3.2. Характеристика разрушений сооружений и поражения людей при аварийных взрывах

Воздушная ударная волна взрыва вызывает разрушения или повреждения железнодорожного пути, подвижного состава, зданий, элементов связи, СЦБ, железнодорожного водоснабжения и других элементов инженерно-технического комплекса (ИТК)^ железнодорожного транспорта.

Качественное состояние разрушенных элементов ИТК в зонах чрезвычайных ситуаций оценивается соответствующей степенью разрушения: полной, сильной, средней и слабой.

Полные разрушения характеризуются разрушением или обрушением всех или большей части несущих конструкций, капитальных стен, сильной деформацией или обрушением межэтажных и потолочных перекрытий, пролетных строений мостов. При этом обломки зданий и сооружений создают сплошные завалы. Основные элементы железнодорожного пути полностью выходят из строя. Подвижной состав, путевые машины, станционное оборудование и аппаратура не подлежат восстановлению.

Использование элементов машин, подвижного состава и разрушенных частей сооружений невозможно.

Сильные разрушения характеризуются разрушением части капитальных и большинства остальных стен зданий, деформацией пролетных строений мостов, большинства опор контактной сети и ЛЭП. Восстановление железнодорожного пути и сооружений возможно, но нецелесообразно, так как практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся элементов и конструкций. Технические и транспортные средства ремонту не подлежат, отдельные их детали в дальнейшем могут быть использованы при ремонте.

Средние разрушения характеризуются разрушением второстепенных элементов (внутренних перегородок, окон, крыш), появлением трещин в стенах, обрушением чердачных перекрытий и отдельных участков верхних этажей. Вокруг зданий завалов не образуется, но отдельные обломки конструкций могут быть отброшены на значительные расстояния. Железнодорожный путь получает деформацию. Деформируются отдельные элементы пролетных строений мостов, отдельные опоры ЛЭП, контактной сети и линии связи. Возможно восстановление зданий, железнодорожного пути, сооружений, подвижного состава, транспортных и других технических средств с использованием капитального и среднего ремонта.

Слабые разрушения зданий характеризуются разрушением наименее прочных конструкций: оконных и дверных заполнений, легких перегородок, кровли. Оборудование получает незначительные деформации второстепенных элементов. Восстановление железнодорожного пути, сооружений, подвижного состава и техники требует текущего ремонта.

В связи с тем, что при полном и сильном разрушениях здания, сооружения и технические средства не восстанавливаются, в справочных данных и расчетах часто используют только три степени разрушений -сильную, среднюю и слабую.

При воздействии одних и тех же параметров ударной волны взрыва на различные элементы ИТК степень их разрушения будет неодинакова в связи с различной их физической устойчивостью.

Под физической устойчивостью следует понимать способность сооружения противостоять воздействию внешних нагрузок в чрезвычайной ситуации. Эта способность является свойством сооружения, которое зависит от его размеров, конструктивных и других параметров и не зависит от каких-либо внешних факторов. К таким параметрам, например, относятся: жесткость конструкции, наличие фундамента, закрепление элементов и другие прочностные свойства; материал; масса и положение центра тяжести; размеры элементов и их конфигурация; площадь опоры; расстояние между опорными частями и др.

Например, при одних и тех же внешних нагрузках наибольшим разрушениям подвергаются многоэтажные жилые здания без каркаса с несущими стенами из кирпича, панелей и блоков. Наибольшие нагрузки выдерживают массивные промышленные здания с металлическим каркасом и внутренним крановым оборудованием большой грузоподъемности, для которых устраиваются несущие колонны, что делает конструкцию здания более жесткой и прочной.

Высокие внешние нагрузки выдерживает верхнее строение железнодорожного пути, имеющее жесткую конструкцию (соединение балластного слоя, шпал и рельсов), незначительное возвышение над поверхностью земли и малый коэффициент аэродинамического сопротивления.

Среди различных видов железнодорожного подвижного состава наибольшей устойчивостью к воздействию внешних нагрузок при взрывах обладают четырехосные незагруженные платформы (малые размеры при значительной массе), груженые цистерны (малый коэффициент аэродинамического сопротивления) и локомотивы. Наименее устойчивыми являются пассажирские вагоны и крытые порожние грузовые вагоны (значительные размеры и относительно малая масса).

Сравнительная оценка устойчивости (по степеням разрушения) элементов ИТК при взрывах производится с помощью единого количественного показателя - величины избыточного давления во фронте ударной волны

Если определяющим фактором при разрушении сооружения является не избыточное давление во фронте воздушной ударной волны ΔР_ф, а давление скоростного напора воздуха ΔР_ск (при отсутствии опытных данных о степени разрушений сооружений при соответствующих значениях ΔР_ф), то устойчивость сооружения рассчитывается на действие давления скоростного напора ΔР_ск. Расчетные значения ΔР_ск пересчитываются по формуле (3.1) или графику (рис. 3.3) в ΔР_ф, что позволяет сравнивать устойчивость сооружений и определять степень их разрушений с использованием единого показателя ΔР_ф, (Расчеты устойчивости сооружений представлены в главе 8.)

Характер зависимости степени разрушения сооружения от величины избыточного давления во фронте ударной волны ΔР_ф может быть пред-ставлен в виде графика (рис. 3.7).

Для оценки сопротивляемости сооружений и устройств действию ударной волны необходимо знать их предел устойчивости — предельное значение избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, при превышении которого функционирование сооружений и устройств невозможно.

Рис. 3.7. Характер зависимости степени разрушения от величины избыточного давления во фронте ударной волны:

I - зона слабых разрушений; II - зона средних разрушений; III - зона сильных разрушений; IV - зона полных разрушений; - предел устойчивости сооружения;

- радиус функционирования - удаление от центра взрыва, на котором численно равно пределу устойчивости

За предел устойчивости элемента ИТК принимается нижняя граница средних разрушений (на определенном расстоянии от центра взрыва ) (рис. 3.7).

Смысл указанного положения состоит в том, что, попадая в зону I - слабых разрушений (рис. 3.7), сооружению требуется текущий ремонт, но его временное использование возможно с определенными ограничениями.

При превышении предела устойчивости сооружения (попадании его в зону II) дальнейшее использование сооружения становится невозможным без проведения среднего ремонта.

Таким образом, предел устойчивости и степень разрушения элементов ИТК количественно характеризуются граничными значениями ΔР_ф, Для основных сооружений и устройств железнодорожного транспорта эти значения приведены в табл. 3.3.

Указанные в табл. 3.3 интервалы с минимальными и максимальными значениями избыточного давления, характеризующие определенную степень разрушения, учитывают возможные различия в конструкции сооружений и положении сооружений по отношению к направлению распространения фронта ударной волны.

Для железнодорожного пути и подвижного состава данные табл. 3.3 приведены для случая, когда фронт ударной волны распространяется перпендикулярно к оси пути и боковой стороне подвижного состава (наихудший вариант). При распространении ударной волны вдоль оси железнодорожного пути подвижной состав выдерживает избыточное давление (давление скоростного напора) в 1,5-2 раза больше табличных значений, а железнодорожный путь получает сильные и полные разрушения в основном в пределах радиуса воронки.

В табл. 3.3 значения величины давления во фронте ударной волны, вызывающие определенную степень разрушения, приведены для ядерного взрыва. Считается, что одинаковая степень разрушения ударной волной от ядерного взрыва и взрыва ВМ, ГВС или УВГ имеет место, если давление во фронте ударной волны взрыва этих взрывоопасных веществ примерно в 1,5 раза выше давления во фронте ударной волны ядерного взрыва. (Для ВМ, ГВС и УВГ табличные данные увеличиваются в 1,5 раза).

В отличие от городов и объектов экономики, содержащих, как правило, однотипные элементы - здания, на объектах железнодорожного (транспорта размещаются многообразные виды сооружений и устройств,

обеспечивающие движение поездов и имеющие неодинаковую устойчивость. По этой причине на объектах железнодорожного транспорта в зоне аварийных взрывов невозможно выделить общие зоны полных, сильных, средних и слабых разрушений. Для каждого вида сооружений эти зоны будут иметь свои размеры.

Таблица 3.3

Степени разрушения^ элементов ИТК железных дорог при различных избыточных давлениях во фронте ударной волны, кПа

Элементы ИТК	Разрушения при , кПа
	слабое	среднее	сильное
1	2	3	4
Железнодорожный путь	100-150	150-300	300-500
Вагоны, платформы, цистерны	20-40	40-60	60-90
Локомотивы	50-70	70-100	100-150
Мосты с металлическими пролетными строениями длиной до 45 м	50-100	100-200	200-250
То же, с пролетами 100 м и более	40-60	60-100	100-150
Мосты железобетонные с пролетными строениями длиной 20-25 м	50-100	100-200	200-300
Здания с металлическим каркасом	20-30	30-40	40-50
Здания кирпичные малоэтажные	10-15	15-25	25-35
То же, многоэтажные	8-10	10-20	20-30
Здания деревянные	6-8	8-12	12-20
Подстанции (трансформаторные, тяговые)	10-30	30-60	60-70
Водонапорные башни	10-20	20-40	40-60
Оборудование артезианских скважин	70-110	110-130	130-170
Воздушные линии связи, контактная сеть	20-50	50-70	70-120
Подземные кабельные линии	200-300	300-600	600-1000
Трубопроводы наземные	20-50	50-130	более 130
Подземные линии водопровода и канализации	400-600	600-1000	1000- 2000
Шоссейные дороги с твердым покрытием	120-300	300-600	600-1000
Станочное оборудование депо и мастерских	10-20	20-60	60-70
Краны и крановое оборудование	20-30	30-50	50-70
Автомобили : грузовые легковые	20-40 10-20	40-50 20-45	50-60 45-65
Землеройные, дорожно-строительные машины	50-110	110-140	140-170
Контрольно-измерительная аппаратура	5 10	10-20	20-30
Наземные металлические резервуары и емкости	30-40	40-70	70-90
Убежища, рассчитанные на 100 кПа	100-140	140-180	180-220

.

В непосредственной близости от центра взрыва, где значения избыточных давлений превышают 300 кПа, все наземные сооружения будут разрушены полностью. В этой зоне частично выйдут из строя подземные коммуникации и убежища.

В зоне избыточных давлений от 300 до 100 кПа железнодорожный путь получит средние и слабые разрушения, однако в этой зоне следует ожидать образования сплошных завалов железнодорожных путей подвижным составом, грузами, элементами разрушенных зданий, контактной сети и конструкциями искусственных сооружений.

В зоне избыточных давлений от 100 до 50 кПа верхнее строение пути останется неразрушенным. Подвижной состав может получить средние и сильные разрушения вследствие опрокидывания и отброса скоростным напором ударной волны. Некоторые мосты могут получить слабые, а другие - средние разрушения. Все здания будут разрушены полностью. На железнодорожных путях могут образоваться отдельные завалы.

В зоне избыточного давления от 50 до 10 кПа в основном разрушаются здания, водонапорные башни, трансформаторные и тяговые подстанции и частично подвижной состав, воздушные линии связи, контактная сеть, технические и транспортные средства.

На ОЖДТ в зоне ЧС, связанной со взрывом, происходит поражение производственного персонала и перевозимых пассажиров.

Параметры ударной волны воздействуют на органы дыхания, внутренние органы человека, барабанные перепонки; вследствие метательного действия скоростного напора люди могут быть отброшены, получить травмы различной степени тяжести.

В общем случае травмы от действия ударной волны принято подразделять на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые. Характеристика степени поражения людей представлена в табл. 3.4.

Кроме прямого воздействия ударной волны на человека, его поражение может произойти от косвенного воздействия: обломками разрушенных зданий, осколками стекол и другими предметами, перемещающимися под действием скоростного напора. В этом случае опасным для человека является избыточное давление > 7 кПа, при котором разрушаются стекла. Следует учитывать, что за счет косвенного воздействия радиус поражения людей может увеличиться в 1,5 раза по сравнению с радиусом поражения при прямом воздействии ударной волны.

Таблица 3.4

Степени поражения люден на открытой местности в зависимости от значения избыточного давления

ΔРф, кПа	Поражения (травмы)	Характер поражения
20...40	Легкие	Легкая общая контузия, временное повреждение слуха, ушибы, вывихи конечностей
40...60	Средние	Серьезные контузии, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные вывихи и переломы
60...100	Тяжелые	Сильная контузия всего организма, повреждение внутренних органов, мозга, тяжелые переломы конечностей
Свыше 100	Крайне тяжелые и смертельные	Полученные травмы, как правило, приводят к смертельному исходу

Поражение людей, находящихся в момент взрыва в зданиях, зависит от степени их разрушения. Так, например, при полных разрушениях зданий находящиеся в них люди погибнут. При сильных и средних разрушениях может выжить примерно половина людей, из которых значительная часть будет поражена в различной степени, многие могут оказаться под обломками конструкций, а также в помещениях с заваленными или разрушенными путями эвакуации. При слабых разрушениях зданий гибель людей маловероятна, однако часть из них может получить травмы и ранения.

При аварийных взрывах возможное состояние ИТК и степень поражения людей будут зависеть также от поражающего действия возникающих пожаров.

Характеристика, параметры пожаров, показатели взрывопожарной опасности веществ, применяемых на ОЖД, рассматриваются на кафедре "Охрана труда и окружающей среды".

Характеристика зон возможных пожаров, образующихся при применении современных средств поражения, а также оценка пожарной обстановки приведены соответственно в главах 6 и 11 настоящего пособия.