高寒地区救援适应性训练初探

2017-04-11贾群林何红卫

中国应急救援 2017年2期

张煜贾群林卢杰胡杰何红卫

高寒地区救援适应性训练初探

张煜贾群林卢杰胡杰何红卫

本文通过在高寒地区开展的建构筑物受损倒塌后形成的狭小空间、竖向空间、层叠倒塌空间等场景下进行的救援适应性训练所取得的高寒环境救援技术和体征变化为依据，提出了在高寒条件下个人防护、装备保障、行动策略等方面的建设，对在高寒地区适应性训练和开展科学有效的救援行动有一定的参考价值。

高寒地区建构筑物倒塌适应性训练

1. 引言

开展高效有序的地震救援工作是减轻地震灾害伤亡的重要途径，我国是一个地震多发国家，地震发生具有频度高、强度大、发布广、震源浅的特点，并在一年四季都有发生。据统计，截至2017年2月11日，自1900年以来发生在我国大陆地区Ms≧5级中强地震2076次，Ms≧6级中强地震439次，发生在冬季（11月—来年2月）的5级以上地震649次，6级以上地震136次，分别占5级以上或6级以上地震的31.3%和31.0%。1975年2月4日发生在辽宁省海城的7.3级地震，时值数九寒冬，幸亏海城地震震前有预报，大部分群众在室外避险，避免了地震造成大量的人员压埋，否则，将使寒冬季节的地震救援工作面临巨大困难！

我国幅员辽阔，因地理位置原因，我国冬季平均气温在0℃以下的地区占陆地面积的80%左右，-25℃以下的地区占25%左右，在我国东北、西北及内蒙地区，最冷的月份其平均气温为-25℃—-30℃，最低可达-50℃。在冬季开展废墟下的生命救援和财产抢救，将面临救援装备失效或效率减弱、救援队员体质特征明显减弱，如体力和耐寒能力下降等问题。因此，研究高寒地区的地震救援方法有着十分重要的意义。针对这种情况，中国地震应急搜救中心提出了地震救援“三高”的研究思路，即在“高寒、高海拔、高热高湿”的不同气候环境下开展救援装备的测试及救援人员的适应性训练。

2. 测试环境及高寒地区救援适应性训练的开展

2.1 模拟废墟简介

2015年10月，黑龙江省黑河市人民政府与中国地震应急搜救中心联合签署合作建设“中国地震应急搜救中心高寒试验场”的协议，2016年9月，建成了全国首个高寒地区地震应急救援模拟现场，占地面积约1600平方米，纵向两层结构，设立狭小空间救援、管道救援、竖向救援和开放空间救援4个科目的救援场景，之后还将根据实训需要增加相应科目设施。2016年12月12日，中国地震应急搜救中心救援教官赴黑河进行地震救援适应性训练，此次训练囊括了所有救援场景，黑河消防爱辉大队出勤一台抢险救援车协同中国地震应急搜救中心所携带的内燃、电动及手动专业救援装备进行了联合训练任务。

2.2 训练方案

此次适应性训练依托高寒试验场进行，搜救中心的救援教官对狭小空间、管道救援及开放空间救援进行了测试，和黑河消防爱辉大队对狭小空间及竖向救援进行了测试，均在时限内完成了救援科目。

狭小空间破拆作业

2.2.1 狭小空间救援

两处狭小空间救援场景均采用圆形管道作为限制救援人员身体位移的阻碍，在管道尽头设有可替换的20cm厚钢筋混凝土预制板，救援人员需通过轮班作业的方式逐步对预制板进行破拆工作，以洞口开口大小能容纳一名正常体型成年人通过为考核指标。为防止救援人员体温损失过快，使用了柔软垫材对作业点下部地面进行了铺填，有效提高了作业舒适度及体感温度。其中，搜救中心救援教官使用手动多功能组合破拆工具、电动多功能凿岩机及钢筋速断器对狭小空间进行了作业，黑河消防爱辉大队使用内燃无齿锯及液压剪切钳进行了作业，均完成了模拟救援任务。

2.2.2 管道救援

管道救援使用纵向的圆形管道模拟地震灾难下竖井内有被困人员的救援环境，被困人员距管道上部的距离在2m左右，在洞口位置有特殊放置的木料，模拟由于倒塌房屋中家具等木制结构散落引起的洞口堵塞，搜救中心救援教官主要使用了链锯进行切割作业以打开通道。

2.2.3 竖向救援

竖向救援使用各类尺寸的预制板模拟了钢筋混凝土框架结构垂直方向的破拆救援作业，破拆对象为1.5m×1.5m×0.25m的现浇混凝土板，黑河消防爱辉大队使用了气动凿岩机以及液压剪切钳进行作业。

2.2.4 开放空间救援

开放空间救援利用散落的碎石和砖块模拟地震灾害引起的砌体结构不规则完全倒塌形成的废墟结构，利用手动多功能破拆工具对砌块的破坏制造出一定空间以达到受困者或伤员转运的作业目的。

借助模拟现场，对地震应急救援装备进行高寒环境下的现场测试，探索与检验高寒环境下地震应急救援技术方式方法，开展地震专业救援队员高寒适应性训练，提供具有使用价值的理论参数，这对于提高我国北方高寒地区和黑河市地震应急救援能力具有重要意义。

3.初探成果

3.1 环境温度

高寒地区一般是指海拔高、常年低温、冻土常年不化的地区或高纬度、常年低温、冻土常年不化的地区。我国属于高寒地区的有黑龙江省北部、青藏高原、甘肃、内蒙古部分地区。位于黑龙江省西北部的黑河市地处中国东北边陲，小兴安岭北麓，位于北纬47°42′-51°03′，东经124°45′-129°18′之间，寒冷是黑河地区气候主要特征之一，黑河年平均气温为-1.3℃到-0.4℃。一年中最低气温小于或等于-30℃的日数，平均可达25－54天，而且自11月下旬到次年3月都可出现。各地极端最低气温值均超过-40℃，大部分年份均能出现。

此次适应性训练的平均气温接近-30℃，这对于作业人员的生理极限和救援装备的正常使用都是一个考验，在此极寒条件下一套完整的救援战略战术安排对于在高寒地区的应急救援工作有着十分重要的意义，有助于我国的救援力量在不同地理位置、不同气候条件下都能达到救援效率最大化，为我国救援能力的提升打下了基础。

3.2 人员体征

低温作业对机体的影响不单纯是环境气温低的程度，还取决于低温环境中人体防寒保暖程度、体力活动强度、饮食及健康状况间的关系，即低气温与其作用于人体状态间的相互关系——冷作用强度。有时工作环境气温虽低，但所着装具保暖量充分，机体热代谢保持平衡，皮肤温、体温不出现下降，人体可无冷感;反之环境气温相对较高，若个体防寒装具保暖量不足，机体不能保持热量代谢的平衡就会出现冷感，严重时也可导致冷损伤。

低温作业对机体的影响取决于冷作用强度，冷作用强度越大，低温的影响越明显，主要表现在以下几方面：

3.2.1 对皮肤温的影响

受冷后首先是裸露的皮肤温度下降，随着时间的延长、强度的加大，皮肤温逐渐降低，皮肤开始出现潮红，继之出现冷、胀、麻、痛等症状，以及皮肤感觉逐渐减弱，严重时可出现冻伤。

在常温下裸手皮肤温度一般在29℃～30℃之间。当手皮肤温度降到15.5℃，手操作功能受到影响;降至10℃～12℃时触觉敏感度明显下降;降到4℃～5℃时，几乎可完全失去触(知)觉。一般裸手皮肤温度保持在20℃以上，徒手操作功能基本保持正常。

在冷环境中，服装覆盖部位平均皮肤温(简称平均皮温)也会发生变动，人体正常平均皮温(胸、背、上肢、大腿四点)约在33℃～34℃之间。如服装保暖量不足，平均体表温度出现下降：降至32℃时，约有16%的人出现冷感；降至31℃时，约有26%的人出现冷感;降至29℃时，冷感出现率达77%；降至28℃时，100%的人感到冷（其中约50%的人感到很冷，出现寒颤）。

3.2.2 对体温的影响

在冷环境中，体温的变化不如皮肤温度变化那样敏感，因为机体调节功能较强，不易出现较大波动。须知，一旦体温出现明显降低可能带来的不良影响要比皮肤温下降严重的多。

竖向破拆作业

在寒冷环境中，只有机体热亏损超过一定限度(50kcal约等于210kJ)时，体温才出现下降，下降幅度一般不超过1℃，对人体健康和工作能力没有明显不良影响。

体温降至36℃，机体代谢反射性增强(产热量增加)，这是人体保护性反应;体温降到35℃时，可出现明显寒颤，称为体温过低；降到34℃时血压出现下降，意识受到影响;体温下降到33℃时，呼吸次数、心率减少，血压下降，称为重症低体温;体温下降到32℃～31℃时，血压测不到，意识不清、寒颤消失，瞳孔散大;体温下降到30℃～29℃时，意识逐渐消失，肌肉僵直，脉搏、呼吸减弱、减少;体温下降到28℃时可出现心室纤颤，生命垂危；体温下降到20℃时，心跳停止。体温这种极端下降的情况，在日常生产过程中是不存在的，只有在较强的寒冷环境中(特别是冬季户外作业)的非常事故中，才有可能见到。

3.2.3 对全身的影响

机体受冷后，首先是毛细血管收缩，皮肤血流量减少，导致皮肤温度与环境气温的温差减少，有利于减少机体散热量，这是一种保护性反应。但由于末梢血管收缩，也可使血压升高、容易引起高血压患者发生脑意外，这也是寒冷地区脑中风发生率较高的原因之一。

冬季户外作业应穿着足够量的防寒服装，服装保暖量的多少可以保证服装覆盖部位平均皮温不低于33℃为宜，或参考《劳动防护服防寒保暖要求》(GB/T13459-92)，并保持服装干燥。对保暖薄弱环节，如手、脚、头、耳，要加强保暖，尽量减少裸露皮肤的面积，要保证这些部位的皮肤温不低于20℃。在低温环境中，风速能增加冷作用强度，如在7℃环境中，2m/s～3m/s的风速，相当于气温下降3℃～4℃，可使服装保暖量降低11%～12%。因此，防寒服的尺寸也很重要，既不可束缚过紧，也不可过于宽松，束缚过紧影响末梢血液循环，能增加冷影响或冷损伤的机会;过于宽松影响装具的保暖量。

表1 空气呼吸器实际测试情况统计表

在此次适应性训练中，裸露在外部的皮肤基本在30s～50s左右就会出现刺痛、麻木的情况，因此必须保证全身的保暖措施都到位。而在这种保暖条件下又要保持工作的效率就需要把握一定平衡，在手、足及关节位置，既要使用保暖性能较好的材质，又要满足操作时灵活运动的特点，还要满足地震救援现场必备的防穿刺功能，实现较困难。在保暖衣物上，如若过于臃肿则会引起行动不便，出现难以操作装备的现象；而太薄又会影响自身体温的保持，这是一个矛盾主要集中点，因此开发出适用于高寒地区救援条件的面料材质是一个现状需求。

3.3 装备性能

3.3.1 低温对手动破拆工具的影响

目前国际主流的手动破拆工具主体都为金属，金属晶体本身是紧密堆积的金属晶格,金属键很强,在很低的温度下,金属键被破坏,金属结点松弛,大多数金属在低温下强度会变高，韧性会降低变脆。因此在低温条件下要注意手动破拆工具是否会因为受力和性能的双重原因发生脆性断裂，必要时更换耐低温钢种作为手动破拆工具的部件。

表2 破拆装备实际测试情况统计表

3.3.2 低温对电动装备的影响

此类现象多发生在需要蓄电池或锂电池驱动的电动设备上，如蛇眼生命探测仪、声波生命探测仪、红外线探测仪、雷达生命探测仪及各类危化品可燃气体检测仪乃至照相机、手机等设备上。低温环境下，电池的极化现象严重，放电不完全，放电容量减小，放电电压降低，影响电池寿命和性能。故在使用各类电子设备时要注意增加防冻罩或用其他方式保持机体的温度，以免因低温失去使用效果。

3.3.3 低温对内燃设备的影响

当柴油机吸入的空气温度在-30℃以下时,压缩终点温度小于430℃,不能使喷入的燃料着火燃烧。在很低的环境温度下,由于冷却液以及活塞、汽缸套等零件温度过低,在压缩过程中的热损失过大,压缩终了温度很难满足柴油机正常起动的要求。因此在使用内燃设备前要在保持一定温度的前提下在室外迅速打火进行使用以保持内燃机的温度，这也是装备车恒温系统最大的意义所在。

3.3.4 部分救援装备在低温状态下的使用情况（见表1、表2）

3.4 材料特性

在极寒条件下，新浇筑混凝土在养护初期遭受冻结，由于水结冰膨胀，会使混凝土内部结构遭到破坏。

当气温恢复到正温后，即使正温养护到一定龄期，由于水结冰膨胀造成的裂纹也难以愈合，混凝土很难达到其设计强度。

水泥之所以能凝结硬化并获得强度，是由于水泥水化反应的结果。水和温度是水泥水化反应得以进行的必要条件。水是水泥水化反应能否进行的决定因素之一，温度则影响水泥水化反应的速度。当温度降到5℃时，水泥水化反应速度缓慢；当温度降到0℃时，水泥水化反应基本停止。在混凝土强度发展初期，其内部的空隙中含有尚未与水泥化合的游离水，当温度降至-2℃～-4℃时，混凝土内部的游离水开始结冰，游离水结冰后体积大约增长9%，会在混凝土内部产生冰晶应力，使强度尚低的混凝土内部产生微裂缝和孔隙，同时损害了混凝土与钢筋的黏结，导致混凝土结构强度降低。

混凝土内部的微裂缝和孔隙

混凝土的早期冻害是由于混凝土内部的水结冰所致。实验证明，水泥在浇筑后立即受冻，抗压强度约损失50%，抗拉强度约损40%。受冻前，混凝土养护时间越长，所达到的强度越高；水泥水化物生成越多，能结冰的游离水就越少，混凝土强度损失就越小。混凝土遭受冻结带来的危害与遭冻的时间早晚、水灰比、水泥强度、养护温度等有关。

此次适应性训练在进行破拆作业时混凝土的剥离速度较快，可以在剥离后的混凝土碎块上明显观察到由于混凝土内部冰晶应力所产生的微裂缝和孔隙，由于高寒地区混凝土的这种特性，可以在进行破拆作业时使破碎机或破碎镐的凿头与作业面形成一定夹角，这样会对混凝土预制板产生一定的剪切力，也可利用混凝土构件的应力集中效应在板面上制造较深创口，从而达到提高作业效率的目的。