如何提高卸荷变形拉裂体边坡深孔锚索的成孔效率

如何提高卸荷变形拉裂体边坡深孔锚索的成孔效率

QC成果报告书

注册号：________________________________________

课题名称：如何提高卸荷变形拉裂体边坡的深孔锚索成孔效率

类型：_________技术攻关型________________

发表单位：XX施工局

小组名称：xxQC小组

发表人：________xx__________

年月

目录

1.概况...............................................................2

2.选题理由...........................................................3

3.P阶段（计划）.....................................................3

3.1现状调查......................................................3

3.2确定活动目标...................................................4

3.3影响锚索成孔效率因素分析......................................4

3.4要因确认.......................................................5

3.5制定对策......................................................6

4.D阶段（实施）......................................................6

4.1实施一：技术措施不当..........................................6

4.2实施二：未按技术要求施_L............................................................................9

5.C阶段（检查）.....................................................9

6.A阶段（总结）....................................................10

7.巩固措施..........................................................10

8.今后打算..........................................................10

1.概况

1.1工程概况

XX水电站位于XX干流下游、XX省XX族自治州XX市和XX县交界的打罗村境内，系XX

卡拉至XX段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站。上游与锦屏二级电站尾水衔接，库

区长约58km,下游接二滩水电站，距西昌市公路距离约80km。

卸荷变形拉裂体（4#变形体）处位于xx水电站右岸坝肩下游处，前缘高程约1330m,

后缘高程1425m，顺河平均长120m,顺坡长120m,最大厚度50m,体积约36万才。对此变

形体，采取了锚索、锚喷支护、锚索框格梁以及表层、深层排水孔等处理措施。锚索分刑为

7615.24mm、长45m-75m、设计张拉荷载为2000KN,共计130束。

1.2工程地质

该处地形凸出，坡度变化较大，上下游分别发育至萨沟及菩沟，覆盖层主要分布于

1340~1380m高程，为崩坡积块碎石上，厚约3〜8m,1340〜1380m高程在菩沟内堆积有崩

积的孤块石，块径0.5〜3.0m。基岩岩性复杂，错动带十分发育，水平线发育率15条/100m,

因各方向裂隙张开无充填，岩体强烈松动、架空，无法成桐，压致拉裂迹象明显。错动带中

多有糜棱岩及断层泥分布，最厚可达10cm。全强风化下限水平深度10〜16m,弱风化上段下

限36〜91.5m；强卸荷下限水平深度16〜62nb弱卸荷下限36〜112.5m。弱卸荷带为拉裂岩

体，岩体强烈松弛，裂隙普遍渗〜滴水，夹泥裂隙率约40〜50%,次生泥含水量大，呈软〜

流塑状态，充填形态不规则。

1.3QC小组简介

小组于2007年7月18日成、匕小组类型：技术攻关型，小组活动时间2007年7月19日一2007

年11月20日，集中活动共5次，分散7次，召开会议8次。小组成员情况见下表。

表1小组成员情况表

小组概况

课题名称如何提高卸荷变形拉裂体边坡的深孔锚索成孔效率

小组名称卸荷变形拉裂体边坡锚索成孔攻关QC小组

活动时间2007.7.19-2007.11.20小组类型技术攻关型

本课题活动次数本课题共组织召开调查分析、目标论证、技术交底、总结评价等活动20次。

小组成员简介

序号姓名性别年龄学历职务职称小组分工TQC教育

1XX男35工程硕士分局长工程师组长60

2XX男31大专副分局长工程师成员40

3XX男37大学总工程师高工成员60

4XX男43大学副分局长经济师成员60

5XX男35大学副总工工程师成员60

6XX男30大学质检科长助工成员60

7XX男29大学质检员助工成员40

8XX男31高中调度主任技师成员40

9XX男26大学技术员技术员成员40

10XX男33高中工段长成员40

4#变形体锚索成孔方法分析图

图例

固结灌浆

钻

套管跟进+

进

固结灌浆

深

度

裸钻钻进

套管钻进

制图：王词重日期：2007年7月19日

图14#变形体前期锚索钻孔方法与钻孔深度排列图

从上图可以看出，钻孔深度不仅与钻机选型有关，而且与钻孔方法密切相关。

不同施工条件下钻孔速率排列图

0.90图例

0.80

0.70

0.60固结灌浆

0.50

0.40

0.30套管跟进

0.20

0.10

裸钻钻进

0.00

一套管跟进+

囱固结灌浆

50钻机70钻机

制图：王词重日期：2007年7月19日

图2不同施工条件下钻孔速率排列图

从上图可以看出，影响钻孔速率的主要是施工方法的选择，但也与钻机选型有一定的关

系。

3.2确定活动目标

进一步完善钻孔施工工艺，提高锚索的成孔效率，在现有地质条件下确保：

锚索的成孔率控制在90%以上；

平均钻孔速度控制在2m/h以上。

3.3影响锚索成孔效率因素分析

小组成员通过“头脑风暴法”，群策群力，从人、机、料、法、环五个方面寻找原因，绘出

原因分析系统图：

1、新工人多，工人不熟练；

人的因素2、技术人员缺乏认识；

3、宣传教育不够，工人思想出现波动;

4、部分钻机规格偏小；

机具因素

5、管靴质量差;

锚6、套管及钻头类型偏少:

索

成

孔

效材料因素7、锚索钻孔固结灌浆未能灌满;

率

不

高

8、技术措施不当；

9、施工经验总结不够；

方法因素

10、未按技术要求施工;

环境因素11、高空作业，交叉施工，工作面狭窄;

制图：王词重日期：2007年7月20日

图3锚索成孔效率不高分析图

3.4要因确认

小组成员对找出的原因进行调杳、讨论、分析，找出主要原因。见表3。

表3末端原因分析表

序

号末端因素论证分析确认方法结论

现场虽然增加了不少新工人，但实际核对只占工人总数现场走访

1新工人多，工人不熟练非要因

的12%,大多数工人都有多年施工实际经验。查阅档案

现场少数技术人员没有干过锚索，但经过开工以来缆机

2技术人员缺乏认识现场调查非要因

平台的亲身实践，也基本掌握了锚索施工工艺。

宣传教育不够，工人思进行过4#变形体锚索施工难度分析与对策研究的教育现场调查

3非要因

想出现波动和学习资料查阅

开始上的50型钻机，进入7月份全部换成70型钻机，现场调查

4部分钻机规格偏小非要因

满足钻孔要求。查阅记录

前期锚索钻孔管靴经常断裂，发现问题后调换供货厂现场调查

5管靴质量差非要因

家，更换管靴，确保不影响工程施工进度。查阅记录

配备所需型号的各种套管和钻头，保证各种岩层的钻孔

6套管及钻头类型偏少现场调查非要因

需要。

由于业主限量灌浆，达不至固壁的效果。经多次与业主

磋商，向业主说明钻孔的困难程度，同时结合边坡稳定

锚索钻孔预固结灌浆现场调查

7和工期要求进行分析，最终达成了业主只对灌浆监控而非要因

没有达到固壁效果查阅资料

不限量的一致意见，这就使得我们在钻孔过程中的预固

结灌浆达到固壁这一效果

末端因素论证分析确认方法结论

查阅资料、

8技术措施不当已编的施工措施不具体，交底不够。要因

分析

过去施工的项目基本有总结，且借调了小湾电站其他单

现场走访、

9施工经验总结不够位的锚索孔钻探工。（小湾电站锚索支护边坡地质条件非要因

调查

极其复杂）

前期现场作业人员对钻孔困难的认识不够，凭经验按自现场调查

10未按技术要求施工要因

己的想法施工。查阅资料

施工平台狭小，马道板铺设不够，且与锚杆、排水孔施

高空作业，交叉施工，工相互干扰，但经过整改，加强了安全防护，同时给锚现场调查

11非要因

工作面狭窄杆、排水孔施工设置了起用通道，保证了施工正常进行，查阅资料

没有对施工造成严重影响。

制表：王词重日期：2007年7月20日

经过验证，确认“技术措施不当”和“未按技术要求施工”两项因素为主要原因。

3.5制定对策

针对上面分析的结果，小组制定了相应的对策措施，并落实了具体的人和期限，见对策

表：

表4对策表

序

主要原因目标对策措施负责人地点期限

号

L技术员重新编写技术措施：

技术人员与工人

修订技2.技术人员向工人详细的技术

1技术措施不当勉练掌握施工工XX施工现场7.25

术措施交底；

艺

3.现场技术员与工人一道演练。

1.严格程序控制，加强管理力

加强现

未按技术要求严格按照程序施度：

2场管控XX施工现场7.22

施工工2.切实落实相关技术要求，实行

力度

生产与效益挂勾。

制表：xx日期：年月日

4.D阶段（实施）

4.1实施一：技术措施不当

4.1.1应对的施工措施初探与分析

在钻孔遇到困难后，引起分局领导的高度重视，由QC小组来研究对应的措施，提高成

孔效率。采用了四种成孔施工工艺进行试验探索：①常规裸眼成孔，②组合麻花钻成孔（螺

旋钻杆），③固结灌浆成孔，④跟套管成孔。

常规裸眼成孔工艺，虽然偶尔能成孔，但产生废孔、卡钻、埋钻等事故较多，反复扫孔

重复劳动量大，功效很低，

组合麻花钻成孔，可应用在破碎裂隙发育、断层发育和软硬交互地层等岩体中钻在，但

在容易产生较大直径掠块或坍塌岩体中钻进时，很容易产生卡钻或埋钻现象。

固结灌浆法成孔，由于边坡节理裂隙发育，且存在拉裂缝，岩体强烈松弛，濯浆流失现

象严重，该地质情况不宜采用固结灌浆法成孔。

跟套管成孔，经过现场试验并成功运用，采用YXZ-70A型全液压锚固钻机，用冲击锤、

偏心钻头、套管、管靴、导正湍等组合钻具，跟管钻进成孔工艺，成孔效率高，成孔时间较

其它工艺短，因此，4#变形体的锚索施工，最有效的成孔工艺就是采用跟管钻进成孔。

4.1.2跟管钻进施工工艺

4.1.2.1钻机设备选型与配置

对于此种更杂地层锚司钻机宜选用60型及60型以上钻机，YXZ-70A型锚固钻机为全液

压驱动动力头式钻机，无级调速，主要由动力系统及油箱、动力头、操作台、桅杆及下滑轨、

机架及支撑等五大部分组成，其动力头输出扭矩达4000N・g最大起拔力45KN,最大进给

力30KN,钻进速度快，处理事故能力强，结构为分体式，可拆性好，移动、安装迅速方便,

可远距离操纵。采用6168偏心跟管钻具、6168套管、＜b89外平钻杆、英格索兰CIR110

冲击器及配套小135钎头、液压拔管机等。

跟管套管的选择：套管主要用于保护钻孔孔壁在钻进过程中不坍塌，随钻孔深度延伸，

且在施工跟进过程中不易折断，在钻进成孔穿索后再拔出，为适应工程变形体跟管钻进的需

要，跟管套管选择外径6：68、壁厚10mll1,材质D50,连接丝扣为梯形扣，公母扣直接连接。

偏心跟管钻具：由花键导向体和偏心锤头体组成，花键导向体与偏心锤头体采用横、纵

悬挂定位销连接，偏心锤头体通过内部镶嵌式卡块由花键导向体带动回转，冲击功由冲击器

通过花键导向体传递到偏心锤头体起到冲击破碎岩石、回转扩大孔径的作用，在前部钻孔达

到一定空间时花键导向体台阶利用冲击器冲击套管靴台阶达到同步跟进套管的目的。

套管靴：主要起到带动套管同步跟进的作用。

4.1.2.2施工工艺流程

图4.跟管钻进施工工艺流程图

4.1.2.3施工工艺

(1)偏心跟管钻进原理

如前所述偏心跟管钻进主要器具由套管、冲击器、偏心跟管钻具、套管靴组成。用同径

常规钎头先造孔1m深左右，为套管钻进提供定位和导向作用。开钻前让偏心钻头伸出套管

靴，达到一定程度时，张开偏心钻头，方可进行正常钻进。特别注意在确认钻头到达孔底后

先回转，待正常后，再开风进行钻进。跟管钻进的过程中，边加钻杆边加套管，跟管钻进至

需要深度位置后，即可将跟管钻头、冲击器、钻杆提升出孔外，根据需要可一次跟管到位，

或先跟管钻进至需要深度后，再用常规钎头钻进至设计深度，最后用高压风彻底冲扫钻孔。

(2)偏心跟管钻进施工方法

a偏心跟管钻具在施工前应逐•检查区动潜孔锤、偏心钻头、套管、套管靴，区动潜孔锤应

工作正常，并加注机油润滑，偏心钻头应能灵活张开和收拢，张开时偏心锤头应大于套管靴

外径，连接销及锁紧机构应牢固，钻杆与潜孔锤和潜孔锤与偏心钻具的连接应可靠，套管和

套管靴无裂纹，凡有影响强度的缺陷不能使用。

b在开孔时，尽量采用常规冲击钻头裸眼钻进，同径常规钎头先造孔1m左右，给跟管钻进提

供定位和导向作用.当返风量较小时，更换偏心钻头跟管钻进，一般地层的跟管钻进采用中

风压(0.5-0.7Mpa)供风，钻进速度3-5m/h；到覆盖层与卸荷拉裂体交接层时，要改用小风

压，钻进速度减慢一半，并要间歇吹渣，确保不卡钻；进入稳定岩层，即可加大风压，提高

钻进速度，成孔深度一般较设计深度长0.5-1.0m,遇到卡钻时，在允许用水的情况下，从钻

杆中注入少量的清水是解决卡钻的有效方法之一。

c开钻前，将钻具组装好放入带有套管靴的套管内，让偏心锤头伸出套管靴，正转张开偏心

锤头进行钻进。特别注意偏心跟管钻进时，在确认钻头到达孔底后，先回转，待正常后，再

开风冲动钻进。

d钻进过程中，随着钻孔的延伸，边加钻杆边加接套管.

e每钻进0.3〜0.5m应强风吹孔排粉一次，以保持孔内清洁。吹孔时，中心钻具和上提动距

离应严加控制(以能实现强风吹孔为限)，禁止在钻进过程中向上起拔中心钻具或来回倒杆。

f钻进结束或需更换中心咕具时，先将孔底残渣吹尽，脱开中心钻具的回转动力，停止回转,

缓慢提升中心钻具至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳K持钻杆，作反时针方

向回转，同时缓慢试提中心钻具，当中心钻具可顺利提升时，表明偏心钻头已顺利收拢，这

时可按照常规方法提升中心钻具，直至全部提出中心钻具。

g有时会因孔底残留岩渣过多，偏心钻头回转部分被岩渣卡住而影响偏心钻头的收拢。当试

提几次仍不能奏效时，应开动空压机重新对钻孔进行清洗，并使用潜孔锤作短时间工作，然

后再进行试提，如此作法直至提出中心钻具

h在跟进套管有困难的情况下，又要获得较大的有效孔径，可用套管内径小3〜4mm的合金或

金刚石钻头回转切削通过套管靴，从而扩大有效孔径。

i管钻进至需要深度后，即可将跟管钻具提升出孔外。根据需要可一次跟管到位，或先跟管

钻进至需要深度后再用常规钎头钻进至设计孔深。

(3)跟双层套管钻进施工

在覆盖层钻进过程中，先下小178n冲的套管，然后提钻再下6168的套管，小套管穿过

大套管，分解了套管与岩层的摩阻力，减小了套管变形的风险，有利于钻进倾角的控制，施

工中有15束锚索就是利用双层套管成孔的，但跟双层套管增加了劳动强度，钻孔时间延长

了将近L5倍，对管材的质量要求特别高，跟双层套管成孔费用相当于跟单层套管成孔的3

倍。

7.1.3全面技术交底，进行现场演练

调整后的施工方案，由分局技术部编制详细的施工作业指导书，并首先向分局领导、相

关部门和作业层技术负责人进行技术交底，然后由作业层技术人员向工段长、作业工人进行

全面、详细的技术交底，使工人知道支“怎么做”，并形成交底记录。同时现场技术员根据

作业指导书内容，在施工现场向式段长、操作工人进行演练，技术部负责人进行把关，确保

钻孔施工按照工艺要求进行。

4.2实施二：未按技术要求施工

召开参与锚索钻孔人员的专题会议，实行分部施工责任制，控制施工的全过程，逐级负

责，层层把关，严格按照作业指导书的要求施工，每台钻机配备•名技术员，专门看管该钻

机的运行，实时掌握锚索的钻孔情况，确保锚索钻孔按照相关技术要求进行。同时实行工程

进度与质量奖惩制度，生产进度与生产质量直接与个人的经济效益挂勾，从而保证钻孔的效

率。

5.C阶段（检查）

经过QC小组活动的实施，4#变形体锚索钻孔的成孔率可达96%以上，且成孔时间大大

缩短，每台钻机平均20h成一锚索孔。其分析、比较见表5、表6和图5。

表5经过QC小组活动实施后钻孔速率统计表