地震建筑坍塌事故中救援空间安全措施的应用★

唐虎潇，马江涛

(1.应急管理部消防救援局昆明训练总队，云南 昆明 650208； 2.重庆大学管理科学与房地产学院，重庆 400044)

1 概述

我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，地震活动造成大量房屋倒塌，人员伤亡和巨大财产损失(见表1)。地震中建筑坍塌是导致人员埋压被困的主要原因，大量人员被困于坍塌的废墟中，需要救援人员深入坍塌建筑中搜索、营救。在废墟中开展救援工作会面临余震或其他因素导致的建筑结构不稳发生的二次坍塌风险，确保救援作业空间安全是救援人员科学、专业、安全、高效开展建筑坍塌事故救援的保障。目前对救援空间支撑加固技术的研究较少，救援人员开展相关训练的理论参考文献也较少。本文结合建筑坍塌形式、特点、风险、被困人员生存空间等实际情况，对建筑坍塌现场的救援空间安全提供三种木支撑加固解决方案[1-2]。

表1 我国地震灾害情况

2 地震灾害中建筑坍塌特点及人员生存空间分析

地震对建筑的破坏是多种形式的，地震振动直接影响建筑、地震震动导致建筑地基破坏从而失去承载力、地震引发的次生灾害等都可导致建筑的破坏。建筑在地震灾害受到破坏的形式、破坏的程度不一样，可将建筑分为完全坍塌、局部坍塌和未坍塌三种类型，但各种坍塌类型建筑内部可能存在不同程度的局部垮塌，建筑结构的稳定性并不能从外部就判断确定出来。结合地震灾害中建筑坍塌的类型、人员生存空间、救援技术应用等，将坍塌建筑分为倾斜型、塌落型、复合型。

2.1 倾斜型坍塌建筑特点及人员生存空间分析

倾斜型坍塌建筑如图1所示。整体结构并未出现较大破坏，主要损坏出现在门窗、楼梯等部位，建筑整体结构较稳定，内部人员生存空间较多，人员生存可能性大。

2.2 塌落型坍塌建筑特点及人员生存空间分析

有支撑的倾斜倒塌[3-5]如图2所示。单侧承重墙、柱破坏，楼板一侧垮塌，另一侧支撑在墙体、大型家具、电器上，从而形成有一定人员生存空间的有支撑的倾斜倒塌。楼板虽然支撑在构件上，但倒塌结构并不稳定，被困人员大多存在于有支撑体一侧的角落处。

无支撑的倾斜倒塌如图3所示。形成原因与有支撑的倾斜倒塌成因相同，墙板倒塌后并未形成构件支撑而是形成无支撑的悬空状态。由于倒塌楼板一侧依附在失去承重能力的承重构件上，另一侧处于悬空状态，因此这种坍塌结构极不稳定，很容易受到外力影响发生二次坍塌。被困人员有可能存在于楼板下靠近承载力遭到破坏的承重墙体一侧。

“V”形倒塌如图4所示。楼板中心部位过载或中心部位承重构件遭到地震破坏，楼板从中间部位断裂掉落至下一层楼板，两侧还依附于周围的承重墙体，从而形成一个“V”形塌落。这一类倒塌稳定性较高。人员生存空间较大，主要在“V”形空间的两侧靠近承重墙处。

“A”形倒塌如图5所示。由于楼板两侧承重墙体遭到破坏，楼板向下倒塌，中间部位得到承重墙或非承重墙支撑，两侧向下掉落至下一层楼板，中间部分被支撑，从而形成“A”形空间。这一类倒塌结构的稳定性取决于中间支撑作用的墙体的稳定性，一般来说，具有比较好的稳定性。人员生存可能性较大，主要在倒塌楼板下方中部支撑墙体附近。

夹层倒塌如图6所示。上层承重构件破坏，楼板垮塌掉落至下一层楼板，中间所有可承重构件几乎都被破坏。整个垮塌结构相对稳定，人员生存空间较小。

悬臂倒塌如图7所示。地震振动影响导致建筑纵向墙体垮塌，楼板一侧与承重墙体连接，另一侧处于悬空状态。这一类倒塌结构一般不稳定，受到外力影响，楼板随时有塌落的风险。人员有一定的生存空间，一般在悬臂上方。

层叠倒塌如图8所示。建筑内部垂直承重构件破坏，楼板垮塌直至建筑地基，所有楼板塌落形成叠加效果，类似馅饼状，因此也称此类坍塌为“馅饼式倒塌”。这一类倒塌结构稳定，楼板间间隙较小，人员生存空间小。

2.3 复合型坍塌建筑特点及人员生存空间分析

建筑体存在倾斜和塌落两种破坏类型，在建筑整体倾斜情况下，建筑内部承重体的破坏出现内部塌落。这一类坍塌整体结构不稳定，人员在倾斜建筑内生存空间较大，在局部塌落楼层内生存空间参考塌落类型。

3 地震建筑坍塌事故中救援空间安全措施的运用

救援人员在坍塌建筑现场开展搜索、营救行动时，应该通过对建筑的四面外墙、地基和屋顶或吊顶的观察，重点了解建筑使用性质、建筑结构类型、裂缝开口情况、墙体倾斜情况、梁柱和承重墙等承重构件受损情况、墙体连接部位受损情况、使用年限等，确定三个方面的信息：潜在的人员生存空间、潜在空间的结构安全风险、潜在空间结构安全风险化解措施[6-9]。重点对现场风险进行识别，评估救援行动承担的风险大小，并对承担的风险制定化解风险的措施。木支撑技术是救援现场对坍塌建筑进行支撑加固，防止二次坍塌的有效手段，在倾斜型坍塌、无支撑的倾斜倒塌、“V”形倒塌，“A”形倒塌，夹层倒塌、悬臂倒塌等坍塌建筑中支撑加固，为垂直方向破拆、保障救援空间安全提供化解结构风险的解决措施。

3.1 双立柱木支撑对坍塌建筑支撑加固的运用

双立柱木支撑护板型如图9所示。2类支撑，主要用于建筑受损程度一般，需快速保障现场作业空间安全区域，用于对面积较小楼板、横梁等的支撑，如现场支撑面积较大可多个联用，最为稳定的单点支撑，可提前预制[10]。

实施程序如下:

1)确定支撑位置，测量支撑高度，并移除影响支撑的碎渣；2)制作基底和顶帽，选用10 cm×10 cm方木，长度90 cm；3)制作立柱，选用10 cm×10 cm方木，立柱高度通过支撑高度减去基底、顶帽、楔子厚度后确定；4)制作楔子、D-护板、半护板，楔子选用5 cm×10 cm方木，长度30 cm，护板选用1.9 mm薄板，D-护板尺寸30 cm×60 cm，半护板尺寸30 cm×15 cm；5)预固定连接顶帽和立柱，用D-护板双侧固定立柱和顶帽并确保立柱和顶帽垂直，立柱和立柱保持平行，护板在顶帽处用14钉法固定，在立柱处用5钉法固定；6)在立柱中间位置调整立柱间距确保平行后单侧固定水平拉板，采用8钉法固定；7)选定支撑位置，将顶帽和立柱放置在居中位置，放置基底、楔子，确保支撑系统垂直；8)确定好立柱垂直，系统稳定后双侧同时敲击楔子，将立柱与基底固定紧；9)固定立柱与基底，用半护板在立柱与基底外侧固定并确保二者垂直，半护板在立柱和基底上都采用4钉法固定；10)固定基底和顶帽，现场情况允许，可将基底在地基上固定、顶帽在楼板上固定。

技术要点如下:

1)整个支撑高度不超过366 m，立柱高度不超过337 cm；2)基底、顶帽、立柱尺寸应相同；3)两立柱间距最大60 cm，最小40 cm；4)支撑高度不超过180 cm时，不需要水平拉板；5)设计荷载：高度240 cm为7 256 kg，高度3 000 cm为4 535 kg，高度366 cm为3 174 kg；6)时刻监测立柱形变，基底和顶帽受力处挤压裂纹、楔子位移等预警信号；7)遇到余震或每12 h后应重新检查系统的稳定性。

3.2 三维立体木支撑对坍塌建筑支撑加固的运用

三维立体木支撑护板型60 cm×120 cm，如图10所示，3类支撑，与三维立体木支撑拉杆型类似，采用薄板进行水平支撑，自重更轻，便于携带到支撑区域，可提前预制。

实施程序如下:

1)确定支撑位置，测量支撑高度，确定立柱高度，并移除影响支撑的碎渣；2)可先制作单立柱或双立柱支撑对现场进行保护，降低现场安装时的坍塌风险；3)制作基底和顶帽，选用10 cm×10 cm方木，基底和顶帽长120 cm；4)根据测量高度制作立柱，用斜钉将立柱固定在顶帽上，测量对角线长度，确保两根立柱与顶帽垂直且相互平行；5)固定立柱与顶帽，用D-护板固定立柱与顶帽，顶帽处采用14钉法，立柱处采用5钉法，再次测量对角线长度，保持两根立柱与顶帽垂直且相互平行，固定水平支撑板，采用14钉法；6)以第一个预制部分为模板，制作第二部分；7)将两个基底放置在支撑合适位置，将两个预制部分放置在基底上部，立柱下放楔子，调整两个预制部分的间距为120 cm，保证立柱与基底垂直，两部分平行，拧紧楔子；8)用侧支撑板从侧面固定两部分，采用8钉法，从下至上的顺序固定侧水平支撑板，采用14钉法；9)用半护板固定基底与立柱，双侧固定，护板边缘与立柱外侧平齐，采用4钉法；10)固定基底和顶帽，现场情况允许，可将基底在地基上固定、顶帽在楼板上固定。

技术要点如下：

1)整个支撑高度不超过396 cm；2)基底、顶帽、立柱尺寸应相同；3)立柱间距为60 cm，两部分间距120 cm；4)支撑高度超过120 cm时，需要在中间位置安装水平支撑板，支撑高度超过270 cm时，需要安装两处水平支撑板；5)当高度超过270 cm时，基底和顶帽距离最近的侧水平支撑板的最大距离为60 cm；6)设计荷载为14 512 kg；7)时刻监测立柱形变，基底和顶帽受力处挤压裂纹、楔子位移等预警信号；8)遇到余震或每12 h后应重新检查系统的稳定性。

三维立体木支撑护板型120 cm×120 cm，如图11所示，3类支撑，与三维立体木支撑护板型60 cm×120 cm类似，支撑高度更高，立柱间距更大，可支撑空间更大，可提前预制。

实施程序如下:

1)确定支撑位置，测量支撑高度，确定立柱高度，并移除影响支撑的碎渣；2)可先制作单立柱或双立柱支撑对现场进行保护，降低现场安装时的坍塌风险；3)制作基底和顶帽，选用10 cm×10 cm方木，基底和顶帽长为180 cm；4)根据测量高度制作立柱，用斜钉将立柱固定在顶帽上，测量对角线长度，确保两根立柱与顶帽垂直且相互平行；5)固定立柱与顶帽，用半护板固定立柱与顶帽，外侧固定，采用4钉法，再次测量对角线长度，保持两根立柱与顶帽垂直且相互平行，固定水平支撑板，采用14钉法；6)以第一个预制部分为模板，制作第二部分；7)将两个基底放置在支撑合适位置，将两个预制部分放置在基底上部，立柱下放楔子，调整两个预制部分的间距为120 cm，保证立柱与基底垂直，两部分平行，拧紧楔子；8)用侧支撑板从侧面固定两部分，采用8钉法，从下至上的顺序固定水平支撑板，采用14钉法；9)用半护板固定基底与立柱，双侧固定，护板边缘与立柱外侧平齐，采用4钉法；10)固定基底和顶帽，现场情况允许，可将基底在地基上固定、顶帽在楼板上固定。

技术要点如下:

1)整个支撑高度不超过518 cm；2)基底、顶帽、立柱尺寸应相同；3)立柱间距为120 cm，两部分间距120 cm；4)支撑高度超过120 cm时，需要在中间位置安装水平支撑板，支撑高度超过270 cm时，需要安装两处水平支撑板，支撑高度超过390 cm时，需要安装三处水平支撑板；5)当高度超过270 cm时，基底和顶帽距离最近的水平支撑板的最大距离为60 cm；6)设计荷载为14 512 kg；7)时刻监测立柱形变，基底和顶帽受力处挤压裂纹、楔子位移等预警信号；8)遇到余震或每12 h后应重新检查系统的稳定性。

4 结语

地震建筑坍塌事故救援对于救援人员的专业要求较高、所面临的风险较大，在科学、专业、安全、高效的救援理念下，救援人员需要评估救援现场风险，制定相应的化解风险措施。本文对结合地震建筑坍塌形式和被困人员潜在位置特点，对化解建筑坍塌救援空间二次坍塌风险提供了三种类型的木支撑加固技术解决方案，保障救援空间安全，为救援人员化解救援空间风险提供参考方案，为救援人员开展日常训练提供参考。