トレンチレスキュー支保工: 神話か科学か? パート2

ロン・ザウロッキ著

塹壕救助のためのさまざまな支保工の設計が、なんとか消防機関に採用されています。 プロのエンジニアによって開発またはレビューされたものはほとんどなく、機能の位置 (つまり塹壕内) でテストされたものはまだほとんどありません。 これらの設計のいくつかは、工学原則 (科学) に基づいていない前提で開発されています。

パート 1 はこちらからお読みください。

土壌を保持するシステムの設計は、専門のエンジニアに任せる必要があります。 消防士たちは、スポット支保工やスラストブロックシステムなどの実証されていない支保工設計を推進することで、「車線からの逸脱」を敢行している。 以下では、そのような 2 つの設計について説明します。

最近、非科学的な行為が消防救助活動に浸透し始めています。 前提として、スポット支保工として知られるパネルを使用しない支保工は、塹壕救助事件において安全な方法となり得るということである。 トレンチ救助事故に関連する不安定で動的な土壌条件でのスポット支保工の使用をサポートする工学的原則や実践、支保工メーカーの表データは存在しません。

スポット支保工は限られた土壌条件では有効である可能性がありますが、それらの条件は迅速な目視または現場試験手段では判断できません。 これらの事実にもかかわらず、全米防火協会 (NFPA) は、NFPA 1006、技術救助要員専門資格の基準、2021 年版で次の職務遂行要件を誤って公表しました。「12.3.7、スポット支保工技術を利用して、支柱や支柱を組み込むことなく土壌を支持する」溝の事故を考慮した支保工計画の一部としてのパネル、溝の救助ツールボックス、表形式のデータ、および土の崩壊を防ぐための溝支保工計画。」

スポット支保工の神話では、スポット支保工は土壌の状態が適切な場合にのみ使用されると想定されています。 スポット支保工が安全に使用できるとみなされるには、高度な訓練を受けた経験豊富なメンバーが広範な土壌分析を実施する必要があります。 初期対応者は、状況を視覚的に分析することで、支柱やパネルを組み込んでいない支保工（スポット支保工）の土壌状態が安全でない場合を迅速かつ正確に判断できます。

(1、2)ほとんどの塹壕救助事件で見られる不安定で動的な土壌条件に適用すると、スポット海岸とオレンジ色のスプレーペイントは同様に信頼性が低く、危険です。 (写真は著者提供)

これらの状態には、トレンチ壁の崩壊、隆起、隆起、流動、脱落、ほつれなど、活動的な (移動している) 土壌の兆候が含まれます。 残念ながら、これらの兆候がすぐに明らかでない場合、スポット支保工技術にとって安全な条件を迅速かつ正確に判断するために必要な種類の土壌分析を実行することはできません。

消防職員は、土壌の種類を特定するために必要な種類の土壌分析を効果的に実施するのに十分な経験を持たず、さまざまな種類の土壌にさらされることもありません。 これはまた、初期対応者が適切な訓練、経験、装備なしに、救助者や閉じ込められた被害者の命の安全に影響を与える高度な技術的な決定を下す状況にもつながります。 間違った決定は致命的になる可能性があります。

支保工の設計は、法律により専門技術者 (PE) が作成することが義務付けられています。 スポット支保工は支保工設計です。 現在までのところ、トレンチ崩壊（救出）事故で見つかった弱く不安定な土壌条件で使用するためのスポット支保工設計を作成したPEを1人も見つけることができませんでした。 初期対応者がスポット支保工を使用しない次の理由は、トレンチ救助支保工の専門家である PE から集められたものです。

地盤工学の原則。 米国陸軍工兵研究開発センターの研究地質工学技師であるオリバー・テイラー博士 (PE/PhD) は、スポットショアリングに関する広範な研究を実施しました。 彼の研究は 75 年近くにわたる地質工学の学術出版に及びましたが、崩壊した (弱い/不安定な) 土壌条件でのスポットショアの使用に対する支持は見つかりませんでした。 実際、テイラー氏は、公表され進行中の研究では、塹壕救助のシナリオではストロングバック（支柱）やパネルのないスポット海岸を使用しないことを強く推奨していると結論付けています。 2019年に同氏は、「地質工学的設計基準とさまざまな州運輸省[DOT]では、タイプCの土壌条件、特に崩壊しやすい土壌（つまり溝）に対してソイルネイルやスポットショアの使用を認めていない」と述べた。障害状態]。

メーカーの集計データ。 空気圧ストラットの最大メーカー 4 社の表データを検討した結果、PE Craig Dashner 氏は次のように結論付けました。「スポットショアリングの表データを指定しているメーカーは、ハースト/エアショアとプロスパンの 2 社だけです。彼らの表データでは、これらの製品は両方とも、タイプ C 土壌の場合、またはほつれが存在する場合は、シート/パネルの使用を推奨します。トレンチ壁の破損はほつれとみなされるため、ハースト/エアショアおよびプロスパンの表データでは、基本的にすべてのトレンチ崩壊ケースでシートを必要とします。パラテックおよびレスキューテックは推奨しません。 「崩壊した海溝でのスポットショアの使用は、その使用に関する表データがない。トレンチ崩壊事故でのスポットショアの使用は、メーカーの表データのすべてと直接矛盾する。」

崩壊を引き起こす。 2009 年にマリー・ラボー博士 (PE/PhD) によって行われた研究では、小さな表面積 (スポット海岸ベースとレール) にストラットの活性化力が弱いトレンチ壁に直接導入されると、土壌破壊 (崩壊) が防止されるどころか、引き起こされる可能性があることが判明しました。 トレンチ面 (スポットショア) に直接適用されたストラットは、さらなる破損を引き起こし、ストラットが適用されなかった場合よりもトレンチの安定性を低下させる可能性があります。 支柱は壁全体ではなく非常に狭い領域 (支柱ベース) にのみ抵抗力を加えるため、掘削壁を支えるには支柱だけでは十分ではありません。 これは、適切なシートがないと、トレンチ面に負荷が露出し、考慮されていないことを意味します。 土壌の内部強度がそれに対抗するのに十分でない場合、その露出した力によってトレンチの壁が吹き飛ばされる（つまり、崩壊する）可能性があります。 不安定で動的な土壌状態の溝では、進行性の溝壁破壊が起こる可能性が高くなります。

ストラットの間隔。 スポットショアでは、支柱の間に支持されていない土壌が残ります。 ダシュナー氏は、「スポット海岸の間の土壌は支持されておらず、弱い土壌条件では崩壊する可能性があります」と述べています。 テイラー氏はさらに、「救助活動のために可能な限り安全な環境を作り出すために、トレンチ支保工は、海岸自体によって引き起こされる横方向の土圧、推力圧力、および受動的圧力を解決する必要があります。ストロングバックやパネルのないスポット海岸では、横方向の土圧をサポートできません。 「平衡方程式を満たさず、推力圧力を解決できません。さらに、力が明白または検証できない露出したトレンチ面に未解決のモーメントが残ります。」 最後に、Taylor 氏は、「NFPA 1006 規格に記載されている方法でのスポット支保工の使用をサポートする安全規定、設計ガイダンス、または健全な地盤工学的原則は存在しません。」と述べています。

「スポットショア」を使用して安全にショアできる土壌条件はほとんどありません。 これらの土壌の状態は、粒径、角度、丸み、分布など、多くの土壌の特性に依存します。 無傷の土壌上の剛性と剛性。 また、飽和、温度、材料の不均質性、埋没杭や掘削設備や材料からの追加重量などの環境条件は、目視や現場での試験手段では迅速に決定できず、初期対応者はおろかエンジニアの能力を超えてそれらを決定することもできません。崩壊したトレンチサイトの変数。

消防士は、スラストブロック支保工の設計に関して次の通説を教えられてきました。

以下は、スラストブロック支保工の設計に関する科学的真実です。

内側のコーナーをサポートするために斜めの支柱は必要ありません。 L 字型の溝に関連する最も一般的な崩壊は内側の隅です。内側の隅は、支持されていない 2 つの土の面 (壁) が互いに接する場所であるため、溝の最も弱い部分です。 破壊は、2 つの壁の間の約 45 度の角度で地面の表面に沿った亀裂から始まります。 次に、重力が作用して地表から溝まで続く亀裂が生じ、くさび状の土が溝の中に角を立てて崩れ落ちます。

図1。内側コーナーのシンプルな支保工デザイン

高品質の複合パネルと設計されたストラットを使用することにより、このシンプルな支保工設計は、角度のあるストラットに関連する滑り力 (ベクトル) を導入することなく、内側コーナーの破損をサポートします。 (図はPEのCraig Dashner氏による)

図2。スラストブロック支保工の設計 (非推奨)

図は Craig Dashner、PE による。

図 1 は、交差するトレンチの内側コーナーでのウェッジ破損のベクトルを示しています。 このシンプルな支保工の設計は、内隅で隣接するパネルを使用し、トレンチ (外壁) を直接横切るパネルと壁に垂直に設置された支柱を使用して、内隅の土壌を捕捉します。 荷重を支えるのに十分な強度のあるパネルと支柱を使用している場合は、内側のコーナーを支えるために斜めの支柱は必要ありません。 内角をサポートするためにスラスト ブロックや斜めの支柱を設置するのは、時間、設備、労力の無駄です。 さらに悪いことに、斜めの支柱にかかる力に関連するベクトルにより、内側のコーナーでパネルが滑る原因となり、結果的に支保工システムが完全に故障する可能性があります。

L 字型のトレンチの外側のコーナー領域からの荷重は単純ですが、それが角度のある「スラスト ブロック」支柱に到達すると、ベクトル (方向と大きさ) はかなり複雑になります。図 2 は、「スラスト ブロック」支保工システムの外壁破損時の荷重経路を示しています。 角度を付けたストラットとスラスト ブロックにより、ベアリング力とスライド力の両方が発生します。 滑り力が抵抗を克服すると、ウェール、パネル、ストラットが滑り、崩壊に対する抵抗がほとんどまたはまったくなくなります。 支保工装置が滑り始めると、摩擦抵抗が大幅に減少します。つまり、システムが故障するまでウェール、パネル、支柱は滑り続けることになります。

通常、ウェールはコーナーの端で直接接触しています。 ただし、それらが直接接触していない場合、外側のスラスト ブロックがウェール間で間接的に接触し、その結果、両方のウェールとそれに取り付けられたストラットが望ましくない動きを起こします。 システムに負荷がかかると必ずたわみが生じます。 うねり #1 の端でのたわみは、うねり #2 を壁の下に押し込みます。また、うねり #2 のたわみは、うねり #1 を壁の下に押します。

(3)スラストブロック支保工法には、システム障害を引き起こす可能性のある設計エラーがいくつかあります。

写真 4 は、荷重がウェールを左から右に押した結果を示しています。 荷重は外側のコーナー壁の土から始まり、パネルに伝わり、次にウェール #1 に伝わります。 次に、外側のスラスト ブロックが荷重を、赤い矢印で示す方向に、部分的に斜めの支柱に、部分的にウェール #2 に伝達します。 ウェールズ (上部と下部) は、支柱を連れて右にスライドして移動します。

(4)ウェールの滑りによってストラットが外れると、この壁全体が崩壊から保護されなくなります。

肝心なのは、トレンチ壁に垂直なストラットの作動力と摩擦係数では、ウェールとストラット自体が壁から滑り落ちるのを適切に防ぐのに十分な抵抗を提供できないということです。 その理由を理解するには、ほとんどのストラットを作動させる力が約 1,000 ポンドの力であると考えてください。 この場合、各垂直支柱は側壁または端壁からの 1,000 ポンドの力に抵抗できると推測されるかもしれません。 ただし、トレンチ壁に接触する支柱の後ろのパネルの表面は滑りやすくなっています。 通常、土壌に対する摩擦係数は約 0.5 です。これは、横からの荷重に抵抗できるのはストラットの作動による力の半分だけであることを意味します。 したがって、1,000 ポンドの作動力で取り付けられた各垂直支柱は、500 ポンドの滑り力にしか抵抗しません。

すべての救助支保工システムには少なくとも 2:1 の安全係数が必要であるため、これらの支柱のそれぞれが 250 ポンドの滑り力に耐えることのみを期待できます。 スラストブロック支保工システムは、せいぜい、外壁崩壊による横方向の土力に数百ポンドしか抵抗できません。 これはスラストブロックシステムの大きな設計上の欠陥です。

図3.設計された L トレンチ支保工設計 (推奨)

図は Craig Dashner、PE による。

追加荷重を含む現在の地質工学的な横方向の土力は、それよりもはるかに高い力、つまりトレンチ壁の 4 × 4 フィートの部分で 22,000 ポンドに達する可能性があります。 スラストブロックシステムを安全に使用するには、内側と外側のコーナー壁の両方にかかる滑り力に対する追加の抵抗が不可欠ですが、それは難しく、非常に時間がかかるプロセスであるため、ほとんど教えられたり提供されたりすることはありません。 これらの滑り力に対する抵抗は、適切に配置された一連のピケットで解決できますが、ピケットを使用できるのは、トレンチがピケットを設置するのに十分な幅 (ピケットの長さと大ハンマーを振るのに十分なスペース) がある場合のみです。

残念ながら、スラストブロック法を教える誤った情報を持った指導者のほとんどは、この情報を含めていません。 必要なシステム強度をスラスト ブロック システムの抵抗強度と比較すると、ティーチングを中止し、スラスト ブロック支保工設計の使用を中止する必要があることが明らかです。

角度のついた支柱に内在する滑り力を排除する簡単な解決策を図 1 に示します。図 3 に示すように、ウェールのカンチレバー部分の長さを短くすることで、その支保工設計の容量を簡単に増やすことができます。支保工システムは、ウェールを 2 フィート (水平) 間隔で配置することによって 150% 増やすことができます (表 1)。 7 × 7 インチの積層ベニヤ材 (LVL) ウェールを使用したこの設計およびテスト済みの支保工設計は、L 字型トレンチの「ベスト プラクティス」です。

ロン・ザクロキ彼は、1974 年にデトロイト (ミシガン州) 消防署で消防士としてのキャリアを始めた、消防士歴 48 年のベテランです。 1977 年にポンティアック (ミシガン州) 消防署に入局し、2007 年に大隊長として退職するまでそこで勤務しました。ミシガン州都市捜索救助部隊 (MI-TF1) で救助チームのマネージャーを務めています。 ザウォロッキ氏は、消防士の安全性と技術的救助に関する地方、州、国の委員会の委員を務め、安全要素を検証するための塹壕救助支保工システムの破壊試験の先駆者でもあります。 彼はこれまでに 1,000 か所近くの塹壕を守ってきました。 最近、Zawlocki は、USACE および FEMA の専門エンジニアのチームと SUSAR 構造の専門家と協力して、トレンチ救助支保工ガイドを開発しました。 Zawlocki は中等教育の学士号を取得し、大学院では成人教育とコース開発の研究を行っています。 彼は 30 年近くにわたり、米国、カナダ、メキシコ、中東全域で消防および救助のコースを教え、いくつかの技術的な救助訓練プログラムを開発し、著書『Trench Rescue: Principles and Practice for NFPA Standards 1006 and 1670』を共著しました。コースの教科書を執筆したほか、全国の消防救助雑誌に掲載された記事も執筆しています。