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1、地震废墟现场的搜索与营救技术探讨*赵国存1闻 明1张国宏1司洪波2张 策1王建平2(11中国地震局地壳应力研究所 北京 100085 ;21中国地震应急搜救中心 北京 100049)摘要 地震废墟现场搜索与救援是抗震救灾的重要组成部分。本文对地震废墟现场搜索与救援的有关技术问题进行了初步研究。分析了结构物损坏类型和潜在危险, 结合汶川地震建筑倒塌实例, 讨论了结构物在地震力作用下常见的几种倒塌 模式,及其可能形成的生存空间, 并进一步阐述了救援时的基本策略。* 行业专项: 救援装备检测校准技术研究( 200708022) 资助。一、引 言地震是严重危害人类社会的几种主要自然灾害之一。强烈地震会
2、造成各种结构物(建筑物和构筑物 ) 的损坏、破坏以致毁坏。结构物的破坏会造成人员伤亡和财产损失,结构物的毁坏会造成大量人员伤亡和严重财产损失。它对人类社会构成严重威胁。一次突发性 的大地震可令一座城市在数十秒钟内变成一片废墟, 成片房屋破坏倒塌,交通通信、供水供电等生命线中断,并可能引发火灾、有毒物质泄漏等严重次生灾害(王前信,2000)。目前,世界各国为减轻地震灾害所采取的主要措施为:加强地震监测预报; 提高工程建设质量,增强各类构筑物的抗震能力;提高震时的应急救援能力。地震预报作为世界公认的 科学难题,我国和世界各国的地震工作者为此进行了长期、艰苦卓越的工作,但对绝大多数破坏性地震仍不能做
3、出准确预报。为此,5中华人民共和国防震减灾法 6 明确规定:我国防震减灾工作, 实行预防为主、防御与救助相结合的方针。紧急救援是一项系统工程,该系统包括对各种灾害及突发紧急事件高效反应的组织体 系、搜索救助的技术体系和救援保障体系。世界发达国家针对各种灾害和突发事件都先后建立了高效的紧急救援体系 (顾建华等,2003)。尤其是美国 / 91110 事件以后, 各国对城市搜索与救援工作都给予了高度重视, 无论在装备上还是救助技术上都有了较大的发 展。如美国政府于 2003年制定了详尽的联邦响应计划,该计划涉及了 27个部门,对政策、组织机构、响应能力、紧急救援行动和协调管理等方面都做了详细而明确
4、的规定(美国联邦应急管理署,2003)。自 2001年以来, 中国国家地震灾害紧急救援队和各省级地震灾害紧急救援队的组建, 使我国地震灾害紧急救援工作在组织体系上有了保障,在大震救 援能力上有了迅速提高。 2008年 / 51120 汶川 810级地震救援行动中,各专业救援队伍的救援能力经受了实践的检验。但如何最大限度地发挥这些救援队伍的作用,真正实现/以人为本、科学施救 0, 还有很多技术问题需要进一步研究。其中之一就是对地震废墟现34地壳构造与地壳应力文集( 22) 2010年场被压埋人员的搜救技术的研究。二、结构物的损坏和潜在危险结构物的损坏可被分为结构损坏和非结构损坏。结构损坏影响建筑
5、物的结构元素,而 非结构损坏影响建筑物的非结构元素(周福霖,1997)。然而,两种类型的损坏都能造成伤害、死亡、污染和其他危险。1) 结构损坏( 1) 整个建筑结构倒塌。( 2) 楼板、屋顶和墙倾斜。( 3) 楼板和屋顶坍塌。 ( 4) 在一层或更多层的柱子倒塌。( 5) 牢固的、永久的结构产生横向移动。( 6) 柱子、楼板或承重墙破裂、坍塌。( 7) 地基失稳、破坏。( 8) 电梯间破裂。 2) 非结构损坏( 1) 不显著破裂。( 2) 外装饰墙破裂或掉落。( 3) 楼梯塌落。( 4) 电梯间移动。 ( 5) 效用损坏。( 6) 非承重墙出现破裂或阳台损坏。3) 危险类型根据结构的损坏、局部
6、或完全塌落,我们能区分出三种类型的危险:( 1) 掉落:结构的部分或填充物有坠落的危险。 ( 2) 坍塌:由结构破坏形成的较大空间,其稳定性较差, 有随时塌落的可能。( 3) 其他危险: 漏电、溢水、易燃物、有毒物质等危险材料。三、搜救前的现场评估救援人员到达地震现场后,在搜救工作开展之前,当地震灾指挥部工作人员应将倒塌建筑物的结构类型信息提供给救援队的指挥官。指挥官向救援队员分配救援场地应根据队伍的装备配置,并考虑以下因素:1) 建筑物结构类型( 1) 砌体结构: 各层和屋顶等的重量由墙体支撑的建筑物。 ( 2) 框架结构: 由钢或钢筋混凝土材料制成的梁和柱,而形成结构骨架的建筑物。2) 建
7、筑物潜在的倒塌可能性35 赵国存等: 地震废墟现场的搜索与营救技术探讨( 1) 倾斜的墙体:墙体中部拱出, 形成巨大弓形,或倾斜致与楼板分离。 ( 2) 有烟或水从砖缝中溢出的墙体。( 3) 与墙脱离的梁。( 4) 次生火灾过后, 弯曲或扭曲的有搭扣的钢梁。( 5) 出现大裂缝的墙体、屋顶、地板或结构的其他部分。( 6) 非常潮湿的地板 (因消防灭火或天气原因 )。( 7) 过载或年久的建筑, 特别是发生蠕变而下弯的楼板。( 8) 听到建筑物有吱吱声、噼啪声或突然爆裂声等。( a) 北川某砌体结构房屋倒塌当然,这些考虑因素不十分完全, 随着建筑科学的发展,结构类型会越来越多,型式 越来越复杂。
8、受损建筑物潜在的二次倒塌情况相当复杂,对救援行动的危害也最大。因此, 在这些方面应开展更多的研究,并在救援行动开展前、进行中都应给予密切关注。四、废墟现场的搜救11生存空间的确定在搜索阶段, 最有可能找到幸存者的地方是建筑物倒塌过程中因各种原因而形成的空间, 这些空间的大小、在废墟下的埋藏深度和型式可能各不相同。以汶川地震为例,图 1 是几组现场的倒塌废墟。从现场来看, 砌体结构中的墙体或砖柱子地震中易倒塌或严重破坏。由于墙体或砖柱的倒塌, 其上的楼板因缺乏有效支撑而塌落下来。框架结构房屋整体性好于砌体结构,完36地壳构造与地壳应力文集 ( 22) ( b) 北川某框架结构房屋局部倒塌( c)
9、 汉旺镇某砖混建筑局部倒塌图 1 汶川地震现场的倒塌废墟全垮塌的较少,严重破坏主要表现在柱端破坏严重, 层间位移大,节点破坏,填充墙严重 破坏或倒塌。分析这些典型实体建筑的倒塌情况,我们可以大致总结出如下的倒塌模式和 其形成的生存空间:( 1) 由砖或石块垒砌而成的墙体局部塌落。此类型一般塌落物质直接沿墙体一侧近垂 直落下, 并堆积在一起,一般不容易形成生存空间。如图 2所示。( 2) 由砖或石块垒砌而成的墙体大部分坍塌。此类型一般上部墙体物质向里塌落,靠下 的部分墙体物质向外塌落。与 ( 1) 情形类似, 塌落物质很难形成生存空间。如图 3所示。 ( 3) 楼板一端塌落型:当支撑楼板一端的墙
10、体受损而失效或楼板托梁一端断裂时,楼板一端无支撑力而塌落。这种倒塌模式通常形成的生存空间较大。如图 4所示。37 赵国存等: 地震废墟现场的搜索与营救技术探讨图 2 墙体局部塌落) ) 塌落物质沿墙体一侧垂直落下图 3 墙体大部分塌落) ) 塌落物质沿墙体两侧落下( 4) 悬臂梁型: 这种型式的塌落一般发生在楼板的一端由于支撑柱破坏或层间位移较 大而失去支撑,另一端仍旧和墙体连成一体,断裂端处于无支撑状态。这种塌落型式相当危险,也最不稳定。救援时应选择合适位置进行支撑。如图 5所示。 ( 5) V字型塌落: 这种型式的塌落通常是地震力作用于柱或墙体, 使某层承重墙或支撑柱失效,楼板重荷载塌落过
11、程中断裂。如图 6所示。38地壳构造与地壳应力文集 ( 22) 图 4 楼板一端塌落型示意图图 5 悬臂梁型塌落示意图图 6 V 字型塌落示意图39 赵国存等: 地震废墟现场的搜索与营救技术探讨( 3)、 ( 4)、 ( 5) 类型的塌落,对于居住在塌落层上面的幸存者大多情形是摔落在塌 落端附近,而居住在塌落层下面的幸存者则被困于塌落楼板形成的空间内。( 6) 层叠型塌落:由于建筑物整个承重墙或柱子失效,而导致各层地板逐层向下塌落。如图 7所示。幸存者很可能被困于各层之间由家具或办公设备支撑塌下来的地板或屋 顶而形成的空间内。图 7 层叠型塌落示意图21搜索与营救策略在了解现场结构物类型并通过
12、勘测估计其倒塌模式的基础上,研究对倒塌建筑物的系统的有效处理方法可极大地增加搜救幸存者的效率, 并可有效地减少由过多 /意外0 而造成对搜救人员和被压埋人员的伤害。1) 现场搜救工作开展前应至少搜集以下信息( 1) 建筑物用途。( 2) 当时建筑物内的人数。( 3) 被压埋人员的数量和可能的位置。( 4) 现场的危险因素;包括: 有害气体; 可燃、易燃、易爆物质; 高压电缆;主管道爆裂; 建筑物上、下水管道破裂。( 5) 相邻建筑物的稳定性。2) 立即展开对废墟表面受伤人员的救助( 1) 应首先营救废墟表面或埋得较浅的遇难人员。( 2) 主要救援力量应首先救助那些能被看到或被听到声音的遇难人员
13、。( 3) 救援力量也应该设法救助那些即使没被看到或听到, 但其被压埋的确切位置已知 的受困人员。3) 利用搜索设备搜索那些可能有幸存者的地方40地壳构造与地壳应力文集 ( 22) ( 1) 常规的搜索设备包括: 搜救犬; 声波振动生命探测仪; 光学生命探测仪; 热红外生命探测仪; 电磁波生命探测仪。随着科学技术的发展,新的生命探测仪 (如近几年出现的生物雷达和电子鼻等新型搜索设备 ) 不断被研制出来, 大大提高了搜索能力。 ( 2) 下面这些区域应重点搜索: 楼梯下拐角处的空间; 墙角或地下室; 有横竖管道的小开间房间; 没有完全倒塌的楼板下面; 出口被坍塌物堵住的而未受严重破坏的房间;由家
14、具或坚固的机器设备支撑形成的空间。 当然,还有其他一些有利于受害人生还的空间,在救援工作中要注意这方面经验的积累。4) 需要进行破拆或支撑的救援很多情况下, 发现幸存者后, 要救出他们需要对障碍物进行破拆或支撑。但破拆、支 撑时要注意以下事项:( 1) 要避免对建筑墙体的破拆,否则极易破坏残存结构的整体性和稳定性。( 2) 安全的办法是在没有破损的地板开孔, 救援人员从孔中进入,将遇难者从孔中 救出。( 3) 如果必须破拆墙体或切割地板,要首先开一小的观察孔, 以评估在破拆或切割时是否会造成残存结构的不稳定。( 4) 支撑时通常支撑那些弱化的墙体或地板。 ( 5) 支撑的高度要适宜, 不可过高
15、而增加不稳定因素。( 6) 对墙或梁施加不恰当的外力可能会造成二次倒塌。( 7) 支撑垫木要尽可能短。 ( 8) 从事支撑作业的救援人员要有一定经验,或在有经验的救援人员的监督下进行支撑作业。整个搜索救援行动是一个系统工程,灾害废墟现场情况相当复杂。在整个搜索救援过程中,救援人员应时刻贯彻科学救援的理念,努力避免救援操作中的 / 随意性0。因为, 复杂的废墟现场无论对救援人员还是对被压埋人员来说, 都是相当危险的。救援操作如不在科学的指导下进行, 则极易酿成不该出现的惨剧。41 赵国存等: 地震废墟现场的搜索与营救技术探讨五、结 语本文对地震灾害现场搜索与救援的技术问题进行了初步研究,探讨了结
16、构倒塌的一些 基本规律和救援时的基本策略。由于我国现代意义上的城市地震救援起步较晚,目前国内这方面的研究成果并不多见。而有关这方面的研究, 对提高我国的城市地震灾害救援能力来说是必不可少的。 中国地震局震灾应急救援司对本研究工作给予了大力支持,在此表示衷心的感谢。参 考 文 献顾建华、邹其嘉、卢寿德 120031紧急救援有关问题的讨论与思考 1国际地震动态,( 3):17 231王前信 120001工程结构上界地震力理论及其应用 1北京: 地震出版社 1周福霖 119971工程结构减震控制 1北京: 地震出版社 1美国联邦应急管理署 120031For ward Looking Infor mation, 网址 http:/www1 fe ma1gov1Strategies, Techniques of Search and Rescue in EarthquakeRuinsZhao Guocun1W enM ing1Zhang Guohong1SiHongbo2Zhang Ce1
