381-中铁二十局六公司-注浆止水加固围岩施工质量控制

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两条隧道均为Ⅰ级风险隧道大梁隧道全6840m进口位于硫磺沟，出口位于小平羌沟地质情况长度施工情况地理位置三叉东沟斜井于2010年5月1日正式进洞施工，截止2011年3月20日掘进820米三叉东沟斜井地下水主要为基岩裂隙水，地下水赋存于基岩构造节理和风化节理裂隙中，接收大气降水和冰雪融水的入渗补给，由于地表植被发育且山上常年积雪，所以地下水的入渗补给量充沛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4345m1478.31m，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鑫助理工程师组员工区副经理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m³。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。C检查D执行P规划（工程设计）A纠正措施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Ⅴ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。图1注浆施工工艺流程图注浆管采用Ф42mm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=π×R×2×L×β×ηR=0.25mL=4m或5mβ=0.8~0.9η=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）。ⅰ串浆时及时堵塞串浆孔。ⅱ泵压突然升高时，可能发生堵管，应停机检查，找出原因。ⅲ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序号质量因素检测方法频数频率%累计频率%1注浆量查看注浆记录3430.930.92注浆压力查看注浆记录2825.556.43浆液配合比实验室随机抽检1614.570.94浆液胶凝时间实验室随机抽检1412.783.65孔位布置现场查看87.390.96机械设备现场抽查65.596.47其它43.6100.0累计110100%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原因分析图洞内施工环境差环境无轨运输车辆废气排放量大，行弛扬尘大水灰比不当搅拌不充分方法人员材料粗骨料级配差，砂含泥量超标,速凝剂碱性过大材料工艺要求喷射前砼滞留时间过长材料性质要求机械设备不完善机械技术人员过程控制不明确技术规范执行不严施工经验不足操作不熟练没按责任成本分工注浆止水施工质量问题注浆经常堵管控制好胶凝时间注浆量没达到设计要求软弱围岩坍塌严重钻孔涌水较大注浆压力不够没有严格按注浆液配合比要求施工钻孔时烟尘大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原因分析表原因确认结果施工经验不足首次采用该方法施工，施工经验将不断积累主没按责任成本分工明确责任成本制，可避免次过程控制不明确加强管理力度，可避免次机械设备不完善及时配备施工机具，可避免次注浆液滞留时间过长加强工序协调，可避免次材料性能不达标规范验收标准，可避免次注浆压力不够加强控制注浆压力，不断改进主钻孔涌水大采用前进式注浆，不断改进主软弱围岩坍塌严重采用前进式注浆，不断改进次浆液搅拌不充分规范操作，可避免次水灰比不当规范操作，不断总结主钻孔时烟尘大增加降尘设备，不断改进。主无轨车辆废气大、灰尘大增加通风设备，不断改进次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：①施工经验不足②注浆终压比较难控制③注浆管经常堵管④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：序号主要原因对策目标措施地点完成时间负责人1施工经验不足加强对职工的业务培训，承办施工工艺交流课。提高职工业务技能，逐步积累新工艺及施工经验，增强规范化施工的意识。1、工程技术人员熟练掌握《技规》。2、QC小组认真收集有关湿喷技术信息，认真总结。3、召开QC小组会议，使大家畅所欲言，集团体的智慧克服经验主义所带来的缺陷。4、组织施工现场工艺交流活动。施工现场2011年8月5日唐林2注浆终压比较难控制根据岩性、施工条件及涌水压力等因素现场试验确定。确保每个注浆孔的注浆量符合设计要求。1、质检员加强过程检查。2、根据现场实际情况及时调整注浆终压。3、随时抽查注浆压力。4、提高注浆人员的操作技能。施工现场2011年8月5日王杰3注浆管经常堵管及时清洗喷射管路。确保注浆机正常使用。1、加强职工的责任心。2、建立岗位责任制。施工现场2011年8月3日张子良4浆液配合比难控制依据施工配合比及运输距离的要求，控制水灰比。保证注浆前浆液的胶凝时间符合要求。1、搅拌站严格按施工配合比施工。2、减少干扰。施工现场2011年8月5日高增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。序号质量因素检测方法检测次数不合格次数合格次数单项优良率%备注1注浆量查看注浆记录4003037092.52注浆压力查看注浆记录1201110990.83浆液配合比实验室随机抽检3002028093.334浆液胶凝时间实验室随机抽检4001039097.55孔位布置现场查看100595956机械设备现场查看5034794累计13707912913、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