中铁二十局六公司注浆止水加固围岩施工质量控制.ppt

祁连山隧道三叉东沟斜井 注浆止水加固围岩施工质量控制发表人 孙文文 目录 工程概况 QC小组概况 选题介绍 现场情况 课题运作 PDCA循环 目录 综合效益分析 经验和打算 一 工程概况 祁连山隧道全长9490m 大梁隧道全6840m 祁连山隧道 大梁隧道 进口位于硫磺沟 出口位于小平羌沟 祁连山三叉东沟斜井 地质情况 长度 施工情况 地理位置 工点区域为祁连山中高山区 地质复杂 隧址位于冷龙岭褶皱带 平均海拔为3500 4345m 最高海拔为4345m 1478 31m 位于祁连山北坡三叉东沟内 与正洞相DK341 600 位于线路右侧 线路纵坡为0 8 三叉东沟斜井整体现状 地质复杂 隧道主要行走在基中洞身地表起伏较大 进口段通过F6 F7两条断层 岩石破碎 富含地下水 洞身处褶曲发育 部分段落节理裂隙发育 岩体破碎 存在围岩失稳 涌水 泥 问题 尤其穿越断层段 为隧道史上首次 没有经验可供借鉴 施工风险极高 斜涌水严重 斜井位于祁连山主脊的下游 地下水受大气降水 冰雪融水和来自祁连山主脊方向的地下径流补给 设计正常涌水量为13042m3 d 最大涌水量达到3 9万m3 d 2011年3月20日凌晨1 38时 三叉东沟斜井掌子面 X6 60 突发涌水事故 出水点位于掌子面上台阶右侧拱脚部位 呈柱状涌水 喷射状水柱直径约100cm左右 经测定涌水量达到约56000m3 d 二 QC小组情况 助理工程师 组员 工区副总工 助理工程师 组员 王杰 曹玉友 王鑫 助理工程师 组员 孙文文 工区副经理 唐林 工区长 组长 副组长 张云平 副组长 成立时间 2010年10月20日 质量目标 实现部级优质工程 争创国家优质工程 QC小组简介 活动时间 2011年6月6 2011年11月6日 公关课题 中铁二十局集团有限公司兰新铁路甘青段项目经理部二工区祁连山隧道三叉东沟斜井注浆止水加固围岩施工质量控制 三 选题介绍 课题名称 祁连山隧道三叉东沟斜井注浆止水加固围岩的质量控制 选题理由 1 施工实际需要2 施工进度要求3 施工质量要求4 科技创新需要 隧道注浆止水加固围岩施工原理 隧道注浆止水是一种加固地层 封堵水源的方法 适用于软弱围岩及断层破碎带 自稳性差的含水地质地段 在开挖前采用超前围岩预注浆可有效的封堵地下水并加固软弱围岩 避免因围岩破碎造成塌方或地下水含量大引发涌水而引发各种工程事故 四 现场情况 2011年3月20日凌晨1 38时 2 斜井掌子面 X6 60 突发涌水事故 18 45 水涌出洞外经测定涌水量达到约56000m3 d 3月24日 涌水量达到约30200m3 d 2011年4月3日开始抽水 2011年6月4日抽至X6 60 截止6月8日共抽水220万m 掌子面右侧涌水处照片 五 课题运作 PDCA循环 PDCA循环是由美国统计学家戴明博士提出来的 它反映了质量管理活动的规律 P Plan 表示计划 D Do 表示执行 C Check 表示检查 A Action 表示处理 目标手段 改善循环 维持循环 训练执行 改善对策对策执行 分析评估 1 计划阶段 P 现场施工处理方案 关于X6 80 X6 40段设置临时仰拱 增加喷射23 厚C30砼作为临时仰拱 鉴于注浆加固时间较长 且X6 80 X6 40段设置临时仰拱后 此段即可稳固 因而X6 40 X6 20段在X6 80 X6 40段临时仰拱完成后即可开挖上台阶 关于X6 50 X6 80段进行注浆加固处理 X6 60 X6 40段围岩为泥盆系紫红色砂岩 透水性较差 而X6 60 X6 80段围岩为灰岩 地层中度富水 因此将注浆加固范围调整为X6 50 X6 80 注浆加固先采用马丽散化学浆 待止水后再补注水泥单液浆以提升围岩加固强度 加固圈厚度应不低于5米 注浆过程中要加强质量管理 确保注浆效果 注浆加固前 在出水点位置预埋设砼管排水 将X6 50 X6 80段二次衬砌调整为 级曲墙式衬砌 衬砌参数不变 关于集水仓建设 因目前掌子面处于灰岩与砂岩的过渡段 掘进过程依然可能发生漏水 宜将水仓位置置于X6 20 X6 00段 选择围岩条件较好的地段设置 对于X6 60涌水处右侧边墙小溶腔 采用砼封墙 封堵厚度不小于3米 现对注浆止水加固围岩做进一步的阐述和研究 注浆施工工艺流程见图1 注浆管采用 42mm热轧无缝钢管 壁厚5mm 加工制作 管长4m 5m 施工前 先按设计孔位准确测量出孔位 然后采用钻机钻孔 注浆孔开孔直径不小于50mm 终孔直径不小于55mm 钻孔完成后 把事先加工好的孔口管安放在钻机钻臂上 低速推进钢管 然后牢固埋设孔口管 同时采取有效的止浆措施 注浆材料 注浆材料采用马丽散化学浆以及普通水泥 水玻璃双液浆联合注浆止水加固围岩 施工过程中根据现场实际以及水量大小对浆液的浓度进行调整 注马丽散1 注马丽散2 注马丽散3 注双液浆1 注双液浆2 注浆工艺 采用KBY 50 70注浆泵压注双液浆 注浆前先冲洗管内沉积物 堵做好注浆口 由下至上顺序进行 浆液先稀后浓 注浆量先大后小 注浆压力由小到大 注浆参数的确定 注浆参数主要依据经验选定 水泥 P O42 5普通硅酸盐水泥注浆压力 一般参考注浆处静水压力加上0 5 2MPa浆液初凝时间 30s 2min30s单孔注浆理论量 Q R 2 L R 0 25mL 4m或5m 0 8 0 9 0 03 0 05Q4m 0 15 0 28m3Q5m 0 19 0 35m3 注浆结束标准 当注浆量达到设计注浆量时 而注浆压力不上升则调整浆液配比 缩短凝胶时间 并采取间歇注浆措施 控制注浆量 或注浆压力达到终压后并稳定10min 且注浆量达到设计注浆量的80 以上 进浆速度为开始进浆速度的1 4 即可结束注浆 注浆异常现象处理 注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变法情况 分析注浆情况 防止堵管 跑浆 漏浆 做好现场注浆记录 现场记录数据 见附表1 串浆时及时堵塞串浆孔 泵压突然升高时 可能发生堵管 应停机检查 找出原因 进浆量很大 压力长时间不升高 应重新调整浓度及配合比 缩短胶凝时间 注浆效果检查 注浆后在分析分析资料的基础上采用压水试验和现场观察法检查注浆效果 当表面有线状水或面状渗水时要进行补注浆 注浆现场情况分析 2011年7月23日开始施工 采用先注马丽散化学奖再注水泥 水玻璃双液浆 2011年8月1日 QC小组对注浆止水加固工程质量进行统计分析 影响其工程质量的主要因素有 注浆量 注浆压力 浆液配合比 胶凝时间 孔位布置及机械设备损坏等 缺陷列表如表1所示 表1 根据频率统计表找出主要缺陷 可得出结论 现阶段影响注浆止水加固质量的主要因素是 注浆量 注浆压力 浆液配合比和胶凝时间 这四项主要因素占总数的83 6 缺陷原因分析 针对上述各种因素所产生的问题 QC小组采用因果分析法进行了全面的分析 全体QC小组组员开会讨论 集思广益 就主要质量缺陷作出以下分析 图2原因分析图 从中我们找到影响注浆止水加固质量的末端因素并进行原因确认 表2原因分析表 小组成员经过讨论并且深入现场进行分析 调查论证 对末端因素逐条确认发现影响注浆止水加固质量的主要原因是 施工经验不足 注浆终压比较难控制 注浆管经常堵管 浆液配合比较难控制 制定对策 QC小组针对影响注浆止水加固质量的各种主要原因进行归纳总结 并制定相应的对策如下表3 2 实施阶段 D 1 坚持每天班前安全质量讲话制度 项目质量检查人员及工地值班员随时跟踪检查 2 对注浆及质检人员进行岗前培训 3 建立逐层检查制度 项目部建立以经理为首的质量保证体系 采用必要的行政手段 经济手段 进行奖罚 作到奖罚分明 4 对操作技能不合格的工人坚决更换 特别对双浆液配置 注浆进行岗前培训 并坚持持证上岗 5 严把原材料关 对进货和过程检验 杜绝不合格材料进入施工现场 6 精心组织 严格管理 严格操作规程 严格按质量评定标准进行奖罚 7 经常与兄弟单位 RPD 150C钻机供应商进行交流 学习 结合我单位施工现状 不断改进 完善 3 检查阶段 C 注浆止水现场控制质量检查 通过认真执行对策后 QC小组就注浆止水质量进行重新检查 其检查结果如表4所示 注浆止水效果检查 2011年7月19日至7月21日 共进行三次钻探 分别记录为XJ1 XJ3号孔 并对XJ1号孔进行取芯6m作业 XJ1号孔位里程X6 56 XJ2号孔位里程X6 50 XJ3号孔位里程X6 46 XJ1号孔钻探深度20 5m 取芯长度6m 向上偏10度左右 现场钻探取芯情况显示0 6m段围岩非常破碎段 为二叠系风化砂岩 局部夹泥岩 碎石状压碎结构或碎块镶嵌结构 节理裂隙很发育 取芯粒径较小 且岩芯中夹杂泥沙较多 掌子面出露岩石 人为即可轻易剥落 钻机钻速较快 基本0 8m min 钻进过程中钻孔中水流较大 钻机送水流量正常平稳 送水压力较大 钻机数据显示在与6m岩层交界处 钻孔水流明显增大 水压明显增大 送水压力在1MPa以上 初步分析为基岩承压裂隙水顺通路流出 此段岩层为富水带 注浆前芯样 2011年8月10日对注浆后岩层进行钻探取芯 记录为QX1号孔 QX1号孔位里程X6 57 QX1号孔平行底板面进行钻探取芯 根据钻探芯及钻机记录数据情况分析 之前围岩碎石状压碎结构或碎块镶嵌结构 经过注浆后得到明显粘结 节理裂隙得到明显充填 岩石硬度提高 取芯为整段块饼状 稳定推进力后 钻机钻速较平稳 基本上在0 2m min且无较大波动 进一步说明围岩整体性连续性较好 钻探过程中从钻孔无较大水流 钻机送水流量 送水压力较平稳 注浆后芯样 4 总结阶段 A 通过QC小组在施工过程中坚持不懈地研究 试验 分析 将理论与实践有机地结合起来 得出以下结论 1 采用马丽散及水泥 水玻璃双液液浆联合注浆加固围岩 止水的方式在隧道施工中具有良好的效果 是围岩软弱破碎 含水量大的隧道施工的关键工序 注浆效果的好坏决定整个隧道的安全与质量 2 注浆止水加固围岩是一个完整的工艺系统 每道操作环环相扣 相辅相成 合理的施工组织和机械配套是注浆止水加固围岩的前提 加强注浆机的管理维护是正常作业的必要条件 3 加强试验工作 为注浆止水加固围岩提供必要的理论依据 根据室内试验情况 总结双液浆各项基本规律为 模数M是水玻璃性能的一个重要指标参数 水玻璃模数的大小对注浆影响很大 模数小时 二氧化硅含量低 凝胶时间长 结石体强度低 模数大时 二氧化硅含量高 凝胶时间短 结石体强度高 模数过大过小都对注浆不利 在硫磺沟斜井注浆时 通过现场实践总结 水玻璃模数在2 4 3 4之间较为合适 收到较为理想的效果 水玻璃出厂浓度一般为50 56Be 而现场注浆使用的范围根据经验一般为30 45Be 为获得较快的初凝时间 根据室内试验数据 实验室胶凝时间如表5所示 及现场注浆情况总结 硫磺沟斜井注浆中将水玻璃稀释到35Be 较为合适 表5不同水玻璃浓度时水泥 水玻璃双液浆凝胶时间 图3不同水玻璃浓度时水泥 水玻璃双液浆凝胶时间曲线图 在水泥浆水灰比对凝胶时间影响的实验室数据中 水灰比越大 浆液凝胶时间越长 根据此规律 在硫磺沟斜井现场注浆施工过程中 结合对现场涌水量的估计 现场施工中不断调整水灰比后 在水泥浆水灰比为0 75 1 获得较适合的凝胶时间 表6不同水灰比时水泥 水玻璃双液浆凝胶时间 表6不同水灰比时水泥 水玻璃双液浆凝胶时间曲线图 从水泥浆与水玻璃体积比对凝胶时间影响来看 水玻璃越浓 浆液凝胶时间越长 随着水玻璃用量的减少 浆液凝胶时间缩短 在现场注浆施工中 体积比在1 0 6 1 0 8范围内 获得了较理想的凝胶时间 表7不同水泥浆与水玻璃体积比时水泥 水玻璃双液浆凝胶时间 4 在注浆孔位布置方面 一方面要结合设计 有效布置 达到预期浆液扩散半径要求 另一方面要结合现场地质情况 尽量使钻孔与裂隙在不同深度斜向相交 并尽可能垂直于裂隙结构面 5 在注浆顺序方面 按照沿隧道轴线由低到高 由下往上 先注边墙 后注隧道拱部 最后注底板孔 先注无水孔 再注有水孔 在股水处或水流量大的地方 先注周围孔后注中间孔的注浆原则 在硫磺沟斜井注浆时起到较好效果 六 综合效益分析 1 宏观综合效益 2 质量和安全效益 注浆止水效益主要体现在保证施工安全和质量等宏观综合效益方面 采用围岩预注浆后 在硫磺沟斜井这样含水量大的破碎软弱围岩条件下可采用上下台阶的断面开挖工法 有效提高了施工进度 注浆止水质量控制包含注浆压力控制 浆液配合比控制两个方面 对含水量大 围岩软弱破碎地段预注浆后 在开挖过程中改善了工作环境 避免了坍塌及涌水等频发的安全事故 确保了施工安全 同时也确保了后续工序的施工质量 七 经验和打算 通过该工程的QC小组活动 我们得到以下几点体会 1 领导重视 职工关心工程质量是质量得以保证的先决条件 2 提高职工的业务素质 操作技能 作好全面质量管理工作是搞好质量的重要