建筑倒塌救援中的顶升技术研究

黄 亮

建筑倒塌救援中的顶升技术研究

黄 亮

笔者以建筑倒塌救援中的顶升作业为主线，分析其适用性并深入、全面地研究了以评估、选择、创建、顶升、支护和监控为主要内容的“六步顶升作业法”，较详细地阐述了安全意识、个人防护、肢体形态、器材操作和受力状况分析五方面行动要求，这些研究可在不同程度上为消防部队建筑倒塌救援中的顶升作业、相关专业训练提供一些新的参考。

消防 建筑倒塌 救援技术 顶升作业

在建筑倒塌救援中，顶升作业是一项风险高、危险性大，易造成人员伤亡的救援行动。救援人员为了在第一时间营救埋压人员、创建或扩展救援空间，采取顶升作业是必不可少的救援环节。因此，分析顶升作业的适用性，遵循科学、可行的顶升作业程序，落实顶升作业行动要求，有助于降低顶升作业的风险，提高人员救助的效能。

1 顶升作业适用性分析

建筑发生倒塌后，倾斜或破损的混凝土块、墙体、楼板、梁、柱等危险构件交织地堆积在一起，为了创建或扩展营救空间、解除压在被困人员身上的荷载，救援人员需利用专业顶升技术，对可移动（或部分可移动）的废墟构件、区域实施整体或部分短距离顶升作业。

1.1 创建或扩展营救空间

在建筑倒塌救援现场，为了接近被困人员，尤其是深层埋压人员，救援人员需利用专业顶升设备、器材和专业顶升技术，对由倾斜或交织的建筑危险构件形成的狭小或开口尺寸不足的救援空间进行顶升作业，旨在创建或扩展营救空间，以便救援人员能够在第一时间顺利地接近被困人员，并给伤员的搬运提供足够的救援空间。

1.2 解除压在被困人员身上的荷载

在大多数建筑倒塌救援现场，救援人员都会遇到被困人员完全或部分埋压在塌落的混凝土块、楼板、梁、柱等建筑危险构件下方的情况。为了在第一时间营救被困人员，一般情况下，救援人员会采用顶升作业，极其谨慎地对可移动（或部分可移动）强度高且重量大（或上覆物较多）的废墟构件进行整体或部分短距离顶升，以解除压在被困人员身上的荷载。

2 实战顶升作业程序研究

基于建筑倒塌救援案例的研究分析、国内外相关文献资料的研读和一线救援人员的座谈交流，研究并总结、归纳了在实战中可遵循的，以评估、选择、创建、顶升、支护和监控为主要内容的“六步顶升作业法”，希望可以为救援人员的顶升作业提供一定的帮助，提高消防部队建筑倒塌救援的科学性和专业性。

2.1 顶升作业行动安全评估

2.1.1 基于“六面检查法”的顶升作业安全性评估

在建筑倒塌现场顶升作业时，救援人员不可避免会面临危险。为了尽可能地降低危险，救援人员必须针对具体的顶升作业环境，进行深入、细致的安全性评估，通常采用“六面检查法”。所谓“六面”，是顶升作业小组正在作业的区域或在开始安全性评估之前必须要检查的区域的顶面、底面和四个侧面。

开始顶升作业之前，救援人员需检查作业点的顶部以确定松散的、变形的或悬挂的碎块或构件。有些情况下，基于具体的实际情况，六个平面中的部分构件可能不得不移除、顶升或完全避开。在可能需要的被顶升荷载估算之后，顶升的底部检查一般是地面或楼层的坚固部分，救援人员必须确定将要接受荷载的地面（底面）是否能够承受住作用力。

运用“六面检查法”时，应着重关注最主要的薄弱部位，如墙和连接处的横向强度；倾斜的多层建筑首层；开裂的、倾斜的烟囱砌体或表面；楼板与屋顶之间的连接处及外墙；梁、柱之间的结合部；开裂柱的顶部、底部等，针对顶升作业环境具体的检查细节，制作顶升作业安全性评估表，如表1所示。

2.1.2常见被顶升荷载重量估算

顶升作业前，救援人员需对被顶升的荷载重量进行估算，以便选择合适的顶升器材或装备并进行有效的荷载跟随。在荷载估算时，如果楼层没有被破坏，仅估算荷载的碎块重量；如果楼层被破坏，估算楼板和碎块的重量。通常，被顶升荷载估算是由两部分组成，即被顶升荷载的体积或面积估算、被顶升荷载的密度，将这两部分相乘就得出被顶升荷载的重量，如下列公式所示：

式中，T是指被顶升荷载的重量（t或kg）；A是指被顶升荷载的体积或面积（m3或m2）；P是指被顶升荷载的密度（t/m3或t/m2）。在倒塌现场，救援人员使用卷尺或钢尺，通过测量被顶升荷载的长度、宽度和（或）深度，得到被顶升荷载的体积或面积。

下面列举了建筑倒塌现场常见的被顶升荷载的密度：

(1)通常遇到的普通钢筋混凝土密度约2.33 t/m3，如果考虑钢筋的重量，大致使用2.41 t/m3作为钢筋混凝土的密度。

(2)砖石，包括混凝土块、砖和砂浆，或它们的混合物，密度略小于钢筋混凝土，通常使用2.01 t/m3作为砖石荷载密度。

(3)用于建筑的典型木材产品，包括胶合板、柱、梁、桁架、椽子和大多数的桁架，密度大约为0.57 t/m3。

(4)各种形状、尺寸和不同设计的钢材料，通常它的密度约7.85 t/m3。

(5)各种尺寸和不同类型的现浇混凝土板及框架，其密度范围约是0.44至0.74 t/m2。

(6)不同尺寸和类型的木地板，典型的木地板密度范围是0.05至0.13 t/m2。

(7)典型的建筑部件和大多数建筑的内部隔离物密度约0.1至0.13 t/m2。

(8)碎石堆的密度估算是最困难的，一般来说，1cm厚的每平方米碎石堆，以19.23kg计算；也就是说，对于一块覆盖着1m厚的碎石区域，该区域的密度大约是1.93 t/m3。

以上数据均来源于美国联邦应急管理局（FEMA）的城市搜索与救援队、国际地震救援队长期的救援实践总结和有关实验的验证，如表2所示[1]。

表1 建筑倒塌救援顶升作业安全性评估表

表2 建筑倒塌救援现场常见顶升荷载密度估算值表

2.2 顶升作业方式与器材选择

在建筑倒塌救援过程中，顶升方式和器材对整个顶升作业的顺利开展有着重要影响，选择合适的作业方式和顶升器材有助于安全、高效地完成顶升作业。

2.2.1 顶升作业方式

2.2.1.1 单点顶升作业

单点顶升是指仅在被顶升物表面选定一个受力点进行顶升作业，多用于在被顶升废墟构件的一端，对其进行局部顶升作业。单点顶升作业时，由于受力点承受的荷载较大，要求其顶部和底部能够提供足够顶升反作用力及良好的表面条件和强度，并辅以高强度垫块。

例如，当使用撑杆单点顶升倾斜的构件时，应使用连接带、石块、楔子等固定撑杆底部的支撑板和被顶升的对象，以尽可能地控制潜在的横向力和水平力。在建立连接带网络时，最优的方式是形成一种三角形结构，如图1所示。对于水平力而言，在顶升作业时，用于闭合三角的连接带可阻止墙体底部推离撑杆，也可阻止撑杆的底部支撑板被推离墙体；同理，对于横向力而言，连接带可阻止墙体从一侧向另一侧移动，也阻止撑杆底部的支撑板从一侧滑向另一侧。

2.2.1.2 多点顶升作业

多点顶升是在被顶升物表面选定两个或多个受力点并同步进行顶升作业，它减小了单个顶升设备或器材的荷载，分散了作用在被顶升物表面的单点荷载，能够增强顶升作业中的安全性和废墟稳定性，被广泛应用于建筑倒塌现场人员营救及救援空间扩展。多点顶升的关键技术是多个受力点顶升速度应保持一致，这就要求各作业点之间能够精确地相互配合，要在同一时间顶升相同的高度，达到同步抬升的目的。否则，因顶升速度差异，各受力点高度变化幅度大，会引起被顶升物再次倾斜或垮塌，直接威胁救援人员的安全和对被困者造成二次伤害。

实战中，在选定顶升作业方式时，救援人员还需根据被顶升物的形状、质心位置、支点表面强度及所需顶升力大小等因素，选择合适的顶升受力点，多数情况下需采取其他准备措施，如垫块、钻凿方法等使顶升受力点能满足顶升作业的需求。选择多点顶升作业时，应遵循对称、平齐的原则，最好选定三个或四个顶升作业受力点。此外，为了实现“多点顶升、整体抬升”的目标，关键是要保证各作业点顶升速度的一致性。

图1 单撑杆顶升倾斜墙体时水平力和横向力分析示意图

2.2.2 顶升作业器材选择

顶升器材是建筑倒塌救援顶升作业顺利进行的必备条件之一，在整个顶升作业过程中发挥着至关重要的作用。目前，公安消防部队配备了各种品牌的气动起重气垫、液压撑顶器、液压千斤顶等顶升器材，以及电动剪扩钳、液压扩张器等顶升辅助器材[2]。在顶升作业之前，通常基于作业尺寸、被顶升荷载重量、所需顶升距离和作业点的位置四方面因素，选择所需顶升设备或器材。

2.2.2.1 基于作业尺寸的器材选择

在建筑倒塌救援现场，如果被顶升构件堆叠空间紧密或开口较小，本体高度较大的顶升器材因没有作业空间而无法使用时，应选择可在较小空间工作的楔形千斤顶、液压扩张器、液压剪扩双用钳或趾型千斤顶的趾部先进行一级顶升，待将作业点的开口扩展至一定高度，达到或超过下一级顶升设备的本体高度后，再选择起重气垫、千斤顶或撑杆等进行二级或三级顶升。

2.2.2.2 基于荷载重量的器材选择

顶升作业前，救援人员必须估算被顶升荷载的重量，这是非常重要和必要的。如果估算不科学或不准确，被顶升荷载重量超过使用的顶升设备最大有效顶升能力，这不仅会造成顶升作业的失败，还会对救援人员和被困者的人身安全造成极大的伤害。因此，在准确估算荷载重量的前提下，救援人员应尽可能地选择最大有效顶升能力较大的顶升设备，若被顶升的荷载重量接近现场顶升能力最大的顶升设备，为了安全起见，救援人员可选择较大的顶升设备进行一级顶升，随后，再选择顶升能力相近的设备进行二级顶升。

2.2.2.3 基于顶升距离的器材选择

建筑物倒塌后，被困者大多数情况下是被埋压或挤压在废墟内部的空隙、夹层或狭小空间中[3]，为了营救被困者或扩张救生通道，救援人员需要将这些区域扩张至一定的距离，以便搬运被困者和救援人员进出。顶升作业前，救援人员要清楚需顶升的距离，尽量选择实际顶升距离小于最大顶升高度的顶升设备。如果现场的顶升设备不能满足要求，应在确保稳定和安全的前提下，采用在千斤顶底部放置垫块或将两块高压起重气垫叠加起来使用的方法，达到增加顶升器材工作高度的目的。

2.2.2.4 基于作业点位置的器材选择

软管是输送经液压泵加压的液压油的管道，没有软管，顶升器材就会因缺失动力源而无法工作。然而，软管的长度都是有限的，且受救援环境的影响，有时会出现作业点的位置超出软管长度或受作业空间、救援环境的影响，造成软管无法正常使用或液压泵无法抵达的情况。此时，无绳的、自给式顶升器材是非常有用的。目前，自给式顶升器材主要有楔形千斤顶、液压扩张器、液压剪扩器等，它们在一些偏远地区或难以到达区域的顶升作业中，发挥着重要的作用。

值得注意的是，在顶升作业之前，救援人员选择顶升器材时，所考虑的标准并不是特定的、唯一的，而是上述四方面因素相互作用、相辅相成的结果。

2.3 创建顶升作业空间

为了营救被困者、创造或扩展临时营救空间，救援人员需要选择顶升作业对堆叠可移动（或部分可移动）的构件或可利用的间隙进行短距离顶升。如果堆叠空间紧密或间隙很小，厚度较大的高压气垫或本体高度较高的千斤顶等顶升器材因无法置入被顶升荷载下方而限制使用时，救援人员应首先使用楔形千斤顶（开缝器）创建顶升作业空间，并用楔形块、垫块或叠木等及时进行荷载跟随，如图2所示。待扩展至一定高度，达到或超过下一级顶升器材、设备的本体高度后，再置入高压起重气垫、千斤顶或撑杆等进行二级或三级顶升。

图2 创建顶升作业空间示意图

2.4 实施顶升作业

实施顶升作业时，整个小组应做到“边顶升、边评估、边支护”，即在控制顶升速度的同时，一方面根据被顶升构件或区域受力状况的变化，实时调整顶升作业；另一方面，选择合适的支护点并及时跟随被顶升荷载进行支护，努力实现“缓慢操作、实时评估、全面协调”，以保证顶升作业顺利、高效的开展。

“缓慢操作、实时评估”，指的是顶升作业时，需严格控制被顶升荷载单位时间的移动距离，即应缓慢操作施加作用力的各顶升作业点所用器材，谨慎作业，以便给可能发生的意外或突发情况留有一定的反应时间；同时，也只有“缓慢操作”，才能使“实时评估”成为可能，否则，行动安全性评估、被顶升荷载及周边废墟受力状况分析等救援环节可利用的时间就极为有限，甚至因顶升速度快、可利用时间短而无法实施。

所谓“全面协调”，主要体现在“点、线、面”三个层次上，由作业小组的指挥员或顶升员具体负责，并直接影响整个行动的顺利开展，甚至成败。

第一，“点”协调。为了满足较大顶升距离的救援需求，在同一个作业点，顶升员需要采用两个顶升器材（最大顶升距离一大一小）交替作业的方式进行顶升。此时，大、小两个顶升器材之间的“点”协调会直接影响该点的作业成效。顶升员交替使用两个顶升器材，通过交替添加垫块的方式，不断增大该点的顶升距离，直至满足救援需求。

第二，“线”协调。顶升作业点使用的器材，一般包括开缝器、撑杆、千斤顶和起重气垫等，其中，液压千斤顶和高压起重气垫最为常见。它们通过软管分别与后方的手动液压泵和空气控制附件（接高压气瓶）连接。顶升操作时，顶升员应负责各作业点顶升器材与后方动力装置之间的“线”协调，即做好千斤顶与对应的手动液压泵之间的“线”协调、高压起重气垫与相应空气控制附件之间的“线”协调，务必做好给油与回油、增压与减压及放气速度等协调工作。

第三，“面”协调。它是针对整个顶升操作面而言的，尤其是当采取多点顶升作业时，为了保证各顶升作业点顶升速度的一致性，小组指挥员需要协调各作业点之间地顶升操作，使其最大限度地相互协同配合，尽可能在同一时间内顶升相同的距离，以达到同步顶升、整体抬升的目的。如果“面”协调缺失或协调不到位，因顶升的速度差异，易造成各作业点顶升距离差异幅度较大，降低被顶升构件的稳定性，甚至可能引发被顶升构件的二次倾斜或垮塌，直接威胁救援人员的安全和造成被困人员的二次伤害。

2.5 顶升作业过程中的支护

对塌落的废墟构件进行顶升作业时，必须采取支护措施。如果不进行支护，当遭遇被顶升的巨大荷载意外回落或顶升器材出现故障等突发状况时，极易造成救援人员的伤亡和被困人员的二次伤害。然而，即使采取了支护措施，各支护点的荷载跟随若不及时，则会降低被顶升荷载及相关联受力构件的稳定性，增大顶升作业的风险。因此，顶升作业时，不仅要采取支护措施，而且支护一定要及时使用叠木、撑杆、支撑、垫块或楔形块等跟随上升的荷载部位，这样不仅能够防止上升的荷载意外回落而伤害救援人员和被困者，还有助于顶升作业后新的稳定状态的形成。此外，支护点的数量选择对顶升作业的安全性也有重要影响。为了增大顶升作业的稳定性，全面支护被顶升的荷载，作业人员应至少选择三个支护点，即顶升作业点的两侧和与其相对的被顶升构件一端，以最大限度地防止被顶升构件的侧翻或滑动。

当救援人员使用楔形块进行支护时，一旦被顶升构件上升至稍高于齿形边，就应立即将楔形块向前推进一步；如果使用撑杆进行支护，救援人员首先应选择合适的头部配件和底部支撑块，使撑杆牢固地支撑被顶升构件，然后，随着起重气垫膨胀，及时手动进行荷载跟随，如图3所示。

图3 使用楔形块和撑杆支护被顶升荷载示意图

图4 使用叠木支护被顶升荷载作业图

图5 多角度支护被顶升荷载示意图

在实战中，大多数情况下，救援人员是选择现场的方木块进行顶升作业支护的，这样虽然简单、便捷，但是，为了安全、及时、高效地支护作业，所用木块必须是实木、表面平整且接触面大致相等。如图4所示，当千斤顶将构件顶升至稍大于木块厚度时，支护员必须及时叠加木块并保持各木块的齐整。当多角度顶升作业时，救援人员必须极其谨慎地作业，以确保顶升作业不会导致荷载发生不受控制的偏移，最好通过恰当的楔块支护进行控制，随着起重气垫膨胀，支护员需及时塞紧两侧的木楔，如图5所示。

2.6 顶升作业过程中的安全监控

在建筑倒塌现场顶升作业时，首先应由建筑结构专家对被顶升的建筑危险构件或区域，周边废墟的破坏程度、稳定性进行初步安全评估，并提出危险部位的顶升及支护、加固建议。小组指挥员需根据建筑倒塌现场规模、救援队自身实际等情况，设置一个或多个安全哨，每个安全哨指派一至两名安全员，采用外部观察和仪器监测相结合的方式，针对被顶升构件及建筑结构专家指定的危险区段、部位进行实时观测，发现危险征兆应立即上报。紧急情况下，现场的救援人员均有权采用吹哨、呼喊、开关手电筒等方式发布紧急撤退信号。

3 顶升作业行动要求

在建筑倒塌现场进行顶升作业时，为了保护救援人员的人身安全，顺利有效地开展顶升作业，提高人员救助的效能，作业人员必须落实五方面的行动要求：安全意识、个人防护、肢体形态、器材操作和受力状况分析。

3.1 作业人员安全意识要求

建筑倒塌救援现场的环境非常复杂，塌落的建筑危险构件错综地交织在一起，存在许多薄弱部位，即使轻微地扰动也可能造成已坍塌结构部分、甚至完全二次倒塌，对救援人员和被困者的人身安全构成极大威胁。因此，指挥员首先应有精简顶升作业小组人员数量和制定紧急情况下撤退路线的意识；其次，所有作业人员需牢固树立风险意识、安全意识，时刻注意被顶升荷载及周围物体可能会影响作业环境稳定的运动或变化；最后，达到预期顶升距离后，务必在加固支护之后，缓慢、谨慎地撤出顶升器材。

3.2 作业人员个人防护要求

如果救援人员进入一般建筑倒塌现场进行顶升作业，应穿戴抢险救援头盔、防尘口罩、抢险救援服、抢险救援手套、抢险救援靴、硬质护膝、护肘等个人基本防护装备[4]。如果进入有危险化学品泄漏的特殊建筑倒塌现场开展顶升作业，应根据GA/T 970的要求穿戴个人特种防护装备[5]。不论是在哪种场所进行顶升作业，在行动前救援人员必须针对顶升器材的完整性、可操作性进行检查，确定其是否完整好用，特种顶升器材应由经过专业培训并获得相应资质的人员操作。

3.3 作业人员肢体形态要求

在建筑倒塌救援中的顶升作业时，参与操作的顶升员和支护员必须保持高低交叉式蹲姿，即下蹲时右脚在前，左脚在后，右小腿垂直于地面，左脚跟提起，脚掌着地，左膝低于右膝，左膝内侧靠于右小腿内侧，两腿靠紧，合力支撑身体。相比于两膝水平同时弯曲的“死蹲”姿势，在紧急情况下，高低交叉式蹲姿后撤所需的反应时间更短。此外，作业人员与被顶升荷载应保持一定的距离，通常是30cm左右，且身体的任何部位决不能置于被顶升荷载的下方，特别是手指和脚部。

3.4 顶升器材操作要求

在建筑倒塌救援中，常用的顶升器材包括撑杆、千斤顶和高压起重气垫。为了安全、高效地完成顶升作业，救援人员除了遵守器材操作说明进行作业外，还应符合以下有关的操作要求。

图6 用楔形块完全塞入起重气垫示意图

图7 使用带安全阀的切断软管示意图

3.4.1 撑杆操作要求

使用撑杆进行顶升作业时，其底部和顶部一般应安装适合救援环境的头部配件，与被顶升荷载接触的部位应足够坚硬，且塞入防滑垫块。撑杆的延长杆不能连接在柱塞延伸一侧的端部，为了减轻整个撑杆系统的重量，应使用数量最少的独立延长杆，以达到所需的顶升距离。实战中，最短的延长杆应安装于撑杆的端部，而不是中部，以便调节长度并降低受到侧向负荷的可能性。

3.4.2 千斤顶操作要求

在建筑倒塌救援现场，尽量使用两个千斤顶并放置在两个不同的受力点上，其底部和顶部一般应加防滑垫块，且与被顶升荷载的接触部位应足够坚硬。在实战中，如果所需的顶升距离较大时，应使用最大顶升距离成比例的大、小两个千斤顶进行渐进式顶升，以两个千斤顶交替顶升并辅以垫块的方式，实现需要的顶升距离。此外，使用的千斤顶与手动液压泵需对应连接，以防止因长时间使用，造成回油量的差异而影响操作。

3.4.3 高压起重气垫操作要求

实战中，决不能将三个及三个以上高压起重气垫叠加使用，如果需将两个起重气垫堆叠使用，务必按照“大下小上”的顺序彼此对中安放两块起重气垫。塞入起重气垫时，最好用楔形块或锤子等将气垫顶入，以保证手指安全。此外，在充气前，应至少将气垫表面积的2∕3置于荷载下方，使气垫整体都承受负荷，否则会减小顶升力并可能引起气垫侧翻或被挤出，如图6所示。充气时，应严格控制放气速度，以防因气垫顶升速度过快而造成危险。气垫与被顶升物和支撑物的距离要足够小，如果起重气垫需要留在原位，应使用带安全阀的切断软管，如图7所示。同时，为防止被顶升构件发生意外滑动，在顶升前应确定支护点并采取必要的支护措施。最后，气垫在撤出后应检验是否有损坏或化学腐蚀、轻度割伤。

3.5 顶升作业受力状况分析要求

在顶升作业时，受力状况分析是一个技术性要求非常高的救援环节，担负此项任务的救援人员应具备建筑工程相关专业知识和丰富的救援实践经验，并取得相应的从业资质。实施顶升作业之前，建筑结构专家和指挥员首先应观察被顶升构件及其周边废墟环境，了解废墟的结构组成，分析废墟构件的相互作用力及静力学关系，并完成《顶升作业安全性评估表》。此外，还应根据塌落构件的组成、建筑材料与现存状况，估算被顶升构件重量及静力学参数数据，预估其在顶升作业后可能形成的新的稳定状态。同时，科学评估拟被顶升构件表面可利用的顶升作业位置、顶升受力点数量及可能的顶升距离，预估顶升作业过程及其可能的最终荷载分布。

4 结语

本文以建筑倒塌救援中的顶升作业为主线。首先，分析了顶升作业的适用性；其次，基于评估、选择、创建、顶升、支护和监控六个作业环节，较深入、较全面地研究、分析了实战中的顶升作业程序；最后，总结、归纳出安全意识、个人防护、肢体形态、器材操作和受力状况分析五方面的顶升作业行动要求。然而，建筑倒塌救援是一项相当复杂的系统工程，要取得最大的救援效能，还需进一步研究顶升作业与定位、支撑、破拆、掏挖、牵引、起吊等作业的协同、配合问题。

作者单位：武警江苏消防总队常州支队培训基地

[1] John P.O’Connell.Emergency Rescue Shoring Techniques[M].Library of Congress Cataloging-in-Publication Data,2004.

[2] JB152-2011.城市消防站建设标准[S].北京：中国计划出版社，2011.

[3]李建华，黄金印等.灾害抢险救援技术[M].武警学院试用教材，2005．

[4] GA/T1040-2013.建筑倒塌事故救援行动规程[S].北京：中国标准出版社，2013.

[5] GA/T970-2011.危险化学品泄漏事故处置行动要则[S].北京：中国标准出版社，2012.