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Tiefbauunfälle 2015: Erkenntnisse

Tiefbauunfälle Lessons Learned

Vom 10. bis zum 14.8.2015 hatte ich das Vergnügen, den Kurs “Trench Rescue Technician” an der Michigan Urban Search and Rescue Foundation teilzunehmen. In einschlägigen (US-)Kreisen gilt dieser Kurs als der intensivste und fortschrittlichste überhaupt. Nachfolgend werde ich versuchen, die Lessons Learned, also die wichtigsten Erkenntnisse, aufzuzeigen – ohne Anspruch auf Vollständigkeit. In näherer Zukunft werde ich auch versuchen, tiefer auf einzelne Aspekte dieser Erkenntnisse einzugehen .

I had the pleasure to participate in the Trench Rescue Technician course, held by the Michigan Urban Search and Rescue Foundation between August 10 and 14 in Howell, Michigan. It is widely considered as the most advanced and demanding Technician course in this field. Following, I will try and list the most important lessons learned. I will try to dive deeper into certain aspects of these lessons in the near future.

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Crossshoring

1 Hintergrund

In den USA unterscheidet man bei vielen Themen zwischen drei Qualifikationsstufen:

  • Operations: Grundausbildung bzw. Einweisung, arbeiten den Technicians und Specialists zu
  • Technician: Fundierte Ausbildung, Fachpersonal an der Einsatzstelle
  • Specialist: Erweiterte Ausbildung, Qualifikation zum Ausbilder

Im Idealfall zählen Ersteinsatzkräfte Operation-Qualifizierte in ihren Reihen, die geeignete Erstmaßnahmen treffen. Daraufhin erscheinen die Technicians mit Sondergerät und der entsprechenden Ausbildung, um den Einsatz zu bewältigen. Dieses System hat sich – zumindest in Michigan – bei einer Vielzahl von Tiefbauunfällen bewährt.

Bei Tiefbauunfällen gibt es keine Vorgaben, wie die Qualifikationen inhaltlich aussehen sollen, insofern gibt es auch entsprechende Qualitätsunterschiede. Auch gibt es verschiedene Philosophien.

Antreiber des MUSAR Kurs ist Ron Zawlocki, der über die Jahre und entsprechender Einsatzerfahrung im Rahmen der Michigan Task Force 1 als Vorreiter in diesem Thema gilt. Mit Buddy Martinette ist er Co-Autor der nächsten Ausgabe des Referenz-Buchs, die im Oktober erscheinen soll.

1 Background

In the US, there are usually three levels of qualification for particular disciplines:

  • Operations: first due personnel that will perform initial work, and subsequently work for technicians
  • Technician: qualified personnel that will perform the rescue on scene
  • Specialist: most highly qualified, and entitled to teach others

There are no national standards for a technician curriculum, resulting in a wide array of course contents, philosophies and obviously quality.

The MUSAR course is brainchild of Ron Zawlocki, co-author of the upcoming next edition of Buddy Martinette’s “Trench Rescue” book, considered as the benchmark in this field. As member of Michigan TF1, he has participated in a number of trench rescues.

MUSAR Trench Technician Class 2015

2 Der Kurs

Dieser jährlich abgehaltene Kurs (50 Stunden) baut auf dem Operations auf, und qualifiziert zum Trench Rescue Technician. Vorkenntnisse sind notwendig. Etwas mehr als 25 Teilnehmer werden dabei von einer sehr erfahrenen Ausbilder-Mannschaft physisch und geistig durch die Woche getrieben. Kursbeginn um 0700, Ende ca. 1700. Dazwischen nicht viel mehr als drei Pausen mit einer Gesamtzeit von unter einer Stunde. Entsprechend motiviert und körperlich fit sind nicht nur die Ausbilder, sondern auch die Teilnehmer. Der Tag beginnt mit ca. 1 bis 2 Stunden im Lehrsaal, danach geht es ins Feld. Essen und Trinken müssen selbst mitgebracht werden.

Zwischendurch werden auch praktische Tests gefahren, insbesondere Belastungstests vom Verbau, so genanntes “destructive Testing” – die Kursinhalte beruhen größtenteils auf in der Praxis ermittelte Grenzwerte.

Besonders hervorzuheben der “Deep Trench” mit ca. 450cm Tiefe.

Grober Ablauf:

  • Vorlauf Vorab zugeschicktes Kursmaterial und Hausaufgaben: Errechnen von Bruchlasten und Sicherheitsfaktoren.
  • Tag 1 Theorie: Neueste Erkenntnisse, Berechnungen, Taktik. Praxis: Standardmässiges Vorgehen, neue Erkenntnisse
  • Tag 2 End Wall Shoring (Abstützen Wand-Ende), Deep Trench
  • Tag 3 Intersecting Trenches (Kreuzungen): L und T-förmige Tiefbaugruben
  • Tag 4 Rigging and Lifting: Maschinelles Heben und Versetzen, notfallmässiges Heben. Abends: Theroetische Prüfung
  • Tag 5 Besprechung der Prüfung. Spezialanwendungen und Abschluß

2 The course

This once-a-year course builds on the Operations level, lasts 50 hours and qualifies participants as Trench Rescue Technician. 25 plus participants learn all the necessary skills in a physically demanding week, including brainwork. Course begins at 0700 and ends around 1700, with breaks averaging one hour at most. Class begins in the classroom, and moves into the field 1 or 2 hours later. Both trainers and students are physically fit and motivated.

In between, destructive tests of shoring components will be held. Course contents are mostly based on data collected in the field through such testing.

In particular, the Deep Trench at around 16ft should be mentioned.

Schedule:

  • Before the course Homework including calculations, eg safety factors
  • Day 1 Theory: newest learnings, calculations, tactics. Field work: standard Trench, newest learnings
  • Day 2 End Wall Shoring and Deep Trench
  • Day 3 Intersecting (T and L) Trenches
  • Day 4 Rigging and Lifting, written test
  • Day 5 Discuss Test, special applications and Wrap Up

3 Berechnungsgrundlagen

Panel Breaking Test

Grundthese: für Tiefbauunfälle gibt es keine auf Rettungsarbeiten zugeschnittene Richtlinien, wie dies z.B. für Gebäudeeinsturz der Fall ist. Aktuell werden Werte aus der Baubranche übernommen. Auch beruhen einige Vorgehensweisen auf falsche Annahmen. Bruchlasten, Abstandstabellen werden von Herstellern aus der Baubranche übernommen, anstatt für die Rettung zugeschnitten zu sein.

Ganz fundamental ist die Dissertation von S. Maria LaBaw mit dem Titel “Earth Pressure Determination in Trench Rescue Shoring Systems“. In Verbindung mit praktischen Versuchen wurden feldtaugliche Berechnungsgrundlagen für die Errichtung eines sicheren Rettungsverbaus abgeleitet.

Die wichtigsten Punkte:

  • Die auftretenden Kräfte können berechnet, und daraus der notwendige Verbau bzw. seine Komponenten ermittelt werden
  • Einführung von Standards bei Gerät, insbesondere “feuerwehrtaugliche”, einheitliche Abstände

Als aktuell gültige Grundlagen gelten:

  • Erddruck lässt sich aus dem “Einzugsbereich” einer Stütze, ihrer Tiefe sowie der Erdbeschaffenheit berechnen. Als Standardwert für Letzteres wird die Bodenart “C60” genommen, also nicht-bindiger Boden mit Seitendruck von 60 Pfund pro Quadrat-Fuss.
  • Standardabstand zwischen Strongbacks (die auf den Schaltafeln aufgenagelten Bohlen) ist 4 Fuss (4′, knapp 130cm). Standardabstand vertikal und horizontal zwischen verbauten Stützen ist immer 4′, aber maximal 2′ (60cm) von Oberkante sowie Boden des Grabens
  • Grundsätzlich sollten Finnforms eingesetzt werden, denn sie verhindern nicht nur das Rieseln von losem Gestein, sondern halten auch ganz erhebliche Kräfte auf. “Spot Shoring”, also das Drücken von Stützen direkt in das Erdreich, ist kontraproduktiv

3 Basis of calculations

Thesis: there are no existing guidelines for Trench Rescue, as well as no existing Field Operations Guide, as for example can be found in Collapse Rescue. Current calculations and recommendations – for example shoring spacing – are based on construction work, not rescue work. S Maria LaBaws dissertation  named “Earth Pressure Determination in Trench Rescue Shoring Systems” is fundamental to understanding the context of soil in rescue, for instance weights / forces as well as behaviour. Together with the practical tests done at MUSAR, there is now a much better understanding of how Trench Rescue Shoring should be done.

Core issues:

  • Existing forces can be calculated, and thus a shoring be applied that will be sufficient to capture the estimated forces
  • Introduction of “fire department valid” standards regarding equipment used as well as standard distances

Fundamentals:

  • Soil pressure can be calculated from a shore’s “tributary” area, its depth and soil type. We’ll always be assuming worst case, or C60 in the US, resulting in 60lb/sqf
  • The standard distance is 4′ between strongbacks, as well as standard horizontal and vertical spacing, with no more than 2′ off the lip or bottom of the trench
  • Finnforms should always be used, as they do not only keep loose soil back, but also will support with substantial forces. Spot shoring is contra productive, as it does not create a “force cone”, but rather creates a counter-reaction, making the soil bulge

4 Neue Erkenntnisse / New Learnings

Offiziell habe ich nur an zwei Tiefbau-Lehrgängen teilgenommen: HOT Class (1 Tag) während der FDIC Indianapolis 2008 sowie dem dreitägigen Trench Rescue Technician-Kurs am damaligen Fire Services College in Moreton in Marsh, UK. Seitdem hat sich einiges getan, die wichtigsten Erkenntnisse werden nachfolgend ohne Anspruch auf Vollständigkeit vorgestellt. Ich werde versuchen, diese in naher Zukunft ausführlicher anzugehen.

I have only participated in two official Trench Rescue classes: a HOT class at FDIC in Indy, 2008, and the Trench Rescue Tech course at FSC in Moreton-in-Marsh. The world has moved on since then, and here are some learnings I have taken with me. By no means are they complete, and I will attempt to present them in the near future.

4.1 Taktik / Tactics: Teams

Trench Rescue Tactics

Die Mannschaft gliedert sich in folgende Teams:

  • Entry Team: Erkundet die Einsatzstelle, sichert diese, beseitigt Gefahren und stellt den Zugang sicher, z.B. über Leitern.
  • Panel Team: Setzt die Groundpads sowie Trench Panels (Schalungstafeln)
  • Shoring Team: Setzt die Stützen

Auch muss die Logistik betrieben werden (z.B. Bereitstellung von Gerät), außerdem kann Personal recht fließend zwischen den Teams wechseln, je nach Auslastung. Es können auch mehrere Teams der gleichen Art bestehen, z.B. Panel 1 und 2. Wichtig ist jedoch, dass insbesondere die Teamleader (Squadboss bzw. Staffelführer) sich intensiv austauschen.

The team is comprised of:

  • Entry Team: Assesses and secures the site, mitigates dangers and enables access, eg. via ladders
  • Panel Team: lays out the ground pads and trench panels
  • Shoring Team: shores up the trench.

Further, there are logistics (eg. staging area), and personnel can be moved between teams There can be more than one team of each kind, eg. Panel 1 and 2. Squadbosses must constantly communicate in order to keep the process smooth.

4.2 Taktik / Tactics: Shoring-Sequenz

Trench Rescue Primary Shoring

Das Setzen des Verbaus lässt sich in drei Phasen einteilen:

  1. Primäre Sicherung (Primary Shoring): Am und um den Kopf des Patienten, bzw. Sicherung des Patienten. Dies hat absoluten Vorrang. Dabei gibt es keine Vorgabe in Bezug auf die vertikale Reihenfolge der Stützen. Notfalls wird eine erste Stütze mittig gesetzt, auch nicht zwingend auf dem Strongback, sondern direkt auf das Panel, je nach Lage. Wichtig:  das muss schnell gehen. Lieber eine nicht ganz perfekte Abstützung, dafür aber ist der Patient gesichert.
  2. Sekundäre Sicherung (Secondary Shoring): Sichern des Arbeitsbereichs, in dem die Rettungskräfte dann tätig werden
  3. Ergänzende Sicherung (Complete Shoring): Setzen weiterer Tafeln, um beispielsweise den Rettungsweg abzusichern, oder Verbau nach Ausgrabung. Hier kommt je 60cm Tiefe eine Stütze zum Einsatz.

Shoring is divided into three phases:

  1. Primary shoring: the first set is placed around the patients head, as well as the patient’s body. This has absolute priority. There are no set tules as to which set of shores is set first. If it has to be, a spot shore in the middle can be installed, even directly into the panel rather than using the strongback. Speed is of essence, and further struts can be placed subsequently
  2. Secondary shoring: creating and securing the working space for rescuers
  3. Complete shoring: securing the “rescue path” as well as installing further panels as the patient is being dug out. Place one strut every 2′ of depth 

4.3 Tiefe Grube / Deep Trench

Trench Rescue Deep Trench

Nach “Operations” ausgebildete Kräfte dürfen einen Verbau nur bis 8′ Tiefe (ca 240cm) setzen. Jenseits davon spricht man von einem “Deep Trench”. Unsere Grube war mit knappen 15′ (450cm) sauber tief, mit besonderen Anforderungen an die Taktik. Man geht davon weg, Binderiegel (s. 4.7.) einzusetzen, da diese dem potenziellen Erddruck nicht standhalten würden, sondern setzt einzelne Stützen. Auch werden die Panels versetzt eingesetzt, um einen lückenlosen Verbau zu setzen.

Nach diesem Durchgang wurde eine Stütze mit Druckmesser hinterlassen, die zwei tage später ca. 1.5 Tonnen Druck aufzeigte.

Operations-level rescuers are cleared to work in trenches up to 8′ deep. Beyond that, a trench is considered “deep” and must be shored by technician qualified personnel. There are quite different requirements as to how to shore it up. The use of wales is discontinued, as these would not stand the potential ground pressure. Further, the panels are offset (turned around) in order to create hermetically closed shoring.

A shore with load cell was left in the trench, showing 3.000lbs of pressure two days later.

4.4 Schalungstafeln / Trench Panels

trench panels

Trench Panels

Tja, und schon ist dieser nicht mal ein Monate alter Artikel mit Empfehlungen hinfällig. 250cmx125cm kommt der US-Länge 8’x4′ am Nächsten. Standardisierte Abstände, Belastbarkeit, und handlicher sind sie auch. Der Strongback steht nur an einer Seite über und ist mit einem 5er-Muster geschraubt sowie verleimt. Die Seile werden fix angebracht, und erleichtern das Handling sehr. Durch die Dimension auch sehr handlich, mit 2 Mann geht das problemlos.

Soll übrigens nicht heißen, dass größere Panels somit hinfällig sind!

This one month old article with recommendations is already outdated. Panels should be of the size 8’x4′, the strongback screwed and glued (one 5-pattern per foot) with only one end sticking out, the rope set permanently in place for easier handling by two team members. Larger size panels are not obsolete or invalid, just a little bit more cumbersome.

4.5 Arbeitsbrücken / Lip bridges

Trench Rescue Lip Bridge

Die Arbeitsbrücke ermöglicht das Überbrücken von eingestürzten Stellen, und führt die Last nach stabileren Bereichen ab. Über den Graben werden Binderiegel (“wales”) geschoben, darüber die Brücken. Im Bild oben werden sie vorgefertigt mitgeführt. Alternativ können z.B. Leitern mit einer 5×20 Bohle darüber verwendet werden.

Lip Bridges allow to span collapsed or caved area and spread / lead the load to more stable areas. Wales are put across the trench, and Lip Bridges set on top. In the picture above, the lip bridges are prefabricated, alternatively consider a ladder with a 2×8 or similar placed on top.

4.6 Innere Ecke in T- und L-Gräben / Inside Corners in T- and L-Trenches

Trench Rescue L-Trench

Tiefbauunfälle Lessons Learned

Trench Rescue T Trench inside corner

Das Video oben ist eigentlich falsch betitelt, da hier nicht das Gerät versagt, sondern das System. Das “Fangen” einer Ecke ist nicht einfach, und das Problem mit schrägen Stützen ist hier gut zu sehen: zu viel Druck, und sie scheren seitlich ab. Stand der Dinge ist, die Panels in der inneren Ecke vorher mit einem Eckstück zu verbinden, und komplett in die Grube herabzulassen. Ist die innere Ecke abgebrochen, kann sie z.B. mit Niederdruck-Kissen oder “backshores” (s.u.) ertüchtigt werden.

Bei einer “T”-Grube werden noch die Paratech Binderiegel vormontiert. Der extra Zeitaufwand für die Montage wird mehr als locker schnell wieder eingeholt.

The video above is not titled properly, as it is not as much equipment failure as a physical problem: too much pressure on the struts, and the panels shear off. The solution is to join the two inside panels with a corner piece, put it into place and backfill or backshore it, For a T Trench, Paratech wales are mounted beforehand. They do become quite heavy and it takes a little bit of time, but in the end it is much quicker and safer.

4.7 Binderiegel / Wales 

Binderiegel (“wales”) sind Kanthölzer, mit denen Entfernungen überbrückt werden können, beispielsweise um Platz für Rettungsarbeiten zu schaffen oder T- und L-Gruben zu verbauen. In diesem Video wird der Erddruck mittels eines Hebekissen mittig auf einem 15er Fichten-Kantholz (“6×6”) simuliert, Standardlänge 8′, also ca. 240cm. Die Bruchlast beträgt ca. 15.000 lbs, knapp 7 Tonnen. Bei Berechnung des theoretischen Erddrucks (s.o. Punkt 3) kann diese Art von Binderiegel nur bis zu einer Tiefe von 180cm (6′) eingesetzt werden, ab dann ist der Sicherheitsfaktor aufgebraucht.

Wales are also used to cover distances or gaps in a trench, in order to have more room for rescuers, as well as in T- or L-Trenches. This video shows a field test, taking a 8’x 6×6″ wale to breaking point. Failure was reached at 15,600lbs. Using the calculations above (see 3.) the maximum safe depth for such a wale is no more than 6′, beyond which no safety factor is left.

Trench Rescue LVL wale

Trench Rescue LVL Waler

Bruchtests haben ergeben, dass so genannte LVL (Laminated Veneer Lumber), bei uns vermutlich Furnierschichtholz die höchste Belastung aufnimmt. Die Bruchlast für ein 8′ (240cm) Stück im Test wie oben beträgt jenseits von 20 Tonnen und ermöglicht somit den Einsatz in größeren Tiefen. Ein 4m langes Stück wiegt ca. 100kg.

Zum Einsatz in T- und L-Gruben wird ein Scharnier angebracht.

Destructive tests have shown that LVL (Laminated Veneer Lumber) has the strongest breaking capacity, with loads in excess of 44.000lbs at 8′ length. A 12′ length of LVL wale will weigh in at around 200lbs. For use in L and T trenches, a hinge is added.

4.8 Verfüllen, sichern / Backfilling, Shoring, Buttress

Trench Rescue Backshoring

Trench Rescue Buttress

trench Rescue Backfill with airbags

Schalungstafeln müssen möglichst senkrecht eingesetzt werden. Um dies zu erreichen, können Hohlräume verfüllt werden (z.B. mit Erdreich, Hebekissen), aber auch abgestützt, insofern die Kräfte vernünftig abgleitet werden.

Shoring panels must be set as vertical as possible. To achieve this, voids and gaps cab be backfilled using soil or low pressure bags, as well as shored (Backshoring, Buttress). 

4.9 Sichern einer Ausgrabung / Excavation shoring

Trench Rescue Excavation Shoring

Trench rescue Excavation Shoring

Trench Rescue Excavation Shoring

Soll eine Wand abgestützt werden, z.B. bei einer größeren Ausgrabung, kommt ein adaptierter Stützbock zum Einsatz. Dieser wird außerhalb zusammengebaut (Aufwand ca. 10-15 Minuten wenn das Gerät vorkonfiguriert ist) und über die Kante abgelassen. Mittels Heringe wird er mit der Wand verbunden um ihn zu fixieren. Hier wurde der pneumatische Pakhammer als “Schlagwerkzeug” eingesetzt.

For larger excavations, a modified raker shore can be assembled outside the trench (time ca.10-15 minutes if preconfigured) and subsequently placed in the trench/ excavation. It is fixed to the wall with the help of pickets. Here, we used the pneumatic Pakhammer to set them in place.

4.10 Abgehängte Schalungstafel / Suspended Panel

Trench Rescue Suspended Panel

Trench Rescue Suspended Panel

Trench Rescue Suspended Panel

Ein wirklich einfacher und genialer Trick, um eine Schalungstafel abzuhängen. Die ist z.B. der Fall, wenn der Patient direkt an der Seitenwand liegt, und die Schalungstafel nicht komplett herabgelassen werden kann. An den Seilen werden Prusik-Knoten angebracht, die eine Höhenverstellung ermöglichen. Die gesamte Tafel wird an einem Hering mit einem weiteren Prusik angehängt, somit lässt sich das Panel exact platzieren.

A simple and genius trick allowing for suspended panels. As an example, this might be required if the patient is lying up against a trench wall and the panel cannot be positioned on the trench floor. A simple prusik on each side, which are then joined by the “master” rope. Another prusik at the picket allows for exact and easy positioning of the panel.

5 Und zuletzt

Diese Erkenntnisse sind keineswegs vollständig, allerdings würde dieser Artikel wesentlich länger werden. Ich hoffe, im Laufe der Zeit einige davon noch aufzeigen zu können, sowie einige der Techniken oben etwas vertieft anzugehen.

Unterm Strich zählt jedoch für mich, dass dieser Kurs auf uns “umgemünzt” werden muss, um auch bei uns endlich einen Standard festzulegen, der auf der Höhe der Zeit und praxistauglich ist. Wir müssen daraus die “Operations – Technician – Specialist” – Anforderungen erzeugen und umsetzen.

Zweifelsohne setzt der besuchte Trench Rescue Technician-Kurs in Howell den Benchmark, also das, woran man sich orientieren sollte.

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