溝槽事故原因分析及救援處置程序研究

侯碩

0 前言

隨著我國經濟社會的快速發展和城市化進程的不斷加快，各種工程和基建項目日益增多，如排水、供電、供氣等市政管道工程和建筑類地下施工項目等。各類溝槽坍塌事故發生的頻率也直線上升，主要存在塌陷埋壓、墜物砸傷、滲水溺亡等風險因素，極易造成傷亡事故。

2018 年12 月6 日11 時10 分，河南省周口市鄲城縣一排污渠在清淤時發生坍塌，2 名施工人員被埋，當地消防部門到場后將2 名被困人員成功救出；3 名消防隊員在從坑道底部撤出時，周邊土方突然坍塌，造成消防隊員被埋壓，救出送醫后，1 名消防員犧牲，2 名消防員受傷。2021 年11 月12 日18 時40 分，河北張家口市蔚縣宋家莊鎮大固城村至上蘇莊村道路施工過程中，發生土方坍塌事故，1 名施工人員被埋壓。18 時45 分，溝槽南側突然發生二次坍塌，將正在施救的另外4 名施工人員掩埋。19 時10 分蔚縣消防救援大隊21 名隊員到達現場進行施救，19 時38 分先后將被困人員救出，立即送往蔚縣人民醫院救治，4 人搶救無效死亡；1 人無生命危險。

通過以上事故案例可知，溝槽坍塌事故是土木工程領域極易造成人員傷亡的一種事故類型，且發生事故的原因都極其相似，思想認識上的麻痹大意是導致溝槽坍塌事故的根本原因[1]。

對于消防救援隊伍而言，溝槽事故救援是消防救援中挑戰性極強的一類特種事故救援，屬于受限空間救援的一種類型(圖1）[1]；具有隱蔽性強、能見度低、送風供氧難、防水排水難、作業空間受限和救援困難的特點。目前，國內多數基層消防隊站對于溝槽救援中所應用的專業裝備配備不足，且對于支護救援技術的掌握相對落后，這也隨之衍生出許多實戰救援中不可避免的風險難題。

圖1 溝槽示意圖

結合消防救援在我國的實際現狀，對土方工程的施工特點以及造成土坡塌陷的原因進行研究與分析，并闡述溝槽救援行動中的相關原則以及在實際運用中的程序方法，旨在為消防救援隊伍參與各類溝槽救援事故行動提供參考。

1 溝槽事故原因分析

影響溝槽穩定性失衡從而引發坍塌事故發生的因素有很多，如土坡受到的荷載力發生變化、土體含水量的改變、重型工程設備產生的振動等。而在國內各類土方工程項目施工現場，因設計或施工不當而導致土坡失去穩定性的情況仍然比較常見。經過研究對比，近些年來發生的溝槽事故案例中，現場周邊未經挖掘的土壤在靜態時都是相對穩定的，幾乎所有的事故都是由于溝槽開掘后導致土壤失去穩定性而發生坍塌造成的。1776 年法國科學家庫倫（C.A.Coulomb）根據砂土試驗，總結了土的破壞現象和影響因素，并提出了造成土壤穩定性失衡的最主要原因是土壤發生了剪切破壞力導致的，當土體內某個滑動面上的剪應力達到了土的抗剪強度[2]，便會使其穩定狀態失衡，土體就會遭到破壞，嚴重時將產生滑坡與坍塌。

因此影響溝槽坍塌、滑動失穩的原因主要有兩個：一是外界荷載作用或土坡環境變化等導致土體內部剪應力加大，例如路塹或基坑的開掘；溝槽施工中上部填土荷載重量的增加；溝槽深度的增加；降雨導致土體飽和和增加重度；土體內部的滲透力、坡頂荷載過量；車輛行駛、重型工程設備未關閉引起的振動等。

二是各種因素影響導致土體的抗剪強度降低，促使土坡失穩破壞，例如孔隙水應力的升高；氣候變化產生的干裂、凍融；黏土夾層雨水侵入而軟化；黏性土蠕變導致的土體強度降低[3]；土體受力歷史，包括暴露在外的管道設備周圍的土壤和填裝土壤；時間因素，比如剪應力作用時間越長，土的抗剪強度越低等。

研究證明，各種土質的抗剪強度、抗水能力是不一樣的，已開掘的溝槽，其土體的密實度、含水量均會發生變化，都會導致其穩定性降低。

因此，救援人員在執行溝槽救援任務時，應將所有開掘過的溝槽均視為不穩定的，要盡量避免不必要的振動、荷載產生。如溝槽內留有積水時，防排水措施也要及時介入，并根據不同的現場環境、不同的溝槽深度，采取不同形式的支護措施。

2 放坡系數的概念及應用

在人工溝槽及基坑開掘施工過程中，如果土層深度較深，土質較差，為了有效防止土坡坍塌和確保工作人員安全，需要將溝槽或基坑邊壁修整成一定的傾斜坡度，使其符合相應的施工標準，稱之為放坡系數（圖2）。

圖2 放坡系數

溝槽邊坡坡度以挖溝槽或坑基的深度“H”與邊坡寬度“B”之比表示，即：土方邊坡坡度（1：m）＝H/B,通常以“%”表示，式中m=B/H 被稱為放坡系數。其中B 指土壁邊坡厚度的底寬；H 為高度。關于起始放坡位置，各地的規定也有所不同，放坡的坡度大小一般由施工組織設計文件規定，當施工方沒有相關規定時，應按土壤類別挖方實際深度執行工程量計算規則來實施（表1）。

表1 土壤類別-放坡系數的規定-放坡高度、比例確認表

例如：一、二類土壤在挖掘深度超過1.2 米時就需要做放坡，如果是人工挖土的話，其放坡系數為1:0.5。如果深度H等于4 米：

B/H=m=0.5

H=4 米

B=4×0.5=2m，則邊坡寬度B為2米。

在常見救援事故案例中，例如農村灌溉井的救援現場，經常會使用此類放坡降險的救援方法開展救援行動，對灌溉井邊緣的土體進行開掘，形成坡面或臺階，是減小塌陷危害的一種防護措施。

對于救援人員需要注意的一點在于，放坡降險的救援方式適用于較為開闊的救援現場，救援耗時較長，程序相對復雜，且對受困人員會產生一定的風險。

3 溝槽救援的處置程序

在土方坍塌事故中，消防救援人員抵達現場后，指揮員應遵循溝槽救援的基本運作程序，根據現場的具體情況對現場環境進行快速評估、做好任務分工，正確選擇救援展開的形式，迅速投入現場救援工作中。

溝槽救援行動開展的過程可以劃分為四個階段：

3.1 第一階段：現場評估

3.1.1 主要評估

3.1.1.1 安全檢查

救援人員到達救援現場后，應對所有進入現場進行初期勘察、作業的人員進行安全檢查并做好信息登記，確認進入危險區域救援人員的個人防護裝備佩戴齊全。

3.1.1.2 危險識別

進入作業區域后，應盡快對現場環境存在的風險隱患進行全面評估，其中包括：溝槽頂部是否堆放較多的棄土堆；溝槽的深度是否超過1.5m；救援現場周邊的重型機械設備是否關閉；溝槽邊緣是否存在張力裂紋和裂縫；溝槽內有無暴露在外的公共設備管道；溝槽內的管道設備是否存在有毒有害氣體；溝槽內是否存有積水等。

3.1.1.3 確認受害者的位置、數量及身體狀況

尋找并詢問現場的施工單位負責人或報警人，了解掌握溝槽內被困人員的位置、人數、埋壓時間等信息，并迅速對被困人員做出大致的傷情評估。

3.1.2 次要評估

通過外部觀察和詢問工程技術人員，核實溝槽是否發生坍塌；通過初期偵查反饋的信息，判斷救援現場是否需要通風和排水設備的介入，以及是否需要支撐穩固裝置的介入。

3.2 第二階段：進入溝槽內實施救援行動前的準備工作

3.2.1 設置警戒區域

當救援人員對現場進行評估后，應根據現場周圍環境情況設置警戒區域，并對人群、交通、重型工程設備實施管控措施，勸離圍觀群眾和工地工人，禁止無關人員靠近作業區。

通過問詢現場工作人員，第一時間了解情況，關閉施工現場的所有重型工程設備，并對警戒區域周邊臨近道路實施交通管制，避免車輛行駛和重型工程設備引起任何的振動或荷載產生。

根據救援現場的實際需要應劃定3 級警戒區域，分別為熱區、暖區、冷區（圖3）。

圖3 救援現場示意圖

熱區是救援人員實施救援行動的主要區域，其警戒距離為溝槽事故邊緣15m 以內的區域范圍。消防救援人員在該區域內開展救助行動時一定要小心謹慎，并且應具備高級別的溝槽救援技術，需要完成的救援功能包括清理溝槽周圍的松土堆，并對救援現場開展偵檢、通風、排水、支撐、拯救等一系列救援行動。

暖區是在救助行動中用于供輪流替換下來的消防員休息和存放溝槽事故救援需要用的各類裝備的區域，其警戒距離為溝槽事故中心區域邊緣45m 以內的區域范圍。該區域是為救援人員提供保障服務的人員活動區域。

冷區是所有與救援工作無關的人員應保持的警戒距離范圍，其警戒距離為溝槽事故中心區域邊緣90m 以內的區域范圍[4]，該區域應設置警戒線，防止不必要的圍觀群眾進入以影響溝槽事故救援工作。

3.2.2 確保救援區域安全

在進入現場作業時，消防救援人員應該提高警惕，持續對溝槽內部進行空氣監測，特別是已挖掘公共電氣管道口的周邊區域，如果發現有毒有害氣體，要及時進行空氣通風置換。

溝槽內如有積水，應保證救援人員進入溝槽前或至少在設置支撐保護設備的過程中將溝槽內的積水排出、清除，避免溝槽內含水量變化造成其穩定性失衡。

3.3 第三階段：救援行動展開

在救援處置程序過程中為了確保受困者的安全，所使用的支撐程序與溝槽開掘工程施工時所使用的支撐方式截然不同，救援人員必須按照相關標準要求的處置程序開展救援行動。

救援行動組開展支護作業的程序順序為：地面墊→安裝跨橋與爬梯→預制擋土板+立桿→支撐桿→回填。

3.3.1 確保溝槽邊緣安全

3.3.1.1 接近被困者——地面墊鋪設

一是救援人員應將溝槽較窄的拐角處的位置作為出入口。

因為窄溝槽的拐角處是最穩定的，在棄土堆一側的溝槽邊緣鋪設地面墊（圖4），將自身的重量分散在溝槽邊緣的地面上，并清理不穩定區域兩側的邊緣土壤，將土壤向遠離溝槽的方向移動，確保經過清理后的棄土堆邊緣與地面墊保持一定的距離。重復上述操作，直至溝槽邊緣棄土堆清理完畢，繼續沿著地面墊從靠近被困者最近的一端接近被困人員，確認被困人員體位狀態，并對其傷情進行初期評估，比如是否需要包扎處理、是否被坍塌掩埋等。

圖4 地面墊設置

二是評估溝槽的倒塌類型和二次坍塌的可能性。

特別需要注意的是，已經發生塌方表明溝槽的土壤極其不穩定，救援人員進入溝槽邊緣區域清理棄土堆時一定要特別小心謹慎，并應在接近被困人員的過程中仔細檢查溝槽邊緣區域是否產生細長的微細裂紋和比較大的裂痕。如果有這種情況則說明溝槽土坡邊緣的穩定性已經失衡。在鋪設地面墊時，不要將地面墊覆蓋在裂紋和裂縫的區域，避免該區域承受荷載，導致二次坍塌（圖5）。

圖5 地面墊設置（避開裂縫區域）

3.3.1.2 懸垂狀塌陷——設置跨橋

坍塌現場可能會留下極度不穩定的懸垂狀土壤，這種情況溝槽邊緣表面上的土壤并未完全塌陷，但從表面觀察會發現有明顯的裂紋、裂痕產生，其實該區域垂直范圍內下方的土壤已經發生了塌陷（圖6）。遇到此類情況，救援人員應將該區域作為優先進行穩固支撐的部分，即使有地面墊可以分散溝槽邊緣救援人員的荷載，也不能對其進行有效的保護，在這種情況下應設置邊緣跨橋。

圖6 懸垂狀塌陷

使用方木制作的大梁橫置于溝槽邊緣兩側的地面墊上，通過設置好的疊架大梁可以便于觀察邊緣裂紋情況和被困者的位置（圖7）。并在兩個大梁之間放置1 個單杠梯的頂部梯子，上面可以設置一個2cm×10cm（厚2cm、寬10cm、長度自定義）的木板作為支撐基礎板，救援人員可以從平臺上對不穩定的區域進行搜救。

圖7 大梁（方木）

3.3.2 確保溝槽內部安全

3.3.2.1 確?，F場救援安全

救援人員在溝槽頂部邊緣地面墊上對溝槽進行初步測量，評估支撐需求；同時,救援小組其他成員可以開始在溝槽邊緣兩側放置地面墊，以便分散救援人員在此處工作的重量[4]。

3.3.2.2 建立緊急救助通道

溝槽四周邊緣地面墊設置完畢后，救援人員在溝槽頂部邊緣地面墊上可以對溝槽再次進行測量，使評估支撐需求更加準確；并且對溝槽內部進行不間斷的空氣監測，必要時利用送風設備提供通風置換空氣的支持；同時，將消防梯從接近被困人員較近的位置放入[4]，并確保該位置溝槽邊緣相對完整。

3.3.2.3 非進入式救援方案

一旦聯系到有意識的被困人員且未被掩埋，就不要中斷聯系，并優先采取非進入式救援方案，來降低消防人員救援的風險。

如溝槽內被困人員沒有被砂土掩埋且具備行動能力，要鼓勵并幫助其通過梯子離開溝槽；也可以放置更多的梯子，讓溝槽內被困人員緊急撤離[1]。

如果被困人員受傷了，無法爬出溝槽，則可以借助繩索與簡易救生吊帶，通過消防救援人員指導被困者穿著固定，然后通過繩索拖拽將其通過梯子拉回至安全區域。

需要注意的是，此時救助人員不能進入溝槽內部，超過1.5m 深的溝槽，在沒有支撐防護設備的時候，絕對不能進入溝槽內部。

3.3.2.4 進入式救援方案

如果被困人員身體已被土壤掩埋，消防人員應考慮進入式救援方案。進入式救援需要采取相應的支護措施，為消防人員創建一個安全的工作區域，并保護被困人員免受二次溝槽坍塌的傷害。

需要注意在溝槽救援行動中采用的支護技術僅限于深度不超過5m 的溝槽。

第一，清理溝槽邊緣棄土堆，并在工作區域周邊設置地面墊和跨橋，提供邊緣保護裝置。

第二，在幾個不同位置測量溝槽的深度與跨度，然后選擇合適的支撐設備。

第三，直接從傷員位置處，向溝槽內放置第一組擋土撐板。

第四，連接氣動軟管，插入氣動支撐頂桿組裝的端口（圖8）。

圖8 氣動支撐桿組裝

第五，將扁帶環和氣壓軟管連接到第一個支撐桿；并預先裝配其它的扁帶、氣壓軟管到其余的氣動支撐桿設備。

第六，握住垂直扶手和支撐桿，將支撐套件放置溝槽內部（圖9）。

圖9 支撐程序

需要注意的是，氣動支撐桿的放置，正常情況應該從支撐面板中間的位置開始支撐；但如遇到有懸垂狀塌陷的土壤，第一個氣動支撐桿不可放置于塌陷的空隙區域，而應放置在相對穩定的未塌陷的位置，并且氣動支撐桿的初始壓力要盡可能低，避免對懸垂狀土壤造成破壞（圖10）。

圖10 懸垂狀土壤的支撐方式

此外，如果現場為懸垂狀土壤，應使用低壓氣囊回填塌陷的空隙區域，然后再安裝底部的氣動支撐桿。

第七，重新評估初期第一個氣動支撐桿的壓力，并對全部的支撐桿進行壓力調整。

第八，在支撐裝置未完全設置完畢時，要固定好捆綁連接支撐桿的扁帶環，避免掉入溝槽內無法進行二次調整。

3.3.3 支撐頂桿安裝時的位置選擇

在選擇安裝支撐桿位置時，最上邊的支撐頂桿位置，應盡可能設置在距離溝槽頂部邊緣0.5m 的范圍內。

如果溝槽的深度達到使用2 個支撐頂桿的需求，兩個支撐頂桿的距離不能超過1.2m。

如果使用1 個支撐頂桿時，距溝槽頂部位置應預留0.5m 放置一根支撐頂桿，那么下端距離如果超過1.2m，則必須重疊放置另外一根支撐頂桿；深度超過1.7m 的溝槽，應垂直重疊設置2 根支撐頂桿設備（圖11）。

圖11 支撐頂桿安裝位置

3.4 第四階段：行動結束

救援任務完成后，消防救援人員需要拆除溝槽事故救援支撐系統和救援裝備，應按照后安裝的裝備先進行移除的順序依次對使用的器材設備進行回收。在拆除過程中，如果溝槽墻體發生明顯移動時，應立即通知所有救援人員從溝槽中快速撤離，并等待重型機械設備移除剩余支護裝具，切不可冒險再次進入溝槽內部進行人工手動拆除。

4 結論與建議

溝槽救援現場環境復雜，救援難度大。救援人員在溝槽救援場所要時刻保持高度警覺。此類場所存在很多不可測因素，而這些因素背后往往都隱藏著巨大的風險[4]。因此，救援人員應當了解溝槽特點，謹記救援行動中的一些重要事項，包括：

（1）如果發生了一次崩塌，則極有可能發生二次崩塌；

（2）考慮到溝槽內可能存在危險氣體，應對溝槽內進行空氣質量監測；

（3）暴露在外的公共管道設施附近的土壤可能為填裝土壤極易松動，需要進行適當的支撐保護；

（4）無論任何情況，不要進入無支撐保護的1.5 米深或更深的溝槽；

（5）溝槽內的積水很危險，應在支撐保護前或最少在設置支撐保護的過程中將溝槽內的積水排出[5]。