用qc方法防止隧道软弱围岩段施工变形

运用QC方法防止隧道软弱围岩段施工变形1、小组概况防变形施工QC小组前身为一处工程施工技术研究QC小组，成立于1996年2月5日，成员9人，历年来曾获多项全国性及省、部级优秀QC成果奖荣誉称号。参建乌鞘岭隧道后，由原小组部份专业技术人员和现场有关管理、技术人员组成现名QC小组，成员增加至13人，均接受过系统的全面质量管理知识教育64小时以上。小组概况图和成员情况表略。2、选题理由近几年来隧道施工中时常遇到围岩和初期支护发生大变形的事例。国外有陶恩隧道、阿尔贝格隧道及惠那山等隧道，国内有南昆线家竹箐隧道、兰新复线乌鞘岭特长隧道、宜万线堡镇隧道等，都曾经发生过围岩或初期支护大变形现象，其中乌鞘岭隧道F7断层某段墙腰最大收敛变形达69cm，拱顶下沉21.2cm，最大日变形量5.2cm，型钢拱架顶部被压平、边墙扭成麻花状，初期支护开裂、掉块，导致支护结构破坏侵入净空而拆换。这些隧道变形每每造成的损失都是数十万至上百万元。乌鞘岭隧道为国内目前最长的铁路隧道，工期很紧，而30#工区是控制工期的重中之重。其任务包括：30#、30-1#横通道（衬砌净空：宽×高为5.5×5.75m）和右线YDK175+972～YDK176+240共268米正洞全断面施工、左线DK175+503～DK175+987共484米正洞扩挖施工。该段左、右线纵坡均为-11‰，处于直线段上，埋深在500m以上。其中左线前期作为右线平行导坑、提供运输通道和超前地质预测预报，后期扩挖施工成型。该岭脊段施工时我局一、二项目部和一局共用斜井、横通道，施工干扰极大。尤其是洞身通过板岩、千枚岩地段，岩体受F6、F7断层构造影响较重，节理、裂隙发育，岩体软弱，围岩V级，松散破碎，遇水软化，并具有一定膨胀性，开挖后成粉状、泥状，自稳性极差，容易产生围岩失稳、大变形等地质灾害。同时因兰新线作为进口石油运输的重要动脉和铁路跨越式发展的标志性工程，更是一条经济线、政治线！乌鞘岭隧道有8个铁路局20多个工程队共同施工，若施工中发生任何一点安全事故，其影响将是破坏性的。如何在30#工区这样的千枚岩、板岩软弱地质条件下安全进行隧道施工、防止发生支护大变形，防止产生质量隐患，按期完成工程任务，是摆在施工单位面前的一大难题。因此，我们选择了“运用QC方法防止隧道软弱围岩段施工变形”作为这次活动的主题，努力开展技术攻关工作，确保工程顺利施工。3、活动目标摸索适宜的施工工艺，确保隧道开挖后初期支护结构稳定、质量可靠，防止发生大变形。3.1、现状分析根据隧道施工规范要求及新奥法规定，单线隧道正常位移值U<13cm，双线隧道U<25cm，最大允许变形量为洞径的3%。在隧道施工中如果初支发生了大于25cm（单线隧道）和50cm（双线隧道）的位移，则判定为其发生了大变形。变形的种类主要有：膨胀变形、挤压变形、松弛变形和高地应力引起的软弱围岩变形几种。对于板岩、千枚岩地段，因其本身性软，在开挖后遇水易软化，具有一定的膨胀性，在空气中暴露时间越长膨胀越大，超过一定限度时就会发生膨胀变形。对于断层破碎带地段，施工时易产生断层带的松弛变形。如果再加上隧道区地应力较高，则容易产生挤压性围岩的挤压变形和高地应力引起的软弱围岩变形。多数观点认为“原始地应力及围岩软弱构成高应力比”、“支护的刚度不足”，这两点是造成大变形的必要条件。在乌鞘岭隧道岭脊板岩、千枚岩地段，围岩及初期支护的变形属断层带的松弛变形和软弱围岩变形。控制变形的方法在于遵循“弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、早封闭”的作业原则。在适宜、适时的支护和其它措施的辅助下，特别是根据围岩变化实际采取动态施工，按“施工工序内部控制标准”规范作业，稳扎稳打，是可以取得成功的。3.2、隧道施工中围岩及初期支护变形的因果分析（图1）人人无类似工程施工经验支护技术不熟练环法辅助施工措施不妥工艺配套不完善管理手段不适宜料喷砼配比不佳、效果差材质不合格图1因果分析图影响围岩及初期支护稳定的因素未按规范作业有畏难情绪管理人员不重视机性能不佳导致支护进度缓慢千枚岩、板岩性软开挖后自稳性差断层破碎带围岩渗水高温4、要因确认（表1）因素项目目分析结论人支护技术不熟练练，有畏难难情绪。经过培训学习和和加强要求求可以解决决。非要因管理人员不重视视，安质意意识差。将可能导致发生生支护大变变形或安全全事故。要因机性能不佳导致支支护进度缓缓慢配置性能良好的的设备可解解决非要因料砂浆、速凝剂质质量不合格格影响早期强度、外外观质量和和支护效果果要因型钢、锚杆、网网片质量不不合格。影响支护结构刚刚度和支护护效果。要因喷砼配比不佳。影响强度及喷砼砼粘聚力要因法工艺配套不完善善。辅助施工措施不不妥。管理手段不适宜宜。这三点是影响初初期支护结结构体稳定定的最重要要因素。要因环水差影响支护施工速速度和质量量要因5、对策及实施对策表（表2）因素项目处理方法责任人处理时间人管理人员不重视视，安全质质量意识差差。实行岗位责任制制，加强施施工安全、质质量检查监监督。×××全过程料砂浆、速凝剂质质量不合格格。用锚固剂替代砂砂浆全长锚锚固，提高高锚杆支护护时效性，采采购时比选选控制材料料质量×××施工前喷砼配比不佳。严守试验程序，优优化配合比比；称量要要求准确×××全过程型钢、锚杆、网网片质量不不合格。控制料源，使用用前检验确确认×××全过程法1、工艺配套不完完善。2、辅助施工措施施不妥。3、管理手段不适适宜。科学合理地进行行施工组织织，加强支支护，措施施到位，刚刚性支撑，优优化工艺配配套。及时时施工监测测及反馈信信息、指导导现场作业业。×××全过程环高温、围岩渗水水、地质差差。制定切实可行的的应对措施施×××全过程5.1、软弱围岩段施工，强支护是控制变形的最直接、最有效的手段。针对本隧地质及变形原因，采用刚度大的H175型钢代替常规的I16、I20型钢制作拱架，充分发挥大钢度拱架承受荷载的作用，来抵抗开挖后释放的围岩压力。通过加强小导管超前支护和系统锚杆、钢筋网喷射混凝土联合支护，以及二衬紧跟来确保洞身结构体的安全；通过统筹安排、合理组织施工来抓好工序衔接，缩短作业循环时间，确保施工进度。开挖时加大变形预留量以抵抗变形值。按设计控制好拱架间距，适当加长锚杆，以提高围岩的C、φ值，减小初期支护变形，提高围岩自稳能力、改善围岩的受力作用。5.2、采用人工风钻打眼浅眼爆破，PC140型挖掘机装碴配合20T自卸汽车出碴，仰拱作业桥辅助施工仰拱，整体模板台车衬砌。严格按“五步三台阶法”进行施工，即“上台阶，下台阶、仰拱、小边墙和拱墙衬砌”五个施工作业面，流水作业、步调一致、整体推进。各开挖作业面采取平行流水作业，尽量减少相互干扰，加强现场工序衔接，加强运输组织与调度，从而实现快速施工。5.3、洞身上部采用光面爆破，周边眼间距E=40～45cm，抵抗线W=55cm，底板眼间距E=70cm。下部采用预裂爆破，周边眼间距E=30～35cm，抵抗线W=60cm，底板眼间距E=85cm。炮眼深度：围岩自稳性极差时炮眼深1米，每循环进尺控制在1m以内。一般情况下炮眼深1.7m左右，每循环进尺1.6m。采用塑料导爆管非电毫秒雷管起爆技术，炸药采用抗水性能好的乳化炸药。周边眼采用Φ25mm药卷间隔装药，其它炮眼采用Φ32mm药卷连续装药结构，相连炮眼用同段雷管起爆。比装药量：上半断面为1.1～1.3Kg/m3，下断面为0.8～0.9Kg/m3。钻爆作业前先在拱部150°范围内施作小导管超前支护（渗水大时予以注浆），长度4m/根，环距30cm，每环35根。开挖后先喷一层4cm厚的C20素混凝土封闭掌子面，保持围岩稳定，再在拱墙部位施作系统锚杆（36根/米）；然后立H175型钢拱架，挂设∮8mm钢筋网，最后再湿喷C20混凝土总厚25cm封闭。5.4、工序施作时间控制：施工中应保持上台阶长度在5m左右，仰拱距下半断面不超过15m，衬砌距下半断面30m以内，及时支护，尽早封闭。量测变形10cm后开始复喷混凝土，变形20cm后必须衬砌，防止变形进一步扩大。5.5、采用Φ22mm螺纹钢锚杆，锚固剂全长锚固。并将所有系统锚杆改为锁脚锚杆施工（锚杆和立拱架、网喷同时施作），不设垫板而把其尾端弯曲焊接在钢拱架上，作为加强锁脚。大部分锚杆垂直岩面打进，而将每侧拱脚中的两根以15º～30º斜向下打入围岩形成“撑脚锚杆”。型钢拱架两侧锁脚锚杆用Φ22mm短钢筋相互焊接牢固，确保钢架整体稳定性。5.6、在板岩、千枚岩地段，围岩开挖后变形较快，一次喷射厚度不足或质量不佳时，无法提供有效的结构抗力，同时二次喷射混凝土与第一次喷射混凝土粘接效果受到影响，因不密实而形成缝隙，容易造成混凝土剥落、掉块，进而产生位移。因此均应设法一次喷射到位，并针对拱顶回弹大的情况，采取在拱顶2米范围纵向铺设尺寸为10cm×10cm网格的钢筋网片，增加网喷的有效性。5.7、加强监控量测。施工中根据实际需要进行围岩及支护状态观察、净空水平收敛和拱顶下沉三个必测项目，及时进行数据处理，绘制相关时态曲线，进行回归分析，反馈信息和提出相应对策。通过接长钻杆在掌子面超前钻探测孔，根据钻进过程中排除的岩粉、出水量、卡钎情况以及目测岩层结构面性质、组合关系、软弱层和渗水特点等来分析推断前方的不良地质问题以及岩体稳定性状，从而提出施工建议和防坍工程措施。6.1、通过严格打设小导管超前支护、型钢拱架支撑、锁脚锚杆及钢筋网喷混凝土联合支护，形成了一个可靠的受力整体，随挖随护，稳步推进，保证了开挖顺利进行。初期支护最大周边收敛、最大拱顶下沉量，以及衬砌前变形趋于稳定，满足有关施工规范要求。6.2、在施工过程中加强超前地质预报和监控量测工作，大力推行信息化施工技术，规避了施工风险，保障了施工安全。6.3、搞好防排水措施，避免板岩、千枚岩吸水膨胀、流塑变形甚至坍塌具有重要的意义。施工中发现，该段隧道通过区域地质较为特殊，初期支护表面仍有渗水或湿润现象时，则必须充分考虑深处水源的影响，可能此处会有流水缝隙，甚至水腔、水室等。因此有明显潮湿现象处需打排水孔引排水源，并进行相应防水处理，这是防止初支变形的一个有效手段。6.4、“短台阶、弱爆破、浅进尺、强支护，排渗水、紧仰拱、勤量测、早封闭”24字施工原则是整个软弱地质条件下隧道施工防变形的精髓。少扰动围岩、及时进行强有力的支护、尽快衬砌封闭成环、依靠量测信息科学指导施工，是我们进行板岩、千枚岩地段扩挖施工成功的关键所在。6.5、把系统锚杆改为钢拱架的锁脚锚杆，不用锚杆垫板而将其弯曲焊接在型钢上，并适当增加撑脚锚杆，起到支承、箍抱钢拱架的作用，对防止初期支护变形有很好的效果。锚杆施作应与设立型钢拱架、网喷同时进行，不能滞后。钢拱架间距、锚杆数量等应按设计施工，不可减弱，有的位置还应适当加强，这样才能确保初期支护的稳定性。6.6、高地应力条件下软弱围岩扩挖施工防变形通过“刚性支护、及时支护、规范作业、稳扎稳打”，实现了施工变形可控，从而确保了施工的安全顺利进行。6.7、施工阶段循环工期达到了预期目标，30#工区在工期一减再减的情况下，右线管段在2005年4月19日比施组工期提前6天贯通，左线484米软弱围岩段平导于2005年5月20日开始30-1#工作面扩挖，6月21日开始29#工作面扩挖，克服地质复杂、施工干扰大等困难，于10月18日比建设指挥部施组工期提前贯通。为我集团公司在乌鞘岭特长隧道建设中树立了良好的施工形象，得到了各方的好评，取得了较好的经济效益和社会效益。由于多方面的原因，隧道施工工期一减再减，不合理的工期压力，造成施工机械设备和劳动力的高投入，工序转换被动调整，工程成本偏大。如何确定科学合理的工期？值得