应急支撑保护技术在坑道事故救援中的应用_于力.pdf

收稿日期：基金项目：中国人民警察大学学科发展支持计划课题“沟渠救援训练设施建设及应用研究”（）作者简介：于力（），男，河北容城人，教授。应急支撑保护技术在坑道事故救援中的应用于 力中国人民警察大学 救援指挥学院，河北 廊坊 摘 要：坑道事故救援具有风险高、专业性强的特点，从坑道坍塌风险入手，分析坑道坍塌的类型和原因，介绍控制和消除坑道坍塌风险所需的应急支撑保护装备和技术，坑道应急支撑行动可按照侦察评估、风险控制、制定方案、搭建支护等 个步骤来实施，并结合“”“”“”三种坑道构型支护系统的搭建过程进行详细论述，对于辨识、排除坑道坍塌风险，规范坑道事故救援程序具有一定的借鉴意义。关键词：坑道事故；坍塌；救援；应急支撑中图分类号：文献标志码：文章编号：（）引言随着我国经济发展和城市化进程加快，各类基建工程不断上马，在施工中不同种类、形状的坑道随处可见，坑道事故也渐成多发态势。据统计，我国每年因坑道事故造成约 人死亡，余人伤残；美国每年因坑道事故造成大约 人死亡，余人受伤。通过以上数据可以发现，坑道事故属于建筑行业的多发事故类型，是建筑行业从业人员伤亡的重要原因之一。如何在坑道事故救援中提高救援效率，保障人民群众生命安全，是消防救援队伍需要深入思考的课题。坑道事故救援在应急救援中属于狭小空间救援范畴，此类事故虽然大多规模不大，但在救援中多存在坍塌风险，很容易造成救援者意外受伤或死亡。年安陆市发展二路北延工程发生塌方，一名工人被埋压，消防救援人员在转移被困人员时坑道突然发生二次垮塌，最终造成 名消防官兵牺牲及 名工人遇难。由此可见，在坑道事故救援中，救援人员需要准确判断现场情况、评估事故风险，有针对性地采取排险措施，只有这样才能切实保障救援人员和被困人员的安全，实现科学救援目标。坑道结构及坍塌风险分析 坑道结构一般坑道包括坑道顶、坑道底、坑道边、坑道脚、坑道壁等结构，对于“”和“”型坑道还可进一步划分内角和外角，“”型坑道有一个内角，“”型坑道有两个内角，如图 所示，。此外，“”型坑道可看为一横一竖两个“”型坑道交汇形成，其竖向坑道也被形象地称为 脚。坑道坍塌风险分析坑道事故救援中可能存在多种风险，其中坑道发生坍塌是最为严重的一类风险。坑道坍塌包括弃土堆滑落、边缘坍塌、坑道壁崩落、坑道壁坍塌 种表现形式，如图 所示。弃土堆滑落在挖掘坑道时，开挖的土壤多堆放在坑道边缘，应急救援研究形成弃土堆。当弃土堆过于靠近坑道边缘或者堆放过高时很容易出现弃土堆下滑，向内坍塌重新填充坑道，对救援人员及被困者形成威胁。弃土堆向内滑落主要是由于自身重力作用及土壤堆积超过了土体的天然休止角所致；此外也可能因为最初开挖的土壤比较潮湿，随着水分的蒸发，土壤变干，土壤黏性降低，弃土堆也可能发生向内滑落。弃土堆向内滑落如图（）所示。图 坑道结构图 坑道坍塌类型 边缘坍塌边缘坍塌是指靠近地面的坑道边沿发生坍塌，向内填充坑道从而对坑道内救援人员及被困人员造成威胁，如图（）所示。边缘向内坍塌的主因在于：开挖坑道时破坏了坑道顶层的土壤结构，使其更易于损坏；其次，当坑道边缘有较大载荷（如弃土堆）或者施工作业时，均可能使坑道边缘变得不稳定进而发生坍塌；此外，不同的土壤黏性不同，坑道边缘是否坍塌，还由土壤自身性质决定。坑道壁崩落 坑道壁崩落可发生在坑道壁的任何局部区域，如坑道脚或坑道壁的中间部位，如图（）所示。坑道壁崩落不但会使崩落土壤回填坑道，而且会造成部分坑道边缘处于悬空状态，进一步引发大规模坍塌，导致坑内人员被埋压。坑道壁崩落的原因有多种：一是坑道壁垂直方向土壤出现明显分层，不同层土壤间的黏性不同，黏性差、质地松软的土壤更易于出现崩落；二是坑底长期被水浸泡，可能导致坑道脚首先垮塌，出现崩落现象；三是坑道内存在管道等地下公共设施，例如管道，由于暴露在外失去土壤支撑后受力情况发生改变，同时土壤与公共设施表面黏贴不再紧密，因此也容易导致周边坑道壁出现崩落现象。坑道壁坍塌坑道壁坍塌是坑道壁在垂直方向上发生的大面积坍塌，如图（）所示。此类坍塌危害性较大，可形成较大规模的土方回填，很容易造成多人被埋压。特别是对已发生坍塌的坑道进行开挖时更容易产生此类坍塌。坑道壁坍塌的原因主要在于坑道长期暴露在室外，暴晒导致土壤水分蒸发、黏性降低、凝聚力变差，进而发生坑道壁的大面积坍塌。应急支撑保护技术与器材如上所述，在坑道事故救援中存在较高的坍塌风险，如何在救援中控制和消除坍塌风险，是消防救援人员必须思考的问题。依据国内外的救援经验，在坑道事故救援中多采用评估、监测、搭建支撑保护系统（简称支护系统）和预先制定撤退方案等措施对险情进行控制。其中，采用应急支撑保护技术为坑道搭建支护系统是最为重要的措施。应急支撑保护技术在坑道事故救援行动中，为最大限度减小被困人员和救援人员的危险，通常需要对救援人员进入的通道和空间的不稳定结构采取临时性的支护措施，以确保救援空间的稳定性。应急支撑保护技术就是利用专业的支撑器材或在救援现场就地取材对救援通道和营救空间予以支护加固，防止不稳定的结构或土方失稳塌落，为暴露于坍塌风险中的救援人员和遇险人员提供一定的安全保障。应急支撑保护技术是救援过程中常用的技术，在交通事故、建筑倒塌事故、坑道坍塌事故等救援现场经常用到。应急支撑器材为提高救援效率，经常参与坑道事故救援的消防救援队伍应预先配备不同类型的应急支撑器材，以适应不同类型坑道的救援需求。支撑器材消防救援人员可根据现场情况灵活选取专业或临时的支撑器材搭建应急支撑保护系统。专业的支于 力：应急支撑保护技术在坑道事故救援中的应用撑器材包括手动、气动、液压等不同种类的支撑杆，对于现场坍塌风险较高的坑道，可优先选择气动支撑杆，由于其具有操作距离远的特点，因此可增加救援人员的安全性。当缺乏专业器材或者支撑器材无法满足救援要求时，可以现场制作木支撑来完成支撑作业。木支撑通常会选择 或 的木方作为主材来进行制作。因此，如考虑现场制作木支撑，消防救援队最好能在救援车辆内提前准备一定数量的木方以便应急。支撑配套器材为保证支撑效果，消防救援队伍还应预先准备各种配套器材，如支撑垫板、支撑挡板、支撑背板、横撑、角撑板、斜撑底座等。不同配套组件的功用如表 所示。此外，考虑到坑道可能出现边缘坍塌或坑道壁崩落，可以随车携带不同尺寸的起重气垫或沙袋以便填补坍塌产生的空隙。表 支撑配套器材及功用序号名称功用支撑垫板置于坑道边缘，用于减少压力，对坑道边缘进行保护支撑挡板 直接与坑道壁接触，防止坑道壁坍塌支撑背板 作用于支撑挡板，是承压的主要承重构件和横撑横跨坑道壁的横向构件，既可用于坑道坍塌形成的空隙，为支撑垫板提供支撑；还可以用于跨越多个支撑垫板以形成开放空间角撑板用于拐角处，提供转向和承压作用斜角底座 用于拐角处，提供转向和承压作用 坑道应急支撑步骤对坑道进行应急支撑可按照侦察评估、风险控制、制定方案、搭建支护 个步骤来实施。侦察评估在对坑道实施支撑前，指挥员要组织人员对坑道及周边情况进行侦察，确定坑道构型、被埋压人员数量和位置、土壤稳定性、坑道内外存在的其他危险源等信息，对现场风险进行评估。在进行侦察时，原则上要从坑道顶抵近观察，并与坑道保持 的距离。风险控制在对坑道风险评估的基础上，可采取有针对性的措施对已发现风险进行控制。如对现场采取分区控制，对坑内管线等设施进行标识和固定，对弃土堆进行清理，对坑道边缘进行保护，使用通风或吸水泵等设备排除有毒、易燃气体或积水等。制定方案在风险得到有效控制后，可进一步测量坑道的长度、宽度和深度，并根据坑道的具体尺寸和现场情况来制定支撑方案，设计具体的支撑保护系统。搭建支护系统根据设计的支护系统，切割、组装相应的支撑挡板、背板、横撑等支撑配套器材，下放坑道后使用支撑杆对背板、横撑等进行支撑，并利用钉子对支撑杆进行固定。坑道应急支护系统的搭建应急支撑保护系统应根据坑道构型不同采取不同的方法予以搭建。坑道的构型根据其形状可分为“”型、“”型和“”型，下面分别介绍不同坑道构型支护系统的搭建。“”型坑道的支撑“”型坑道是结构最简单的一类坑道，其支护系统也是最基本的保护系统，是组装其他类型支护系统的基础，“”型坑道的支撑可按照以下流程进行搭建。铺设支撑垫板为创建一个稳固的操作平台，防止救援人员因坑道坍塌滑落坑道，需要在坑道的边缘铺设支撑垫板，对坑道边缘进行保护。铺设的顺序依次为坑道顶、工作侧和受限侧（一般指有土堆或其他障碍物的一侧）。在受限侧铺设垫板时，需要提前清理弃土或障碍物后再铺设垫板。为防止在清理过程中出现坑道边缘坍塌，需要采取边清理、边铺设垫板的方式进行。下放支撑挡板和背板在支撑垫板铺设完毕后，可根据需要分别在受限侧和工作侧下放支撑挡板和背板。考虑到工作侧便于展开作业且安全性高于受限侧，下放支撑挡板和背板的先后顺序为先受限侧，后工作侧。首先，救援人员在工作侧下放支撑背板，使支撑背板的底部斜插至受限侧坑道脚，而背板的顶部则放置于工作侧坑道的顶部；然后，以下放的支撑背板为滑道，沿背板下放支撑挡板进入坑道，使挡板方位与背板保持一致；最后，救援人员利用绳索把支撑挡板和背板一并拉至受限侧，调整后使挡板和背板垂直立于受限侧坑道壁，完成受限侧支撑挡板和背板的放置。应急救援研究与受限侧类似，安装工作侧支撑挡板和背板时首先也是在工作侧下放支撑背板，但放置方位与受限侧相反，即支撑背板底部直接下放至工作侧坑道脚，而背板顶部则通过绳索传递到受限侧坑道顶部；之后救援人员可以在工作侧直接垂直下放支撑挡板，再利用绳索将斜置的支撑背板移动到工作侧即可，调整后即可完成工作侧支撑挡板和背板的放置。安装支撑杆在坑道两侧均放置支撑挡板和背板后，救援人员就可以依据坑道的宽度来组装、下放支撑杆。原则上支撑杆的放置和安装顺序为由顶至底，即按照坑道顶部、中部、底部的顺序放置并将支撑杆固定于支撑背板上。放置支撑杆时要注意支撑杆距离坑道顶部及底部边缘一般不超过 ，相邻支撑杆间的垂直距离不超过 。在延伸固定支撑杆前，要考虑是否对支撑挡板和坑道壁间的空隙进行回填，如果需要可根据空隙的大小，选择恰当尺寸的气垫或填装沙子的沙袋塞入空隙，之后再延伸并固定支撑杆。为了固定支撑杆，除加压锁定支撑杆外，还可使用钉子将支撑杆两端固定在支撑背板上，并将钉子顶部折弯以防止脱离。“”型坑道的支撑如图 所示。图 “”型坑道支撑 “”型坑道的支撑“”型坑道支撑与“”型坑道支撑的区别主要在于坑道内角和外角的支撑，由于结构不同，内角和外角无法使用“”型坑道的标准支撑方法进行操作，必须根据结构改进支撑方法。“”型坑道内角和外角支撑可按照以下流程进行搭建。铺设支撑垫板与“”型坑道不同，“”型坑道的内角和外角是坑道最脆弱的部位，极易发生坍塌，所以在支撑前，首先要在内角和外角处铺设支撑垫板以减小局部压力，之后可继续沿其他坑道顶铺设垫板。下放支撑挡板和背板支撑垫板铺设完毕后，同样应首先考虑在坑道内角和外角下放支撑挡板和背板，之后再在其他平直坑道壁处下放挡板和背板。由于坑道外角两侧空间较大、安全性相对较高，下放支撑挡板和背板的先后顺序为先内角，后外角。与“”型坑道支撑相同，救援人员首先在“”坑道外角两侧（即内角对应位）分别下放两组支撑挡板和背板，使用绳索把两组支撑挡板和背板一并拉至内角两侧，调整后使挡板和背板垂直立于内角两侧坑道壁形成直角，完成内角两侧支撑挡板和背板的放置。接下来，在“”坑道外角两侧分别放置支撑挡板和背板，形成与内角相对应的直角状态，完成外角两侧支撑挡板和背板的放置。下放横撑为便于在拐角处安装支撑杆，在内外角的支撑挡板和背板均就位后，还应该继续下放横撑，使横撑分别位于支撑背板的顶部和底部，并利用固定绳将其固定在坑外的木桩上。在安装支撑杆前，还要在横撑和支撑背板的恰当位置安装固定斜撑底座和角撑板（见图），为支撑杆预留支撑位。图 斜撑底座图和角撑板 安装支撑杆支撑杆的设置大体与“”型坑道支撑相同，区别在于内外角处的支撑只需设置上下两组，横置于横撑和支撑背板间，中间无需再设置支撑杆。在内外角安装支撑杆时，要注意调整支撑杆底座的角度，使支撑杆平直安装在角撑板与对应的斜撑底座上（一个角撑板对应两个斜撑底座）。“”型坑道的支撑如图 所示。“”型坑道的支撑“”型坑道可认为由两个“”型坑道交叉形成，其支护系统也可大体看成由两个“”型坑道的支护系统整合而成。铺设支撑垫板“”型坑道有两个内角，因此与“”型坑道支撑于 力：应急支撑保护技术在坑道事故救援中的应用类似，也需要首先在两个内角处铺设支撑垫板，然后再继续沿其他坑道顶铺设垫板，稳固坑道边缘。图 “”型坑道支撑方式 安装 脚支撑与“”型坑道支撑相同，在下放支撑挡板和背板时同样优先考虑内角，区别在于将内角两侧分成两个阶段来分别完成支撑作业，即先完成 脚处内角侧的支撑，后完成长坑道壁及其对应的内角侧的支撑。在 脚的内角侧，救援人员首先利用“”型坑道支撑方式下放两组对应的支撑挡板和背板，然后再固定安装支撑杆，完成 脚处支撑。考虑到两个内角均只在 脚处放置了支撑挡板和背板，为防止加压导致内角损坏，在固定安装支撑杆时，一是要依次按中部、顶部、底部的顺序安装固定支撑杆，二是要注意固定支撑杆所用压力要略低，使三根支撑杆能支撑住支撑挡板和背板即可。下放支撑挡板和背板在 脚支撑完成后，在长坑道壁及其对应内角侧，可继续按照“”型坑道支撑方式下放支撑挡板和背板，并用固定绳将 脚对应的长坑道壁处的挡板和垫板固定。下放横撑由于长坑道壁所用支撑挡板和背板较多，为创建较为开阔的作业空间，在支撑挡板和背板均放置到位后，需要在长坑道壁一侧继续下放横撑，同样使横撑分别位于支撑背板的顶部和底部，并利用固定绳将其固定。安装支撑杆首先，在长坑道壁与对应的内角坑道壁间安装支撑杆，与安装 脚支撑类似，安装顺序同样为中部、顶部、底部，区别在于顶部和底部安装支撑杆时，支撑杆底座分别位于横撑和背板间，且固定支撑杆时使用高压，加压使支撑杆不能再伸长为止。然后，将之前未完全加压的 脚处的支撑杆按由上至下的顺序依次加压至不能伸长为止，完成整个支撑工作。“”型坑道支撑如图 所示。图 “”型坑道支撑方式 注意事项在坑道搭建支护系统过程中需要注意以下几点：（）为防止坑道发生垮塌，通常首先对坑道最不稳固的部位进行支撑，如受限侧、内外角、被埋压人员附近，以确保被困人员与救援人员的安全。（）支撑配套器材，如支撑挡板、支撑背板、斜撑底座和角撑板等要根据坑道的尺寸灵活设计，斜撑底座与角撑板角度也要根据实际情况进行修改。（）确保支撑杆伸长固定后具有足够的支撑力，要注意观察支撑杆的松紧程度，防止松软土壤导致的支撑变形。（）支撑杆仅用于支撑，任何人不能将支撑杆作为进出坑道的通道。（）为便于操作，下放支撑杆、横撑等器材的固定绳可用不同颜色加以区分。结束语坑道事故救援危险系数高，救援难度大，极易发生二次垮塌。因此，消防救援部门要采取有效措施，加强实战化训练，规范坑道事故救援处置流程。在应对坑道事故时，救援人员要准确判断现场情况，评估事故风险，针对坑道构型，采取针对性措施搭建支护系统，排除坍塌风险，只有这样才能切实保障救援人员和被困人员的安全，实现科学救援的目标。参考文献：湖北省公安消防总队 坑道事故救援技术 武汉：湖应急救援研究北科学技术出版社，刘美兰 橘红色的暖 中国消防，（）：刘峰 谈沟渠坍塌救援中的支撑技术应用 武警学院学报，（）：王恩福，黄宝森 地震灾害紧急救援手册 北京：地震出版社，：，：，：，：，：，：；（责任编辑 陈 华）