浅谈地震救援中打通地铁救援通道行动的实施

杨笑舟 李涛 周小龙 沈英杰

摘 要：此外地震对地铁的损害不仅是站体结构的损害，还将对地铁站内的附属设施造成损害，若是不及时实施救援，在第一次地震破坏中活下来的受困者将会在随后而来的余震和次生灾害中失去生命。对于地铁的救援，其救援通道的建立其类似于矿山事故中救援通道的建立，由于其环境的特殊，我们对于地铁站和受困人员需要打两类通道，一种是生命通道，其作用是为受困人员通气、传送水和食物;一类是救援通道，其作用是救出受困人员。

关键词： 浅埋式地铁 地震救援 救援通道 生命通道

1.地震对地铁的破坏

1.1地震危害

地震灾害是指由地震引起的强烈地面振动及伴生的地面裂缝和变形，使各类建（构）筑物倒塌和损坏，设备和设施损坏，交通、通讯中断和其他生命线工程设施等被破坏。地震灾害具有突发性和不可预测性， 破坏性大，成灾广泛，社会影响深远，还产生次生灾害，持续时间比较长。按震级大小可分为七类：超微震（震级小于1级）、弱震（震级小于3级，人们一般不易觉察）、有感地震 （震级大于等于3级、小于4.5级，人们能够感觉到，但一般不会造成破坏）、中强震（震级大于等于4.5级、小于6级，可造成破坏的地震）、强震（震级大于等于6级、小于7级）、大地震（震级大于等于7级）和巨大地震（震级大于等于8级）。震级越大，释放的能量也越大，可能造成的灾害当然也越大。在震级相同的情况下，震源深度越浅，震中烈度越高，破坏也就越重。一些震源深度特别浅的地震，即使震级不太大，也可能造成极其严重的破坏。

1.2地铁结构

（1）地铁车站的深度主要是根据城市的需要来的，城市地铁深度一般分为浅层（0米～-10米）、次浅层（-10米～-30米）、深层（-30米以下）。地铁深度一般为10多米到30米。通常来说地下20米左右的是一个比较合理的数值。从建筑布局的形式可分为浅埋式和深埋式，浅埋式车站埋设和开挖土方较少、技术难度小、出入口通道客流上下高度小。这种车站的地面下没有各种城市管线通过，也不在城市主要道路下，并得到地下铁道线路走向的允许;深埋式车站因受周边环境的影响和线路走向的制约，必须较深地建于地下，随之而来的是深基坑等各项技术难度加大、土方增加和客流上下高度的大大增加。

（2）地铁车站设计从结构的类型可分矩形箱式地下建筑和圆形或椭圆形的隧道式建筑，矩形箱式车站，基本上都是采用地下连续墙后大开挖的现浇钢筋混凝土结构，施工时对周边的环境影响较大，土方量也大，对地面交通影响也大;而圆形或椭圆形的隧道或暗挖车站建筑，基本可采用盾构掘进的方式，土方量减少，同时对周边环境的影响也大大减少。

地铁车站一般由站厅层、站台层及人行通道、地面出入口、风道、地面风亭等使用空间组成。车站使用空间应按运营要求划分功能分区，可分为乘客公共区，设备与管理用房区。

站厅层一般划分为公共区、设备及管理用房区两部分。

站台层一般划分为候车区及部分设备用房区。

地铁车站一般设在线路直线段上，若不牵扯到换乘，地铁站台层本身高度约5米，然后站厅层高度约4米，在其之上还有1.5米厚的水泥板加1.5米的管线预留高度覆土层，最后外面再加盖一个入口。

1.3产生的破坏

对于浅埋类的地铁站，由于大多采用矩形箱式结构和圆形结构列车隧道，加之，加上上层负载较小，覆土相对松散，大多数的损伤会来自四壁和底部，地震波会对站体周围的泥土产生压力挤压，进而造成四壁坍塌而引发顶面垮塌，造成掩埋，但因为各断裂的墙体和顶板会相互碰撞支撑形成一定的空间，上层覆土和填埋物大多能够被支撑住，受困者生还的可能性比较大，尤其是列车中的受困人员，列车的隧道一般会使用盾构进行掘进，形成的横截面呈圆形的隧道，这种结构抗压能力强，有很大机率会在地震中保持完整，此外地铁列车也能够提供一定的支撑空间。

对于深埋类的地铁站，一般会采用大口径钻机掘进至相应位置后进行扩大空间建设成地铁站，地铁站至地面的距离比较深，地铁站以上的负载比较大，有时地铁站上下部位会有其他的市政管线或是其他地铁线路，随时车站自身抗压力比较强但是一旦与其他市政管路和地铁线路因地震的震动发生碰撞那势必会造成结构破损和不完整，受力不均衡，进而使得上层覆土冲破受力薄弱点和站体破口涌入对整个站体进行掩埋。

此外地震对地铁的损害不仅是站体结构的损害，还将对地铁站内的附属设施造成损害，比如相关通风管道坍塌堵塞、设施电路短路断路、消防管路破损，进而造成氧气短缺、火灾、水淹等各类次生灾害。此外由于地震已经对地铁车站的主体结构造成了损害，因损害而产生的一些结构、空间稳固性差，极易在后续的余震中再次坍塌。

总结来说，若是不及时实施救援，在第一次地震破坏中活下来的受困者将会在随后而来的余震和次生灾害中失去生命。

2.打通救援通道

对于地震中的地铁救援，从本质上来说就打通通道救出被困人员的救援行动，由于浅埋车站的地面下没有各种城市管線通过，也不在城市主要道路下，因此在本文中笔者将以浅埋式地铁站（深度在20m）为例进行探讨。

2.1探测建立通道的环境

在一切的地震救援中，探测同样也是至关重要的一步，对于在地震地铁救援中，探测需要分为作业前探测和作业中探测。在作业前探测中，要对受灾的地铁站距地面的距离和地铁站周围有无其他市政管路、地铁线路、地铁出入口通道坍塌情况进行详细探测来确定具体的建设救援通道的位置。结合前文分析来看，要实施地铁地震救援的关键在于打通通道和延续受困人员的被救援时间，即快速打通生命通道和救援通道，而想要快速打通通道就要选择合适的位置，在搞清楚这个问题之前就要首先搞清楚地铁站所处的环境。

地铁站建设（明挖）是在确定位置上首先利用桩体框出车站的主体，而后在这些桩的基础上建设抗土压的墙体，再在这些墙体的基础上进行开挖建设车站主体，最后进行封顶建设，此外封顶后再进行回填土层。两侧抗土压的墙体之间存在着大量的钢结构支撑来保证抗压能力。

地铁车站主体一般是长方体结构，横向跨度大，因此站体内还会建设一定数量的立柱来支撑结构的坚固完整。总结来说地铁站主体是深埋于地下20米左右的一个长方体水泥结构建筑，站体之上的覆土中一般还存在许多用于抗压的横向钢结构支撑柱以及地铁建设相关的附属管道系统。

作业中探测主要探明钻头在向下开挖时地面以下环境和钻头作业情况，以防向下开挖时出现的钻头、钻杆因为土层质量而产生断裂损坏的情况。在作业中若是发生以上两类情况，就要完全停止作业打捞出损坏部件再进行替换，极大地增加了打通通道的时间和整体救援时间，会极大几率提升救援失败的概率。

2.2打通救援通道的工具和机械选择

对于地铁的救援，其救援通道的建立其类似于矿山事故中救援通道的建立，由于其环境的特殊，我们对于地铁站和受困人员需要打两类通道，一种是生命通道，其作用是为受困人员通气、传送水和食物，利用小口径钻机进行打通;一类是救援通道，其作用是救出受困人员，需要利用大口径钻机进行打通。对于小口径的生命通道，我们可以采用水井钻机或是地质钻探机配合稍大的钻头，例如BZC300CHW型钻机，该钻机配备适当的钻具，可在粘土层、砂土层、风化岩、基岩等第四纪地层中钻进，其钻孔深度能够达到300m，钻孔直径能够达到500mm，基岩与地铁站主体水泥外壳近似，完全可以胜任。

对于大口径的救援通道，我需要使用大口径的矿用钻机，在国内外的相似的救援案例中，其钻孔直径均在600mm以上，满足至少一人被从受困地铁站中被提升至地面，比如2002年7月24日美国宾夕法尼亚州奎溪煤矿“7.24”透水事故中最终打通的救援通道直径为610mm，总用时78小时;2010年8月5日智利圣何塞铜矿“8.5”塌方事故中运用澳大利亚Strata950型钻机、美国Schramm T-130重型钻机和加拿大RIG-422石油勘探钻机等最终打通的救援通道直径为700mm，总用时28天;2015年12月25日山东省平邑县万庄石膏矿区“12.25”重大坍塌事故中采用德国宝峨RB-T90大口径钻机、美国雪姆T200XD大口径钻机打通了711mm和565mm直径的救援通道，最快用时20天，其中美国钻孔深度为73m、智利钻孔深度620m、中国山西钻孔深度175m。对于地铁站20m左右的深度，以上所提到的同类型设备完全满足在2-3天的时间中打通救援通道和生命通道。

地铁站在受到地震损害时还存在入口通道并未完全坍塌或是保存较为完好但地铁站本体存在坍塌的情况，在这种情况下笔者认为可以采用便携式破拆工具配合顶撑、支撑技术进行开辟救援通道的作业。在进入地铁站后，还会存在人员被困于倒塌的残骸形成的狭小空间中，有时要救出被困人员就要进入狭小空间，这样就对采用的救援工具的大小提出了要求，在开始救援前，我们就要做好计划，第一确保要能够顺利携带至救援地点，第二能够在狭小空间中作业，第三能够发挥预期的效果。基于以上的要求，我们可以选择手动破拆救援工具组、液压救援组件、电动救援组件、气动救援组件等，这些工具组可以做到破碎、切割和破拆等作用，能够应对地铁站主结构和地铁列车的材料结构。

2.3行动实施

地铁救援的过程复杂、时间长，要顺利完成救援就需要建立两条通道，一是生命通道，二是救援通道，生命通道作用在于获取地铁站情况和人员受困情况，救援通道顾名思义就是由于完成救援的通道，下面笔者就具体流程进行简要阐述。

2.3.1位置选择

结合上文所提及的地铁结构，笔者认为选择打通生命通道的位置不应选择地铁站原本的风道、地面风亭，主要原因在于地铁附属的风道垂直位置远离受困人员通常所存在的站厅层的公共区和站台层的候车区，风道和通风设施通常位于设备区之后，此处除非检修人员进入一般不存在其他人，因此从通风设施内打入生命通道将无法发挥原本的作用，而应选择受困人员大概率集中存在的公共区和候车区的正上方打入。但救援通道则可以通过通风设施打入，救援通道的打通需要下方空间没有人员且没有太多阻碍，而地铁的风道相对其他附属设施来说其周边没有附属支撑设施、相对障碍少，且不会对周边建筑造成损伤，因此可以从通风实施中打入救援通道。此外地铁站的无障碍电梯所处垂直位置一般在公共区即人员较多的位置，因此不管是建立救援通道还是救援通道皆是可以选择的地方。在无障碍电梯位置上进行救援通道或生命通道的建立将会便捷快速很多，大大节省了作业时间。若无障碍电梯的通道在地震中损坏坍塌也可利用这类设施进行生命通道的建立，相较于从其他位置进行作业，这类位置的作业难度还是要低很多。

2.3.2救援实施

（1）建立生命通道

建立生命通道将是为被困人员延长生存时间的一个必要手段，救援人员可以通过生命通道向被困人员提供新鲜空气、输送食物和必要药品、了解被困人员所处环境和身体情况等。

建立生命通道采用小口徑的钻机，进行作业时要将钻机平稳水平地架设，确保稳固，在进行向下钻进时要定时对钻头进行检查，以防钻头断在生命通道中。钻进过程不可操之过急，以防通道打歪，受力不均，此外若是在救援作业中发生余震则因立即停止作业，断开钻杆，以防机械损坏。

（2）救援通道建立

救援通道将要承担将受困人员将地铁站救援至地面地任务，需要保证通道坚固，且能够一次将至少1-2人送至地面，同时还要能够将中型的救援设备送至地下，最重要的是能够在通道发生损坏时拥有快速逃生的设计。

在建立救援通道时，第一要评估地铁原本的进出口通道受否受损严重，能否承担救援任务，或是通过支撑加固也能够继续承担救援任务，若是符合要求，则应直接利用原有地铁的出入口通道作为救援通道。

若是通道能发生部分坍塌但总体结构完好，则应该利用利用钻机在原本的地铁出入口通道中重新开出通道，并及时对通道进行加固，确保坍塌部分不会再次坍塌。

當以上两种情况都行不通时，我就需要根据受困人员位置、地铁站周围管线情况，周围建筑物情况，利用大型钻机进行垂直掘进建立垂直救援通道，在掘进开始前要利用小直径的钻头钻一条引导通道，一是确认位置选取是否合理，土层能否承受作业，二是保证在掘进救援通道时不会出现偏离起定位作用。采用这种方法开辟出的垂直救援通道是最直接、简洁的方法，但在建立过程中要时刻观察钻头和通道情况，以防发生钻头损坏和通道坍塌造成作业停滞和失败。

此外垂直建立救援通道是在无其他适合的位置的情况下最快速的方式，在上文中笔者对国内外的几次类似的救援案例分析，结合浅埋式地铁站的作业环境、选择救援的设备来看预计在2-3天中基本能够完全建立救援通道完成救援。

（3）通道加固

救援通道和生命通道为保证整体的结构完整坚固，一般要进行通道加固，以防作业时发生坍塌。加固方法通常利用额外支撑结构进行加固，即利用各种支撑材料对通道结构进行加强，但同时加固不能影响到通道原本的功能使用，结合这些要求和限制，对于救援通道的加固一般会采用类似水泥灌注的钢筋结构来进行加固，可在地面进行分段的组装再装入通道后进行组装加固;若是救援通道是利用原有地铁出入通道作为救援通道，则要结合对于通道的结构损坏点和薄弱点进行加强加固，采用的是支撑加固。对于生命通道，其比较狭小又大多会采用地铁原有的一些通风设施故结构强度一般没有问题，因此可不进行结构的加强。

（4）建立救援索道

在救援通道建立后，要快速转移、救出受困人员和伤员以防止余震对救援通道造成毁坏使得受困人员被挤压在救援通道中。针对此类问题，救援的索道系统要能够满足两个功能，一是要能够快速将受困人员和受伤人员迅速带至地面，二是在通道受到毁坏坍塌时能够迅速将人员送回地铁站或加速抬升至地面，确保离开坍塌的通道。此外还应该对索道系统设置备份系统，以防输送过程发生主系统发生损坏，以及在转运大量人员时能够与主系统一同提供上升力，三是动力、能源的提供应当尽量由地面提供，毕竟地铁站就算恢复能源的恢复还是会因为结构损毁和余震的情况而造成供应中断，这对于转运受困人员的索道系统来说是极其致命和不可靠的。四是救援索道的承载量必须在规定的最大量一下，确保在紧急状态能够有较大的冗余，其次是救援索道系统是临时建立的设施，各项性能不明确，所以运载必须在极限状态以下进行，确保安全无意外情况发生。

（5）受困人员撤出

对于受困人员撤出要遵循首先让可行动的、不影响行动的受困人员进行撤出，每次撤出人员人数要结合救援索道系统的载重，若是救援通道就是沿用地铁站的原本出入通道，那受困人员可在救援人员的指引协调下自行撤出;受到重伤的受困人员则在条件允许的情况下要先通过医护人员的前期救护再在救援人员的陪护下进行撤离，当受重伤的受困人员在简单的救护完成后应及时撤出至地面接受专业医治，务必争分夺秒，各环节衔接紧密顺畅。医护人员在接到救援人员无法处置的情况寻求帮助时及时进入也可在救援通道打通时就及时跟随救援人员进入地铁站，急救医疗设备要在救援通道打通时就跟随救援人员进入地铁站。

3.辅助行动

3.1进入地铁站后的探查行动

进入地铁站后第一要根据之前受困人员传回的信息再对地铁站整体进行一遍检查和分析，确认地铁站的损毁情况和结构薄弱点，以及对地铁站的电力设施进行检查和维修，尽可能使地铁站能够恢复电力以恢复部分设施的使用，比如照明、换气和列车等的功能正常，第二要根据分析对部分主结构薄弱点和损毁点进行加固、支撑，确保其能够在余震中结构相对完整、减少主结构损坏的产生，第三针对地铁站内出现的影响救援的坍塌、倒塌的结构设施进行破拆，在进行破拆前要对目标进行分析和评估，确认其破拆后是否会产生二次损毁、坍塌和后面是否有受困人员及受困人员所处空间大小确保不伤及受困人员，第四要指定部分救援人员对之前发现的地铁站结构薄弱点、损毁点进行巡查检查，确保一旦出现损坏、坍塌或损坏、坍塌的增大及时做出预警和对其进行前期应急的支撑加固以支撑到后续增援到来或是人员避险撤离完毕。

3.2通信建立

信息的获取将是救援是否成功的必要因素，信息的获取关键在于通信是否能够通联和畅通。地铁站与地面的联络为保证实时畅通应当采用有限通信的方式，在救援人员还未进入，但生命通道已经打通的情况时，笔者认为此时就可通过生命通道向地铁站内布设通信线路，首先获取地铁站内的受困人员分布、身体状况以及地铁站结构和设施的受损情况。有线通信虽然可靠有效，但是碍于地铁站的受灾情况以及其不可大范围、无限制移动，因此救援人员在进入地铁站后为保证救援行动开展的便利，应当在地铁站中使用移动通信设备，若要随时与地面上人员进行通讯则应该在固定通信终端加装无线接收机使救援人员的无线通信与连通地面的固定通信线能够相互串联通信。

4.未来展望

对于地铁地震救援的关键就在于救援通道的打通和站体结构的临时加固，而打通救援通道的关键在于前期对于地铁站、土层进行探测来获取关键信息，然后根据这些信息来保证救援通道的顺利打通，但这种探测不是实时的或无法与通道打通同步进行，这有时就会在向下掘进过程中遇到突发情况，造成了作业停止影响了效率，对于这种情况，我们就应当在打通救援通道的钻机周围设置探测器或在掘进钻头上设置探测器实时对作业过程中对钻机、土层情况进行实时监测并生成三维模型。

此外对于开辟通道的机械笔者认为可以将其进行集成化至一台履带式载具上，并配备相应的探测设备，如此可将需要现场建设的钻探站改变为可以随时灵活调整位置的移动钻探站，一旦探测完成确定好位置就可立即作业。

为应对地震灾害，地铁可对无障碍电梯、风道、风亭以及各个出入口进行加固建设以保证能够承受地震的破坏以方便救援。

总结来说，地铁地震救援不仅要加强救援方法、技术的探索还需要加强对地铁建设的探索。

参考文献

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