电磁能量仍具有较强的破坏和干扰作用。电磁能量也可通过工事的门、通风井以及多种孔口进入工程内部。而电磁能量更易通过各种天线、电线电缆、金属管道的耦合和传导引入工程内部。在电磁脉冲的作用下，工事的外露天线以及进出工事的电力、通信线路、金属水管、风管等金属材料上会产生很强的感应电压和感应电流，这些管线相当于巨大电磁能量的接收器与收集器，被收集起来的电磁能量沿金属管线传输，最终引入工程内部，并作用在系统的各种电子、电气设备上，轻则产生严重的电磁干扰，严重时将烧毁设备的电子器件。

3 电磁脉冲防护的具体技术措施

屏蔽和接地是电磁脉冲防护的重要手段和措施。以导电率较高的材料作为屏蔽体并做良好的接地，可将电场终止在屏蔽体表面并通过接地泄放屏蔽体表面上的感应电荷，从而阻止静电场的耦合。因此，完整的屏蔽体和良好的接地措施是电磁脉冲防护的两个必备条件。

电磁脉冲防护级别分为三级，根据工程内部设备对电磁脉冲的敏感程度，人防工程一般采用分区、分级的局部防护方案，该方案有利于充分利用各种等级防护设施的不同防护效能，从而大大降低工程的造价，但这需要将敏感度相当的设备、系统做相对的集中以便分区、分级。

3.1 电磁脉冲防护工程整体屏蔽措施

工程总体结构的防护措施为三级防护。对于直接穿透人防工程自然防护层和通过口部进入人防工程内部的电磁脉冲辐射能量，最有效的防护手段就是整体屏蔽。所谓整体屏蔽就是用导电或导磁材料制成能整体包围人防工程的屏蔽体。将电磁能量限制在一定的空间范围内，电磁场的能量从屏蔽体的一侧传到另一侧将受到很大的削弱。

对于掘开式人防工程主要利用其结构层进行防护。工程主体一般为双层钢筋网的混凝土结构，人防防护墙构成了一个较为完整的六面体笼形结构。若对口部、孔洞及引入工程的金属管线作相应的防护处理，围护结构层能够满足电磁脉冲防护三级屏蔽的要求。具体措施为，整个工程的底板、顶板和四周侧墙内外两层的纵横钢筋必须通长焊接，所有钢筋的端部与其搭接的水平或垂直棱筋也必须焊接，以构成一个个扁长的横向和纵向封闭导电环路，即构成一个法拉第笼;整个工程的结构钢筋网应形成一个完整的双层六面体焊接结构，每一条钢筋都形成了封闭的电气环路，钢筋网通过接地引上扁钢与接地加强钢板焊接，起到良好的接地及屏蔽效果;每根柱子的两对角钢筋分别需与外层搭接的钢筋进行焊接;两层钢筋网之间的箍筋与钢筋网之间不要焊接，只能绑扎，以形成两层钢筋屏蔽层，同时应避免与结构钢筋网无电气连接的钢筋、钢管或其他金属导体贯穿结构钢筋网;整个工程的结构钢筋网的纵横钢筋交叉点，内、外侧钢筋网均每隔约1 m焊一个点，各焊点呈梅花状交错布置，形成一个封闭的六面体结构。

坑道式人防工程一般建于山区或丘陵地带，采用暗挖法建造，其周围覆盖一定厚度的自然被覆层，对电磁脉冲有一定的消减作用，但其内部除工程口部外一般为素混凝土结构，若不采用必要的措施，无法满足三级屏蔽防护的要求。对于坑道式人防工程整体做三级屏蔽有一定的困难，因此可以针对设备抗干扰的要求，采用大面积局部防护，其主要是充分发挥工事自然被覆防护层对电磁脉冲的衰减阻止作用，再施以必要的防护措施，也能在不大幅度增加造价的情况下实现三级屏蔽防护。具体防护措施为:1)将口部设置成穿廊式结构，这样对进入口部的电磁脉冲起到衰减作用。实验结果表明，与直通式口部相比，可将电磁脉冲场强衰减5倍左右。一般口部的岩土自然防护层比工程主体的自然防护层要薄一些，口部的钢筋网结构也应像掘开式工程那样进行焊接，可进一步衰减从口部进入的电磁脉冲能量。自然防护层对电磁脉冲的衰减量主要取决于防护层岩土介质的电参数和防护层厚度，因此工程主体尽量选在自然防护层较厚和较潮湿的地方;2)将打毛洞时做的喷锚支护钢筋网和锚杆的钢筋进行焊接，这不仅可以减小接地电阻值，还可以对电磁脉冲起到一定的屏蔽效能。另外，根据工程构造形式的实际，使用若干根通长钢筋或镀锌扁钢把各段的钢筋混凝土结构中的钢筋网连接起来，也能起到对电磁脉冲的衰减作用。

三级防护一般为整体防护或大面积局部防护，需要土建、通风空调、给排水、电气及信息系统等专业配合进行，由现场工程施工人员协调施工，以提高工程的整体防护效果。

3.2 电磁脉冲防护工程局部屏蔽措施

对于人防工程中的重要电子设备与器材需采用局部屏蔽措施。一、二级电磁脉冲防护措施就是采用电磁屏蔽室的局部屏蔽方法，该措施防护区域较小，防护的技术措施复杂，一般由专业单位的技术人员施工，造价也相对较高。

一级屏蔽室，采用制式镀锌钢板焊接，壁和顶采用2 mm厚镀锌钢板、底板为3 mm厚镀锌钢板，地面铺设防静电地板，房门采用屏蔽门。所有进出屏蔽室的强、弱电线路须经限幅及滤波处理，通风窗口则需采用截止波导窗。

二级屏蔽室，采用内贴镀锌钢板铆接，接缝处密焊，壁和顶采用0.75 mm厚镀锌钢板，其余部位与一级屏蔽室相同。

上述屏蔽室的构造可使门洞和窗口处的屏蔽效能与整个屏蔽体一致，从而确保屏蔽室内的设备和器件能安全、可靠的工作。根据设备和器件的重要程度以及对电磁脉冲敏感程度的不同相应选用一级或二级屏蔽室。

3.3 电磁脉冲防护的接地措施

接地是电磁脉冲防护的重要措施，屏蔽需要接地，限幅、滤波需引电流入地更需接地。屏蔽室屏蔽效果如何，一个重要因素就是取决于接地系统。人防工程一般都采用联合接地，而电磁脉冲防护需要尽可能小的冲击接地电阻。因此，人防工程大多采用一个共用的水平放射状人工接地系统，接地体一般埋设在水库基础下、建筑排水沟下、大跨度机房或库房的地坪下等处，接地体采用辐射状水平接地体和垂直接地体综合接地装置，并采取挖换土槽、回填田园土以及灌长效降阻剂等方法降低接地电阻，综合接地电阻值要求不大于1Ω。

4 结语

电磁脉冲防护是人防工程建设和改造的一项重要内容，充分利用工程的自然防护层和被覆层来提高工程的屏蔽效能具有重要的实际意义。人防工程电磁脉冲防护施工时，需要土建结构、通风空调、给排水、电气及信息系统等专业结合进行，这不仅节省造价，而且能满足工程整体的防护效果。要提高工程整体的电磁脉冲防护能力，人防工程的选址也很重要，尽量选在具有一定厚度的防护层和潮湿的岩土介质中。通过工程总体结构的三级防护措施，并加以可靠的接地，从而增强人防工程整体防护能力和综合防护能力。随着电磁脉冲武器在现代高科技信息化条件下战争中的大规模使用，以及高精度电子、电器设备在人防工程中的不断应用，电磁脉冲防护技术将得到越来越广泛的关注。

［1］ 周璧华.人防工程电磁脉冲防护设计［M］.北京:国防工业出版社，2006:59-80.

［2］ 杨延军.人民防空工程概论［M］.北京:中国计划出版社，2011:62-74.