锚点系统建立关键技术与应用研究

张 伟

(武警学院 消防指挥系，河北 廊坊 065000)



锚点系统建立关键技术与应用研究

张 伟

(武警学院 消防指挥系，河北 廊坊 065000)

建立锚点系统是绳索救援中的一项重要技术，是救援成功与否的关键环节。通过研究与实践，将锚点系统进行分类，详述其建立应遵循的原则，对其影响因素进行了数据分析，提出了锚点建立的几种新方法，对其中的关键技术进行深入阐述，详细说明其适用条件、应用的场合与技术要求，构建更为科学、安全、高效的锚点建立技术方法体系。

应急救援；锚点建立；关键技术

锚点是用绳索、扁带或其他装备系紧或缠绕在牢固物体上，以此点作为操作的固定点进行吊升、下降及救援系统的建立。锚点系统建立的正确与否对保障消防员的生命安全，顺利完成救援任务具有重要意义[1]。为此，开展此方面的研究是适应消防部队实战化训练的需要，为广大消防官兵在救援、训练中提供技术支持和行动指南。

1 锚点的分类

1.1 自然物

自然物是比较理想的锚点，在救援过程中比较容易找到，如树木、岩石随处可见，很方便消防员使用，自然锚点在水域和山岳救援中应用广泛[2]。使用大树和灌木丛制作锚点时，通常会选择多个锚点，以保证承载力足够大，直径10 cm的树承受的拉力大概为1.2 kN。

1.2 建筑物

在城市救援时，建筑物随处可见，如楼房、桥梁、塔和管道等建筑物十分牢固，制作锚点时比较方便，是比较理想的锚点选择。此类锚点特别适合楼层救援、高空救援和消防员紧急逃生时使用。

1.3 车辆

车辆常在路边或周围没有可以使用的物体时当作锚点来使用，特别是在使用绞盘或缆绳时，建立时一定要对缠绕车辆的绳索进行保护，一辆吉普车最多能够承受六个人的重量。在制作车辆锚点时尽可能捆绑稳固部位，或是几辆车同时使用，以增加锚点的安全性。如果在路上利用车辆建立锚点，可以将另一辆车开到作业绳索的另一侧路下来保护路上的车辆，从而使主锚点车辆更加平稳和牢固。

1.4 钢钎

在某些特殊的情况下，事故现场没有可利用的自然物、建筑物，车辆又无法到达事故现场，利用钢钎自制锚点是较为理想的选择[3]。此方法非常实用，制作简单，通过将钢钎与地面呈一定角度凿入地下，根据需要可以使用多个钢钎在受力的同一直线上，每个钢钎之间要用绳索连接，增加尖桩的承受能力，起到稳固的作用。此方法主要用于能够在地面打钢钎并且比较牢固的情况下使用，在沙土地或坚硬的岩石上则不宜采用。

1.5 人体

在上述情况都无法实现的情况下，被困人员急需救出时，可以考虑用救助人的身体作为锚点来进行救援，这就要求救助人员要用腰部保护的方法，并采取低姿，作业时要时刻注意保护者的动态，必要时用多人保护且作业时间不要过长。

2 锚点建立的原则

2.1 牢固

在救援中制作锚点最重要的原则是保证它的牢固性，要对固定点的承受力、稳定程度进行评估和测试，要求所选取的固定点足够牢固且不能移动，要求其承载力要远远大于救援中产生的最大负载，以保证救援的绝对安全[4]。在选择锚点时，通过观察、触摸其有无破损的迹象来判断其稳定程度，条件允许尽量使用动态多锚点系统，每个锚点受力远小于单锚点系统，还能起到备份的作用。

2.2 安全

建立锚点系统时要充分考虑其安全性，在利用自然物、建筑物制作锚点时，观察其周围有没有磨损绳索的尖角，表面是否光滑。有些老旧楼房中的管道设施、浇筑的墙体和岩石在绳索受力时会对绳索产生切割力，使用时一定要对其进行必要的保护和处理。在制作锚点系统时绳索与固定物接触或摩擦要放上垫布、护套或护板，这样能够有效保证绳索在受力过程中的安全[5]。制作锚点时绳结的选择同样重要，要尽量选择对绳索强度损失少的结扣。

2.3 方便作业

建立锚点系统时要方便人员和器材的进出，所以在救援行动前要对建立位置进行合理的估算，确保其在救援过程中能够顺利将被困者安全救出。在进行高空和竖井救援时，如果没有充分考虑到锚点的架设高度，就会造成救援人员和担架在提升的过程中无法到达地面，导致救援失败[6]。在救援中可选择的锚点很多，但找到位置合适的锚点并不容易，有时需要救援人员自制锚点或对现有锚点进行改造、偏移，以保证适合救援需要。

3 锚点建立的关键因素

3.1 锚点角度与承重关系

建立锚点时要考虑角度对锚点受力的影响，角度越大，各锚点所承受的力量越大，如图1所示。所以锚点之间形成的角度尽量要小，最好不要超过90°为宜。锚点选好后，可通过调节绳索长度来改变其夹角的大小[7]。

3.2 锚点系统长度与坠落的关系

在制作动态分力锚点时，为防止其中某个锚点脱落，绳索系统被拉长，瞬间坠落对救援人员和被困者带来巨大的冲击力，通常要求锚点系统的两侧扁带(绳索)要尽量做短。

图1 角度与承重关系

坠落冲击力公式:

(1)

式中，M为物体质量；G为重力加速度；k是绳索系数；f为坠落系数。坠落系数是物体坠落时受到的强度,计算公式：

(2)

式中，H为坠落高度,即物体竖直方向的下落距离；L是有效绳长，为吸收冲击所用到的绳长，或者是连接重物与固定点的绳长。

人瞬间能承受的最大冲击力为12 kN，坠落系数越大，人体受到的坠落冲击力越大越危险。因此，为了减小坠落的冲击力，要尽量减少坠落高度，在制作锚点系统时要求每段绳长不应大于12 in，以免发生危险[8]。

4 锚点系统建立关键技术

4.1 单个锚点

单个锚点是指利用绳索或扁带在一个固定点上制作锚点，这种方法相对简单、制作快捷，但对锚点的强度要求较高，一旦锚点脱落，整个救援系统将失去作用，因此，条件允许的情况下应尽量采用多锚点系统。

4.1.1 利用扁带制作单个锚点

扁带是空心或实心的呈扁平状的管状织物，扁带的材质与绳索相同，凡是能够制成绳索的材料都可以制成扁带，按照形状可分为实心扁带和筒带两种。同样材料的扁带宽度不变，它的强度直接和它的厚度有关，消防绳索救援一般用1 in的实心扁带，承载力为26 kN，因为它比筒带更结实，而且更耐磨损，并且受切割的影响很小，使用时更加安全。利用扁带制作锚点十分方便，将其按照不同的方式缠绕在固定物上，用于承担救援中的负载。扁带通常用水结进行连接，当受力后夹角为90°时，通过实验室测试其最大承载力。

4.1.1.1 单圈。将扁带绕固定物一圈，用水结进行连接。此种方法操作简单，在制作时要注意水结要放在扁带圈的两侧，不要放在受力点位置，最大承载力为27.27 kN，如图2-1所示。

4.1.1.2 绕二拉一。将扁带平行缠绕固定物两圈，用水结进行连接，拉出没有结扣的扁带圈，将有结扣的扁带圈放于内侧拉近固定物。此种方法的优点是锚点受力后，内侧扁带圈拉紧固定物，扁带更加稳定不能移动，最大承载力为36.02 kN，如图2-2所示。同样的方法也可以绕固定物三圈拉出两圈，最大承载力为46.74 kN，如图2-3所示。

4.1.1.3 冗余双圈。将扁带制成双股，绕过固定物，在受力点一侧用水结连接。此种方法要求对折的扁带长度相同，两根扁带同时受力，最大承载力为47.98 kN，如图2-4所示。按照绕二拉一的方法可以制作冗余绕二拉一，强度为50.97 kN，如图2-5所示。制作冗余双圈或冗余绕二拉一适合负载较大的现场，能够确保锚点的绝对安全。

4.1.1.4 项结。将扁带用水结制成绳圈，绕过障碍物，将一端穿过另一端，形成项结，最大承载力为39.04 kN，如图2-6所示。采用这样方法制作锚点十分快捷方便，适合紧急救助的现场。

图2 简单锚点示意图

4.1.2 利用绳索制作单个锚点

目前，消防救援使用的绳索主要是由尼龙作芯，聚酯作护套的夹心绳，直径在25～125 mm。尼龙芯具有较强的抗拉强度，用于承担负载，聚酯具有良好的抗摩、抗油、抗酸碱作用，能够有效保护绳芯。

利用长绳制作锚点的方法比较简单，将绳索的一端在固定物上缠绕五圈以上，在绳头位置制作“8”字结并连接安全钩，将安全钩挂于受力绳上即可，如图3-1所示。如果绳索表面比较光滑，为了增加其稳定性，可以将缠绕固定物的绳索在主绳上制作单结，绕固定物后将安全钩挂于主绳上，如图3-2所示。利用这两种方法制作的锚点，当绳索受力时五股绳圈同时收紧承担全部负荷，绳索末端的“8”字结和安全钩并不受力。这样避免了制作绳结而造成绳索强度的损失，能够发挥绳索的最大强度。

图3 绳索制作锚点示意图

4.2 分力锚点

如果在救援现场无法找到足够结实的单个固定点，那么可以将多个固定点连接起来共同承担负载，以减小每个锚点的受力，增加救援的安全性。

4.2.1 两点分力锚点

寻找两个固定点作为锚点，利用两根扁带分别连接在两个固定点上并钩挂安全钩，将扁带用水结制作成闭合扁带圈，分别钩挂在两端固定点的安全钩上，中间位置形成交叉钩挂负重的安全钩上，整个系统即为两点动态分力锚点，如图4-1所示。两点动态分力锚点能够将负载受力平均分配给两个锚点，降低了每个锚点的受力，提高了系统的安全性，要好于两点静态分力锚点，如图4-2所示。另一方面，由于扁带圈交叉挂安全钩，其中一个锚点脱落了，另一个锚点能够迅速拉紧负载，起到了备份的作用。但制作时尽量保持夹角小于90°，因为角度越大两个锚点受力就会越大，两端扁带长度尽量不要超过12 in，如果一端锚点出现脱落，负载坠落的高度不会过大而发生危险。

4.2.2 三点分力锚点

三点分力锚点是指在事故现场寻找三个固定点，利用扁带、安全钩制作成锚点系统，可以分为动态和静态两种。三点动态分力锚点是利用一根扁带(小绳)分别穿过三个锚点，用安全钩钩挂在锚分配器的大孔上，锚分配器的小孔用于钩挂负载。动态锚点由于使用一根扁带连接三个固定点，故能将负载平均分配到三个固定点上，每个固定点受力会远远小于系统负载，其中一个固定点脱落后，系统会将负载平均动态分配到另两个固定点上，这种制作锚点的方法更加科学和安全。为了保证每个锚点受力较小，在选择固定点位置时，要求两端固定点的角度小于90°；为了避免固定点脱落后坠落距离过大对身体造成伤害，要求锚点系统的每条扁带的长度小于12 in，如图5-1所示。多点静态锚点是将每个固定点利用一根扁带(小绳)连接锚分配器，如图5-2所示。静态锚点由于使用多根扁带分别连接在固定点上，故不能保证每个固定点受力均匀，但如果出现锚点脱落，其他锚点会迅速拉紧负载，不会出现瞬间坠落，更好地保证人员的生命安全。两种方法各有优缺点和不同的适用条件，要根据现场的情况进行选择和使用。

图4 两点分力锚点示意图

图5 三点分力锚点示意图

4.2.3 单绳三点动态分力锚点系统

用救援绳索制作双圈“8”字结，形成大小不同的两个绳圈，上侧用安全钩连接锚点和三个绳耳，下侧用两个安全钩连接小绳圈，形成分力性锚点，可作为上升和下降的救援绳使用。两侧锚点形成的角度要小于90°，扁带长度要小于12 in，如图6所示。

图6 单绳三点动态分力锚点示意图

4.3 钢钎锚点

钢钎的尺寸通常为直径25 mm，长914 mm，一头方一头尖的轧制钢条，钢钎在使用时应该将三分之二凿入地面，逆向载重倾斜，与垂直方向成15°夹角，如图7-1所示，且在使用钢钎时要将固定点设立在钢钎与地面的接触部位。当单个钢钎所承受的重量不能完成救援任务时，要设立多个尖桩联合使用，这样增加锚点的牢固性，以保证安全。根据钢钎所承受的重量及多个钢钎联合使用时的承重能力，可以将钢钎按照以下几种形式来应用，如图7所示。使用钢钎锚点时要充分考虑当地的土壤条件，在黏土与砂砾混合物中是最大承重的90%，河泥与沙土中只有50%。对于钢钎的使用，根据其不同的组合形式，其承重指数不同，具体承重如表1所示。

图7 不同组合形式钢钎锚点示意图

5 锚点系统的保护

5.1 前保护

前保护锚点是指在主锚点前侧制作保护锚点，将主锚点和保护锚点拉紧成为系统，主锚点受力时，保护锚点也同时受力共同承担负载，用来增强主锚点的强度，这种方法适用于在主锚点前方比较容易制作锚点的场合。用绳索在主锚点上制作“8”字结钩挂安全钩，在绳索中间位置制作蝴蝶结形成绳圈承担救援负载，将延长的绳索绕保护锚点制作3∶1的机械省力系统并拉紧，使主锚点和保护锚点成为一体，如图8所示。

图8 前保护锚点示意图

5.2 后保护

后保护锚点是指在主锚点的后侧建立锚点保护系统，用于保护前锚点，增加系统的稳定性，提高承载能力，通常用于主锚点不是很牢固的情况。将扁带交叉穿过主锚点的扁带圈用水结进行连接，在主锚点和后保护锚点之间建立3∶1省力系统，将两个锚点尽量拉紧，使两者共同承担救援中的负载，如图9所示。后锚点能够对前锚点起到很好的保护作用，主锚点一旦出现问题，后方保护锚点能够迅速拉紧主锚点，起到备份的作用。

6 结论

图9 后保护锚点示意图

通过对绳索救援锚点系统建立的研究与实践，对其中的关键技术进行了深入阐述，提出了基于安全理念和科学化的锚点建立新方法。此类方法安全系数高，操作简单，实用性强，建立的系统能够快速完成救援任务，更好地保障救援人员和被救者的生命安全。

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(责任编辑 陈 华)

Key Technologies in Setting up Anchor Systems and Their Application

ZHANG Wei

(DepartmentofFireCommanding,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

Setting up anchor systems is an important technology of rope rescue, which is a key link in the process of successful rescues. Based on research and practice, this paper categorizes different anchor systems, elaborates the principles in setting up anchor systems, conducts a data analysis on influential factors, puts forward several new methods to set up anchor systems, expounds the key technologies involved, and their applicable conditions, applications and technical requirements in detail, so as to build a more scientific, safe, efficient, anchor technique system.

emergency rescue; setting up anchor; key technology

2017-01-03

武警学院2016年度中青年教师科研创新计划课题“基于情景的绳索救助技术及训练模式研究”(KYCX201627)

张伟(1983— )，男，黑龙江哈尔滨人，讲师。

X921;TU998.1

A

1008-2077(2017)06-0040-05