沟槽事故原因分析及救援处置程序研究

侯硕

0 前言

随着我国经济社会的快速发展和城市化进程的不断加快，各种工程和基建项目日益增多，如排水、供电、供气等市政管道工程和建筑类地下施工项目等。各类沟槽坍塌事故发生的频率也直线上升，主要存在塌陷埋压、坠物砸伤、渗水溺亡等风险因素，极易造成伤亡事故。

2018 年12 月6 日11 时10 分，河南省周口市郸城县一排污渠在清淤时发生坍塌，2 名施工人员被埋，当地消防部门到场后将2 名被困人员成功救出；3 名消防队员在从坑道底部撤出时，周边土方突然坍塌，造成消防队员被埋压，救出送医后，1 名消防员牺牲，2 名消防员受伤。2021 年11 月12 日18 时40 分，河北张家口市蔚县宋家庄镇大固城村至上苏庄村道路施工过程中，发生土方坍塌事故，1 名施工人员被埋压。18 时45 分，沟槽南侧突然发生二次坍塌，将正在施救的另外4 名施工人员掩埋。19 时10 分蔚县消防救援大队21 名队员到达现场进行施救，19 时38 分先后将被困人员救出，立即送往蔚县人民医院救治，4 人抢救无效死亡；1 人无生命危险。

通过以上事故案例可知，沟槽坍塌事故是土木工程领域极易造成人员伤亡的一种事故类型，且发生事故的原因都极其相似，思想认识上的麻痹大意是导致沟槽坍塌事故的根本原因[1]。

对于消防救援队伍而言，沟槽事故救援是消防救援中挑战性极强的一类特种事故救援，属于受限空间救援的一种类型(图1）[1]；具有隐蔽性强、能见度低、送风供氧难、防水排水难、作业空间受限和救援困难的特点。目前，国内多数基层消防队站对于沟槽救援中所应用的专业装备配备不足，且对于支护救援技术的掌握相对落后，这也随之衍生出许多实战救援中不可避免的风险难题。

图1 沟槽示意图

结合消防救援在我国的实际现状，对土方工程的施工特点以及造成土坡塌陷的原因进行研究与分析，并阐述沟槽救援行动中的相关原则以及在实际运用中的程序方法，旨在为消防救援队伍参与各类沟槽救援事故行动提供参考。

1 沟槽事故原因分析

影响沟槽稳定性失衡从而引发坍塌事故发生的因素有很多，如土坡受到的荷载力发生变化、土体含水量的改变、重型工程设备产生的振动等。而在国内各类土方工程项目施工现场，因设计或施工不当而导致土坡失去稳定性的情况仍然比较常见。经过研究对比，近些年来发生的沟槽事故案例中，现场周边未经挖掘的土壤在静态时都是相对稳定的，几乎所有的事故都是由于沟槽开掘后导致土壤失去稳定性而发生坍塌造成的。1776 年法国科学家库伦（C.A.Coulomb）根据砂土试验，总结了土的破坏现象和影响因素，并提出了造成土壤稳定性失衡的最主要原因是土壤发生了剪切破坏力导致的，当土体内某个滑动面上的剪应力达到了土的抗剪强度[2]，便会使其稳定状态失衡，土体就会遭到破坏，严重时将产生滑坡与坍塌。

因此影响沟槽坍塌、滑动失稳的原因主要有两个：一是外界荷载作用或土坡环境变化等导致土体内部剪应力加大，例如路堑或基坑的开掘；沟槽施工中上部填土荷载重量的增加；沟槽深度的增加；降雨导致土体饱和和增加重度；土体内部的渗透力、坡顶荷载过量；车辆行驶、重型工程设备未关闭引起的振动等。

二是各种因素影响导致土体的抗剪强度降低，促使土坡失稳破坏，例如孔隙水应力的升高；气候变化产生的干裂、冻融；黏土夹层雨水侵入而软化；黏性土蠕变导致的土体强度降低[3]；土体受力历史，包括暴露在外的管道设备周围的土壤和填装土壤；时间因素，比如剪应力作用时间越长，土的抗剪强度越低等。

研究证明，各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的，已开掘的沟槽，其土体的密实度、含水量均会发生变化，都会导致其稳定性降低。

因此，救援人员在执行沟槽救援任务时，应将所有开掘过的沟槽均视为不稳定的，要尽量避免不必要的振动、荷载产生。如沟槽内留有积水时，防排水措施也要及时介入，并根据不同的现场环境、不同的沟槽深度，采取不同形式的支护措施。

2 放坡系数的概念及应用

在人工沟槽及基坑开掘施工过程中，如果土层深度较深，土质较差，为了有效防止土坡坍塌和确保工作人员安全，需要将沟槽或基坑边壁修整成一定的倾斜坡度，使其符合相应的施工标准，称之为放坡系数（图2）。

图2 放坡系数

沟槽边坡坡度以挖沟槽或坑基的深度“H”与边坡宽度“B”之比表示，即：土方边坡坡度（1：m）＝H/B,通常以“%”表示，式中m=B/H 被称为放坡系数。其中B 指土壁边坡厚度的底宽；H 为高度。关于起始放坡位置，各地的规定也有所不同，放坡的坡度大小一般由施工组织设计文件规定，当施工方没有相关规定时，应按土壤类别挖方实际深度执行工程量计算规则来实施（表1）。

表1 土壤类别-放坡系数的规定-放坡高度、比例确认表

例如：一、二类土壤在挖掘深度超过1.2 米时就需要做放坡，如果是人工挖土的话，其放坡系数为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，则边坡宽度B为2米。

在常见救援事故案例中，例如农村灌溉井的救援现场，经常会使用此类放坡降险的救援方法开展救援行动，对灌溉井边缘的土体进行开掘，形成坡面或台阶，是减小塌陷危害的一种防护措施。

对于救援人员需要注意的一点在于，放坡降险的救援方式适用于较为开阔的救援现场，救援耗时较长，程序相对复杂，且对受困人员会产生一定的风险。

3 沟槽救援的处置程序

在土方坍塌事故中，消防救援人员抵达现场后，指挥员应遵循沟槽救援的基本运作程序，根据现场的具体情况对现场环境进行快速评估、做好任务分工，正确选择救援展开的形式，迅速投入现场救援工作中。

沟槽救援行动开展的过程可以划分为四个阶段：

3.1 第一阶段：现场评估

3.1.1 主要评估

3.1.1.1 安全检查

救援人员到达救援现场后，应对所有进入现场进行初期勘察、作业的人员进行安全检查并做好信息登记，确认进入危险区域救援人员的个人防护装备佩戴齐全。

3.1.1.2 危险识别

进入作业区域后，应尽快对现场环境存在的风险隐患进行全面评估，其中包括：沟槽顶部是否堆放较多的弃土堆；沟槽的深度是否超过1.5m；救援现场周边的重型机械设备是否关闭；沟槽边缘是否存在张力裂纹和裂缝；沟槽内有无暴露在外的公共设备管道；沟槽内的管道设备是否存在有毒有害气体；沟槽内是否存有积水等。

3.1.1.3 确认受害者的位置、数量及身体状况

寻找并询问现场的施工单位负责人或报警人，了解掌握沟槽内被困人员的位置、人数、埋压时间等信息，并迅速对被困人员做出大致的伤情评估。

3.1.2 次要评估

通过外部观察和询问工程技术人员，核实沟槽是否发生坍塌；通过初期侦查反馈的信息，判断救援现场是否需要通风和排水设备的介入，以及是否需要支撑稳固装置的介入。

3.2 第二阶段：进入沟槽内实施救援行动前的准备工作

3.2.1 设置警戒区域

当救援人员对现场进行评估后，应根据现场周围环境情况设置警戒区域，并对人群、交通、重型工程设备实施管控措施，劝离围观群众和工地工人，禁止无关人员靠近作业区。

通过问询现场工作人员，第一时间了解情况，关闭施工现场的所有重型工程设备，并对警戒区域周边临近道路实施交通管制，避免车辆行驶和重型工程设备引起任何的振动或荷载产生。

根据救援现场的实际需要应划定3 级警戒区域，分别为热区、暖区、冷区（图3）。

图3 救援现场示意图

热区是救援人员实施救援行动的主要区域，其警戒距离为沟槽事故边缘15m 以内的区域范围。消防救援人员在该区域内开展救助行动时一定要小心谨慎，并且应具备高级别的沟槽救援技术，需要完成的救援功能包括清理沟槽周围的松土堆，并对救援现场开展侦检、通风、排水、支撑、拯救等一系列救援行动。

暖区是在救助行动中用于供轮流替换下来的消防员休息和存放沟槽事故救援需要用的各类装备的区域，其警戒距离为沟槽事故中心区域边缘45m 以内的区域范围。该区域是为救援人员提供保障服务的人员活动区域。

冷区是所有与救援工作无关的人员应保持的警戒距离范围，其警戒距离为沟槽事故中心区域边缘90m 以内的区域范围[4]，该区域应设置警戒线，防止不必要的围观群众进入以影响沟槽事故救援工作。

3.2.2 确保救援区域安全

在进入现场作业时，消防救援人员应该提高警惕，持续对沟槽内部进行空气监测，特别是已挖掘公共电气管道口的周边区域，如果发现有毒有害气体，要及时进行空气通风置换。

沟槽内如有积水，应保证救援人员进入沟槽前或至少在设置支撑保护设备的过程中将沟槽内的积水排出、清除，避免沟槽内含水量变化造成其稳定性失衡。

3.3 第三阶段：救援行动展开

在救援处置程序过程中为了确保受困者的安全，所使用的支撑程序与沟槽开掘工程施工时所使用的支撑方式截然不同，救援人员必须按照相关标准要求的处置程序开展救援行动。

救援行动组开展支护作业的程序顺序为：地面垫→安装跨桥与爬梯→预制挡土板+立杆→支撑杆→回填。

3.3.1 确保沟槽边缘安全

3.3.1.1 接近被困者——地面垫铺设

一是救援人员应将沟槽较窄的拐角处的位置作为出入口。

因为窄沟槽的拐角处是最稳定的，在弃土堆一侧的沟槽边缘铺设地面垫（图4），将自身的重量分散在沟槽边缘的地面上，并清理不稳定区域两侧的边缘土壤，将土壤向远离沟槽的方向移动，确保经过清理后的弃土堆边缘与地面垫保持一定的距离。重复上述操作，直至沟槽边缘弃土堆清理完毕，继续沿着地面垫从靠近被困者最近的一端接近被困人员，确认被困人员体位状态，并对其伤情进行初期评估，比如是否需要包扎处理、是否被坍塌掩埋等。

图4 地面垫设置

二是评估沟槽的倒塌类型和二次坍塌的可能性。

特别需要注意的是，已经发生塌方表明沟槽的土壤极其不稳定，救援人员进入沟槽边缘区域清理弃土堆时一定要特别小心谨慎，并应在接近被困人员的过程中仔细检查沟槽边缘区域是否产生细长的微细裂纹和比较大的裂痕。如果有这种情况则说明沟槽土坡边缘的稳定性已经失衡。在铺设地面垫时，不要将地面垫覆盖在裂纹和裂缝的区域，避免该区域承受荷载，导致二次坍塌（图5）。

图5 地面垫设置（避开裂缝区域）

3.3.1.2 悬垂状塌陷——设置跨桥

坍塌现场可能会留下极度不稳定的悬垂状土壤，这种情况沟槽边缘表面上的土壤并未完全塌陷，但从表面观察会发现有明显的裂纹、裂痕产生，其实该区域垂直范围内下方的土壤已经发生了塌陷（图6）。遇到此类情况，救援人员应将该区域作为优先进行稳固支撑的部分，即使有地面垫可以分散沟槽边缘救援人员的荷载，也不能对其进行有效的保护，在这种情况下应设置边缘跨桥。

图6 悬垂状塌陷

使用方木制作的大梁横置于沟槽边缘两侧的地面垫上，通过设置好的叠架大梁可以便于观察边缘裂纹情况和被困者的位置（图7）。并在两个大梁之间放置1 个单杠梯的顶部梯子，上面可以设置一个2cm×10cm（厚2cm、宽10cm、长度自定义）的木板作为支撑基础板，救援人员可以从平台上对不稳定的区域进行搜救。

图7 大梁（方木）

3.3.2 确保沟槽内部安全

3.3.2.1 确保现场救援安全

救援人员在沟槽顶部边缘地面垫上对沟槽进行初步测量，评估支撑需求；同时,救援小组其他成员可以开始在沟槽边缘两侧放置地面垫，以便分散救援人员在此处工作的重量[4]。

3.3.2.2 建立紧急救助通道

沟槽四周边缘地面垫设置完毕后，救援人员在沟槽顶部边缘地面垫上可以对沟槽再次进行测量，使评估支撑需求更加准确；并且对沟槽内部进行不间断的空气监测，必要时利用送风设备提供通风置换空气的支持；同时，将消防梯从接近被困人员较近的位置放入[4]，并确保该位置沟槽边缘相对完整。

3.3.2.3 非进入式救援方案

一旦联系到有意识的被困人员且未被掩埋，就不要中断联系，并优先采取非进入式救援方案，来降低消防人员救援的风险。

如沟槽内被困人员没有被砂土掩埋且具备行动能力，要鼓励并帮助其通过梯子离开沟槽；也可以放置更多的梯子，让沟槽内被困人员紧急撤离[1]。

如果被困人员受伤了，无法爬出沟槽，则可以借助绳索与简易救生吊带，通过消防救援人员指导被困者穿着固定，然后通过绳索拖拽将其通过梯子拉回至安全区域。

需要注意的是，此时救助人员不能进入沟槽内部，超过1.5m 深的沟槽，在没有支撑防护设备的时候，绝对不能进入沟槽内部。

3.3.2.4 进入式救援方案

如果被困人员身体已被土壤掩埋，消防人员应考虑进入式救援方案。进入式救援需要采取相应的支护措施，为消防人员创建一个安全的工作区域，并保护被困人员免受二次沟槽坍塌的伤害。

需要注意在沟槽救援行动中采用的支护技术仅限于深度不超过5m 的沟槽。

第一，清理沟槽边缘弃土堆，并在工作区域周边设置地面垫和跨桥，提供边缘保护装置。

第二，在几个不同位置测量沟槽的深度与跨度，然后选择合适的支撑设备。

第三，直接从伤员位置处，向沟槽内放置第一组挡土撑板。

第四，连接气动软管，插入气动支撑顶杆组装的端口（图8）。

图8 气动支撑杆组装

第五，将扁带环和气压软管连接到第一个支撑杆；并预先装配其它的扁带、气压软管到其余的气动支撑杆设备。

第六，握住垂直扶手和支撑杆，将支撑套件放置沟槽内部（图9）。

图9 支撑程序

需要注意的是，气动支撑杆的放置，正常情况应该从支撑面板中间的位置开始支撑；但如遇到有悬垂状塌陷的土壤，第一个气动支撑杆不可放置于塌陷的空隙区域，而应放置在相对稳定的未塌陷的位置，并且气动支撑杆的初始压力要尽可能低，避免对悬垂状土壤造成破坏（图10）。

图10 悬垂状土壤的支撑方式

此外，如果现场为悬垂状土壤，应使用低压气囊回填塌陷的空隙区域，然后再安装底部的气动支撑杆。

第七，重新评估初期第一个气动支撑杆的压力，并对全部的支撑杆进行压力调整。

第八，在支撑装置未完全设置完毕时，要固定好捆绑连接支撑杆的扁带环，避免掉入沟槽内无法进行二次调整。

3.3.3 支撑顶杆安装时的位置选择

在选择安装支撑杆位置时，最上边的支撑顶杆位置，应尽可能设置在距离沟槽顶部边缘0.5m 的范围内。

如果沟槽的深度达到使用2 个支撑顶杆的需求，两个支撑顶杆的距离不能超过1.2m。

如果使用1 个支撑顶杆时，距沟槽顶部位置应预留0.5m 放置一根支撑顶杆，那么下端距离如果超过1.2m，则必须重叠放置另外一根支撑顶杆；深度超过1.7m 的沟槽，应垂直重叠设置2 根支撑顶杆设备（图11）。

图11 支撑顶杆安装位置

3.4 第四阶段：行动结束

救援任务完成后，消防救援人员需要拆除沟槽事故救援支撑系统和救援装备，应按照后安装的装备先进行移除的顺序依次对使用的器材设备进行回收。在拆除过程中，如果沟槽墙体发生明显移动时，应立即通知所有救援人员从沟槽中快速撤离，并等待重型机械设备移除剩余支护装具，切不可冒险再次进入沟槽内部进行人工手动拆除。

4 结论与建议

沟槽救援现场环境复杂，救援难度大。救援人员在沟槽救援场所要时刻保持高度警觉。此类场所存在很多不可测因素，而这些因素背后往往都隐藏着巨大的风险[4]。因此，救援人员应当了解沟槽特点，谨记救援行动中的一些重要事项，包括：

（1）如果发生了一次崩塌，则极有可能发生二次崩塌；

（2）考虑到沟槽内可能存在危险气体，应对沟槽内进行空气质量监测；

（3）暴露在外的公共管道设施附近的土壤可能为填装土壤极易松动，需要进行适当的支撑保护；

（4）无论任何情况，不要进入无支撑保护的1.5 米深或更深的沟槽；

（5）沟槽内的积水很危险，应在支撑保护前或最少在设置支撑保护的过程中将沟槽内的积水排出[5]。