东毛高速A标QC-降低软岩隧道初期支护变形量(定稿)-20140307-黑白版-山东省版.doc

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1、降低软岩隧道初期支护变形量中铁十四局集团五公司中铁十四局五公司东毛高速项目部QC小组一、 工程概况新建六盘山隧道属于特长大隧道,全长9.48公里。本合同段承建六盘山隧道出口。隧道为分离式双洞隧道,左线长3260m,右线长3210m,独头掘进施工。隧道穿越围岩分别为、级围岩区。隧道穿越围岩较差,主要是泥质粉砂岩和粉砂质泥岩,结构稳定性差。其中级围岩左线1645m,占左线50.5%,右线1650m,占右线51.4%。隧道工期紧张,为本标段的控制性工程,同时也是本标段的重、难点工程。本隧道的重点就是穿越不良地质的施工。本标段隧道区域内的不良地质主要有涌突水段、高应力软质岩大变形、岩层不整合接触带坍塌

2、。涌突水段隧道在K12+980K13+180m处穿越大峡河谷地段以及隧道穿越褶皱构造带,受向斜、背斜影响的段落,两种岩性的交界带。隧道通过此类地形、地层时均有可能发生涌突水现象。高应力软质岩大变形本标段六盘山隧道穿越地层岩性主要以中风化粉砂质泥岩为主,岩石风化不均,风化层厚度变化大,且这些段落埋深较大,岩质属较硬较软岩,加之区域内存在高地应力现象,因此隧道深部软质岩(中风化粉砂质泥岩)存在大变形的可能。岩层不整合接触带坍塌本隧道在不同围岩级别交界处不整合接触,存在坍塌的可能。二、 QC小组概况小组成员: 表一小组名称中铁十四局五公司东毛高速项目部QC小组小组成立时间2013年3月5日注册号20

3、1306课题名称降低软岩隧道初期支护变形量课题注册时间降低软岩隧道初期支护变形量2013年3月5日课题注册号DM-2013-01小组类型攻关型活动时间2013年3月5日2013年5月20日小组成员14人NO姓 名年龄性别职务职 称组内职务1帅文斌31男总工程师工程师组长2韩利儒27男工程部部长助理工程师质量检查3梁秋彦27男质检部部长助理工程师资料管理4杨伟辉25男质检员助理工程师信息收集5汪军鹏26男质检员助理工程师技术管理6朱贵昌43男试验室主任工程师试验管理7樊祥存49男测量队长工程师数据检测8刘运良40男测量员技师数据检测9彭彬24男技术员助理工程师技术管理10康宗宁25男技术员助理工

4、程师技术管理11闫川26男技术员助理工程师技术管理12李敏32男试验员助理工程师试验统计13杨际银54男施工员技师现场负责14倪陶俊42男施工员技工现场负责小组组建及概况:为防止、解决隧道施工中普遍存在的沉降和收敛过大,初期支护变形侵限导致拆换拱现象,东毛高速A4标项目部于2013年3月5日成立了东毛高速项目部QC小组,小组成员共14人,由管理人员、技术人员、测量人员、施工人员组成,所有成员均参加接受TQC教学大纲的72小时基本知识教育,并具备现场施工经验1年以上,能熟练通过QC活动指导生产。制表:杨伟辉 时间:2013-3-5小组活动计划表: 表二时 间项 目3月4月5月6月7月8月上中下上

5、中下上中下上中下上中下上中选定课题现状调查目标值原因分析要因确认制定对策措施对策实施效果检查制定巩固措施总结制表:闫川 时间:2013-3-8三、 选题理由企业发展需求创优要求工程环境需求选定课题诚信为本、顾客至上、科学管理、铸造精品隧道穿越围岩较差,主要是粉砂质泥岩和泥质粉砂岩,结构稳定性差。岩石风化不均,风化层厚度变化大,且这些段落埋深较大,加之区域内存在高地应力现象,因此隧道深部软质岩(中风化粉砂质泥岩)存在大变形的可能。宁夏公路建设管理局针对宁夏地区多软岩隧道的特点,要求依靠现场科研、技术手段掌握准确探测大变形、高应力数值的手段,形成系统、可靠的软岩隧道快速安全施工技术。六盘山隧道作为

6、全线控制工程,建设单位对本工程施工质量特别重视,要求创优目标是“确保省、部优质工程,争创国优工程”。本标段六盘山隧道单洞合计长6470m,穿越围岩为、级围岩区,合同工期为33个月,工期紧、任务重。2013年2月六盘山隧道左线ZK15+477.4ZK15+422.4段初期支护拱架发生严重变形,隧道净空收敛变形值累计达250mm。最后通过对该段上台阶施作临时仰拱封闭,补强锁脚及临时横撑后变形得到控制,该段前后二衬衬砌完成且强度达到100%后,进行了换拱处理,共耗时20天,影响了工程进度。降低软岩隧道初期支护变形量工期和施工质量安全要求制图:汪军鹏 时间:2013-3-10选题理由确认图: 图一四、

7、 现状调查小组成员通过对隧道变形段的跟踪观察,发现初期支护变形时间集中在初期支护后1个星期内,大部分量测点变形值接近设计预留变形量150mm。其变形特征为:净空收敛、局部钢架扭曲变形、拱顶下沉、拱腰开裂、喷射砼表面出现开裂起壳和掉块等。变形初期不仅变形的绝对值很大,而且在六盘山隧道实际施工过程中双线双洞隧道的外侧横向位移速率也很大,存在结构偏压。小组成员检查收集数据对施工中各项技术指标进行统计,做出如下调查表:初期支护问题调查表: 表三序号时间项目3月1012日3月1215日3月1518日3月1822日3月2225日3月2528日3月2831日合计1净空收敛3466454322拱顶下沉3425

8、334243局部拱架扭曲变形202000154喷射砼表面出现开裂、掉块102110055拱腰开裂120001046横向位移100010027统计检查点数11101212989728总检查点数272728272626271889不合格率40.7%37%42.8%44.4%34.6%34.6%33.3%38.3%1、 检查时段:3月10日3月31日2、 检查方式:24小时值班跟进、逐循环统计3、 检查标准:按照设计预留变形量(150mm2/3)为检查标准4、 记录方式:现场日志、数字记录5、 判定方式:目测、专用工具测量6、 检 查 人:汪军鹏、闫川、康宗宁、彭彬、杨伟辉制表:刘运良 时间:201

9、3-4-1初期支护问题发生频率统计表(N=72): 表四序号项目频数频率累积频率1净空收敛3244.44%44.44%2拱顶下沉2433.33%77.77%3局部拱架扭曲变形56.94%84.71%4喷射砼表面出现开裂、掉块56.94%91.65%5拱腰开裂45.56%97.21%6横向位移22.78%100.00%7合计72100.00%制表:刘运良 时间:2013-4-1累计频率频数(点)N=72 制图:韩利儒 时间:2013-4-2现状调查频率排列图: 图二从排列图(图二)可以看出:净空收敛和拱顶下沉是隧道初期支护变形量的主要因素。五、 目标值根据六盘山隧道施工的整体要求,结合工程现场地

10、质条件和施工环境条件,通过小组讨论设定了质量控制目标。只要全力解决净空收敛和拱顶下沉这两个主要问题,就能将隧道拱顶沉降、净空收敛变形值控制在100mm以内,达到活动目标。 制图:彭彬 时间:2013-4-2小组活动目标图: 图三六、 原因分析2013年3月10日至3月31日,小组成员根据对本隧道已完成支护段的变形调查统计和变形处理施工经验,组织2次专题会议研究讨论,通过现场调查对这些影响因素进行了综合分析归纳出了12条,根据“5M1E”原则并绘制了关联图。地质构造应力爆破工艺落后,参数不合理砂石料含泥量超标软弱围岩层状发育锚杆数量少,设计支护参数弱单循环用药量大隧道围岩扰动大净空收敛初期支护喷

11、射砼强度上升慢配合比不符合要求拱顶下沉拱脚地基承载力不足初期支护完成段拱架人为机械破坏机械操作手不熟练,不精确积水浸泡拱脚施工用水和基岩内水随意排放排水方案不完善速凝剂人工添加,掺配比例不均匀地材进场质量把关不严,存在漏检爆破参数不合理质量管理不严,意识不高两台阶法施工,台阶过长奖罚力度不够喷射砼施工质量差,砼不密实,存在人为空腔检测布点不及时 施工干扰大监控量测数据收集不及时施工工序、方法不合理仰拱滞后,封闭不及时拱架安装垂直度差,连接筋焊接质量差技术交底不到位,质检员工序验收责任心不强作业人员职业素质不高锁脚锚杆施工质量差未配备拱顶锚杆作业锚杆机锚杆打入角度不合理系统锚杆施工质量差制图:康

12、宗宁 时间:2013-4-12施工现场问题关联图: 图四七、 要因确认由关联图我们共找到12个末端因数,并制定了要因确认计划表,对其进行了逐项调查及论证分析。主要因素确认计划表: 表五序号末端原因确认内容确认方法确认标准负责人确认时间1爆破参数不合理开挖爆破过程中对初期支护完成段的扰动现场调查讨论分析专家组现场调查讨论,设计合理爆破参数,弱爆破、短进尺,同时加强超前预支护措施。帅文斌2013.4.42施工干扰大,测点布置不及时布点时间滞后,未能及时采集有效原始数据讨论分析监控数据必须在初支完成后及时收集。樊祥存杨际银倪陶俊2013.4.63排水方案不完善上台阶施工用水沿拱脚流出,浸泡拱架基础。

13、现场验证拱架基础牢固,无积水、虚渣,承载力满足要求。韩利儒彭彬2013.4.64地质构造应力掌子面45倾斜节理发育,存在地质偏压讨论分析现场验证通过埋设土压力盒及钢筋计测得数据,必须有效约束应力闫川樊祥存2013.4.65原材进场质量把关不严试验检测,砂石料含泥量超标现场验证试验室进行原材料抽检、对比,必须合格朱贵昌2013.4.106施工工序、方法不合理上下台阶过长,仰拱未能及时封闭现场验证仰拱安全步距标准化指南要求40m。汪军鹏2013.4.107技术交底不到位,质检员工序验收责任心差检查技术交底记录,质检员工序验收交接单不详交底记录工序交接记录交底记录齐全,工序交接记录齐全,详细。杨伟辉

14、2013.4.108处罚力度不够检查奖罚记录检查分析严格执行质量处罚标准。梁秋彦2013.4.109机械手操作不熟练,不精确初期支护表面有机械设备碰撞的痕迹。现场验证机械操作人员必须熟练,持证上岗。康宗宁杨际银倪陶俊2013.4.1110作业人员职业素质不高作业人员缺少“创优”意识,钢架安装质量差培训记录现场验证施工偏差必须在规范要求之内。杨际银倪陶俊2013.4.1111速凝剂人工添加,掺配比例不均匀速凝剂掺配比例现场验证喷锚料掺入速凝剂比例应控制在水泥用量的5%。杨际银倪陶俊2013.4.1112未配备锚杆钻机系统锚杆的施工不垂直于岩面现场验证系统锚杆施工必须垂直于岩面。杨伟辉2013.4

15、.12制表:李敏 时间:2013-4-15确认一:爆破参数不合理现场验证情况经过组员杨伟辉、汪军鹏盯岗检查发现级围岩钻爆施工中,周边眼间距大,掏槽眼分散,爆破参数不合理,一次用药量高达240kg。如此多的炸药一次爆破对已完成的初期支护段落扰动非常大,初期支护表面掉块严重,甚至出现震裂现象。结论是要因确认二:施工干扰大,测点布置不及时现场验证情况小组成员通过调查讨论分析,洞内采用台阶法施工,上台阶空间有限,施工机械设备相互干扰大,再加上作业队为抢进度,支护完成后不能进行及时布设监控量测点,导致无法第一时间取得原始数据,不能充分反映变形数据,最终导致调整支护参数不及时。结论是要因确认三:施工用水排

16、水不畅,浸泡拱脚,排水方案不完善现场验证情况小组成员通过对方案的审查及现场验证发现,开挖方案中未对施工用水及基岩内所含水如何排出作出详细要求,导致现场上台阶水未能有效排出,浸泡拱脚,拱架基础承载力下降,拱架下沉,初期支护变形。结论是要因确认四:地质构造应力现场验证情况小组成员通过现在验证发现掌子面围岩45倾斜节理发育,存在地质偏压的可能。经埋设土压力盒测得数据显示,确实存在地质构造应力,存在对初期支护的不对称挤压作用,导致支护变形。结论是要因图五: 围岩-初衬压力曲线图 制图:樊祥存 日期:2013.3.31确认五:原材进场质量把关不严现场验证情况小组成员朱贵昌通过对砂石料进行检查发现含泥量、

17、级配及压碎值都符合规范要求,不影响喷射混凝土的强度。结论非要因确认六:施工工序、方法不合理现场验证情况小组成员通过现场调查得出,为充分发挥机械设备的工作效率,本隧道施工中采用台阶法。在台阶法施工中没有按台阶法要求进行施工,上下台阶过长,超出规定要求,延长了仰拱封闭时间。因为仰拱不能及时封闭成环,导致初期支护变形。工序调整难度大,在调查阶段仍多次出现仰拱步距超出标准化要求的现象。结论是要因确认七:技术交底不到位,质检员工序验收不负责现场验证情况小组成员对技术交底记录、工序验收交接记录进行检查,技术交底记录完整,工序交接验收记录完整,并有各工班班组长签字。现场盯岗作业人员技能操作熟练。结论非要因确

18、认八:处罚力度不够现场验证情况通过对2、3月份的施工资料检查发现,确有存在违规操作、野蛮施工而未处罚的现象发生,作业人员和管理人员麻痹大意,不能很好的认识事情的严重性,导致违规施工再次发生。经过制定详细奖罚制度,并实施后,情况已有所改善。结论非要因确认九:机械手操作不熟练,不精确现场验证情况小组成员通过于挖掘机作业时旁站盯岗发现,挖掘机大臂偶有碰撞初期支护,初期支护表面有划痕,局部有掉块。通过与操作手的交流发现,没有经过系统培训和缺少隧道环境作业经验。经过对作业司机的职业素质培训、技能培训,情况已有所改善。结论非要因确认十:作业人员职业素质不高现场验证情况小组成员通过于立架作业时旁站盯岗发现,

19、作业人员对拱架安装质量意识不高,有的人员甚至认为拱架立上就可以了,不用考虑拱架的垂直度。拱架安装垂直度偏差大小直接影响了拱架的受力,拱架越垂直受力越好,反之就越差,容易出现扭曲变形。对立架作业人员进行职业素质培训、技术培训,明确奖罚措施。结论非要因确认十一:速凝剂人工添加,掺配比例不均匀现场验证情况小组成员通过对喷射混凝土作业旁站盯岗发现,现场喷锚作业采用自动喷锚车进行作业,速凝剂实现了自动计量掺配,良好控制喷射混凝土配合比施工质量。结论非要因确认十二:未配备锚杆作业锚机现场验证情况小组成员通过对锚杆作业旁站盯岗发现,作业队为节省成本,提高效率,锚杆安装未采用锚杆钻机进行打孔,采用的是普通风钻

20、打孔,人为因素较大,打孔角度偏差大,系统锚杆安装不能垂直于岩面,不能充分发挥系统锚杆的抗剪能力,有可能导致支护变形。项目部购置专用锚杆机,同时对锚杆作业人员进行职业素质培训。结论非要因通过以上的调查分析,我们得出五个结论和原因: 初期支护变形问题主要原因汇总表: 表六序号要因负责人确认日期1爆破参数不合理帅文斌2013.4.42施工干扰大,测点布置不及时樊祥存杨际银倪陶俊2013.4.63排水方案不完善韩利儒彭彬2013.4.64地质构造应力闫川樊祥存2013.4.65施工工序、方法不合理汪军鹏2013.4.10八、 制订对策、措施确定主次因素后,小组成员针对每个要因的现状进行跟踪、分析,并制

21、定了相应对策和措施,如下对策表:对策表措施: 表七序号主要因素对策目标方案措施负责人地点完成时间1爆破参数不合理弱爆破短进尺管超前减少对围岩的扰动调整爆破参数,循环进尺为1.6m,控制单次耗药量在120kg。帅文斌工程部施工现场4月15日至4月18日2施工干扰大,测点布置不及时及时布点,收集数据及时调整支护参数开挖支护完成后必须及时进行布点观测,不受任何因素影响樊祥存杨际银倪陶俊施工现场4月18日至4月23日3排水方案不完善优化排水方案确保拱架承载力优化排水方案,在上台阶中央部位挖积水坑,将施工用水和基岩内水引至集水坑内进行抽排韩利儒彭彬工程部施工现场4月20日至4月24日4地质构造应力加强拱

22、架锁脚施工约束构造应力的影响将2根长3.5m42锁脚钢管调整为2根长5m60锁脚钢管,施作角度3540,并注浆,必要时施作拱脚混凝土支墩。闫川樊祥存施工现场4月24日至4月29日5施工工序、方法不合理及时施作仰拱掌子面距离仰拱距离不大于40米做好上下台阶施工衔接,控制好安全步距,施工上台阶临时仰拱,封闭成环。左右交错落底下台阶,永久仰拱封闭。杨伟辉汪军鹏施工现场4月29日至5月3日制表:杨伟辉 时间:2013-4-15九、 对策实施根据制定的方案措施,工作中边执行、边检查、边总结,发现问题时QC小组成员及时讨论、现场攻关,找出原因,制定和完善措施,以达到预期目标。具体实施如下:实施一:爆破参数

23、不合理措施:在开挖施工中采用弱爆破、短进尺,减少对围岩的扰动,减少诱发围岩变形的不利因素。4月15日,组长帅文斌组织现场爆破攻关,控制循环进尺、单次爆破用药量、调整爆破参数。4月16日小组制定软岩段爆破参数表,明确了循环进尺在1.6m以内,单次爆破用药量应在120kg以内。表八:软岩段爆破参数表炮眼类别炮眼编号数量(发)钻孔深(m)雷管段位单孔装药量(g)总药量(g)拱顶周边眼1#18#181.6M1380014400二架周边眼19#26#81.6M118006400一架周边眼27#32#61.6M1310006000一架底周边拐眼33#34#21.6M1312002400顶上辅助35#42#

24、81.6M118006400顶中辅助43#48#61.6M910006000顶下辅助49#51#31.6M712003600中心掏槽眼52#57#71.6M312008400掏槽眼58#71#162M1120019200二架辅助72#83#121.6M7/M990010800一架辅助84#106#221.6M5/M7/M990019800抬炮眼107#117#111.6M5120013200合计:119合计:116600制表:韩利儒 时间:2013-4-18实施效果:通过17、18日的效果观察,隧道初期支护施工完成段爆破扰动明显减弱,没有再出现喷射砼表面开裂、掉块现象。实施二:施工干扰大,测点

25、布置不及时措施:针对隧道内各工序、机械设备干扰大,监控量测点布设不及时,导致数据收集不及时,不能有效指导施工的问题。项目部成立专门监控量测小组,负责测点布设和数据收集工作,QC小组成员负责监督。4月20日,项目部召开专题会议,要求作业队全力配合监控量测工作,一切影响、干扰监控量测工作的因素决不允许存在。现场管理人员及时有效掌握洞内动态施工情况,初支完成后及时通知监控量测小组布点及观测。实施效果:测点布设及时,收集数据真实、有效、可靠,能为调整支护参数提供依据。实施三:排水方案不完善措施:4月21日,小组召开排水方案优化专题会,洞内水源主要是施工用水和基岩内水,水对软岩隧道危害非常大,解决好水的

26、问题,隧道基本成功90%。隧道防排水采取“防、排、堵、截”相结合,掌子面水量较大时,采取全断面径向注浆堵水,水量较小时,在上台阶中央位置挖集水坑和横向引水沟,将施工用水和基岩内水引至集水坑,通过水泵进行抽排,已完成初支段渗水通过环向排水盲沟引排至纵向排水管。实施效果:连续1周严格执行优化后的排水方案,做到上台阶不存水。拱脚没有发生积水浸泡现象,拱脚基础牢固可靠。实施四:地质构造应力措施:4月24日,小组成员组织讨论制定加强拱脚锁脚锚管方案,施作加长锁脚注浆锚管和拱架落底砼基础进行加固,约束构造应力影响。加长型锁脚锚管长5米,直径60mm,每榀拱架每侧2根,采用“L型”筋与钢架绑焊牢固,充分发挥

27、加强锁脚的约束能力。实施效果:按照掌握的1周监控量测数据显示,加强拱脚锁脚锚管方案有效控制了初期支护的收敛变形。长锁脚锚管及拱脚混凝土支墩是保证钢架受挤压状态下稳固的重要手段。照片一:钢架拱脚采用锁脚锚管加固 拍摄:杨伟辉 日期:2013.4.24实施五:施工工序、方法不合理措施:4月27日,在上台阶已完成初期支护段出现了两条环向裂缝,在小组成员现场调查讨论后,确定是因为上台阶过长,仰拱封闭周期过长,导致初期支护出现裂缝。组长帅文斌决定暂停掌子面施工,上台阶施作临时仰拱进行封闭,确保仰拱距掌子面安全步距40m以内。同时加强监控量测数据收集与分析。数据显示临时仰拱强度达到70%后,数据稳定。加快

28、下台阶落底和永久仰拱封闭,同时掌子面继续作业。实施效果:按照2周时间收集的监控量测数据,小组针对仰拱步距跟进活动的开展,仰拱施工完成段初期支护收敛速率明显减小并能较短时间内趋于稳定。图六:初期支护水平收敛速率折线图 制图:樊祥存 日期:2013.5.14图七:初期支护拱顶沉降速率折线图 制图:樊祥存 日期:2013.5.8十、 效果检查1、直接效果为了验证小组活动的质量效果,小组成员统计了5月3日5月17日连续14天初期支护监控量测变化,累计变化平均值为78.5mm,达到良好的预期目标。 制图:韩利儒 时间:2013-5-17活动效果图: 图八2、间接效果、社会效益:因为对高风险软岩隧道变形量

29、的有效控制,加快了工程进度,为隧道施工提供了安全保障,也得到了业主的好评,提高了企业知名度和市场竞争力,为中铁十四局在宁夏隧道工程市场做大做强做出贡献。、经济效益:这次QC小组的技术攻关,全面提高了隧道的施工质量,根据现场实际变形量看,隧道预留变形量从150mm调整到100mm后。在施工过程中减小预留变形量,减少了开挖方量、减少了混凝土施工方量、减少了拱架加工长度,同时节约了施工工期。表七: QC活动经济效益发生成本计算表制表:梁秋彦 时间:2013-5-22表八:QC活动经济效益理论节约成本效益计算表序号类别预留变形量节约量(每延米)单价(每延米)活动期间施工量(m)成本节约(万元)150m

30、m100mm1开挖方量(m)110.92 109.63 1.29 88.85 200.00 2.30 2拱圈拱架加工长度(I20a)(m)31.34 31.06 0.28 189.08 1.06 3拱圈喷射砼(m)5.43 4.99 0.44 651.74 5.69 4二次衬砌(m)13.01 12.17 0.84 631.96 10.66 5合计19.72 制表:梁秋彦 时间:2013-5-22十一、 巩固措施、成果巩固:通过QC活动,小组制定并采取了行之有效的方案措施,并进行了周密的部署安排,各种方案措施实施较为顺利,使隧道的变形量得到了一定的控制。在活动开展过程中,初期支护收敛沉降变形值

31、均控制在100mm以内,达到了良好的预期目标。 针对软岩隧道初期支护施工中容易出现的各种施工质量问题,小组编写了六盘山隧道软弱围岩段初期支护专项施工方案,用于指导后续施工,也可作为今后宁夏地区同类型隧道施工方案参考。、巩固效果检查:2013年6月到8月进行两个月的巩固期跟踪检查,初期支护变形量均达到了预期的目标及效果。十二、 总结和小组下一步打算1、总结:通过开展QC活动,小组成员充分体会到了QC活动对隧道软弱围岩段施工控制隧道变形的有效性,在QC小组活动中,各成员不但展现了才智、特长,而且丰富了自己的知识,业务水平、协作精神也得到了较大的提升。综合自我评价表: 表九项目自我评价(满分100分)活动前活动后质量意识8592业务水平7586工作精神8090解决问题9096团队精神8298制表/制图:汪军鹏 制图/制表时间:2013-5-202、下一步打算:通过本次QC小组活动的成功,提高了小组不怕困难,敢于创新的科研精神。下一步,我们计划针对隧道即将进入泥质粉砂岩围岩开展提高泥质粉砂岩隧道的光面爆破效果作为QC活动课题,全面提高施工质量和工作效率,希望自身的工程实践经验及理论知识在下一次的实践中得到新的提升。

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