东毛高速A标QC降低软岩隧道初期支护变形量定稿0307黑白版山东省版doc.docx
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东毛高速A标QC降低软岩隧道初期支护变形量定稿0307黑白版山东省版doc
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Ⅴ、Ⅳ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Ⅴ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。
涌突水段——隧道在K12+980～K13+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
201306
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
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
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、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
10～12日
3月
12～15日
3月
15～18日
3月
18～22日
3月
22～25日
3月
25～28日
3月
28～31日
合计
1
净空收敛
3
4
6
6
4
5
4
32
2
拱顶下沉
3
4
2
5
3
3
4
24
3
局部拱架
扭曲变形
2
0
2
0
0
0
1
5
4
喷射砼表面出现开裂、掉块
1
0
2
1
1
0
0
5
5
拱腰开裂
1
2
0
0
0
1
0
4
6
横向位移
1
0
0
0
1
0
0
2
7
统计检查点数
11
10
12
12
9
8
9
72
8
总检查点数
27
27
28
27
26
26
27
188
9
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（150mm×2/3）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：
2013-4-1
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
32
44.44%
44.44%
2
拱顶下沉
24
33.33%
77.77%
3
局部拱架扭曲变形
5
6.94%
84.71%
4
喷射砼表面出现开裂、掉块
5
6.94%
91.65%
5
拱腰开裂
4
5.56%
97.21%
6
横向位移
2
2.78%
100.00%
7
合计
72
100.00%
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
2013.4.4
2
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
2013.4.6
3
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。
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
2013.4.6
4
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
2013.4.6
5
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
2013.4.10
6
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
2013.4.10
7
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
2013.4.10
8
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
2013.4.10
9
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
2013.4.11
10
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
2013.4.11
11
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
2013.4.11
12
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
2013.4.12
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Ⅴ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、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，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
2013.4.4
2
施工干扰大，测点布置不及时
樊祥存
杨际银
倪陶俊
2013.4.6
3
排水方案不完善
韩利儒
彭彬
2013.4.6
4
地质构造应力
闫川
樊祥存
2013.4.6
5
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
加强拱架锁脚施工
约束构造应力的影响
将2根长3.5mΦ42锁脚钢管调整为2根长5mΦ60锁脚钢管，施作角度35—40°，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#
18
1.6
M13
800
14400
二架周边眼
19#～26#
8
1.6
M11
800
6400
一架周边眼
27#～32#
6
1.6
M13
1000
6000
一架底周边拐眼
33#～34#
2
1.6
M13
1200
2400
顶上辅助
35#～42#
8
1.6
M11
800
6400
顶中辅助
43#～48#
6
1.6
M9
1000
6000
顶下辅助
49#～51#
3
1.6
M7
1200
3600
中心掏槽眼
52#～57#
7
1.6
M3
1200
8400
掏槽眼
58#～71#
16
2
M1
1200
19200
二架辅助
72#～83#
12
1.6
M7/M9
900
10800
一架辅助
84#～106#
22
1.6
M5/M7/M9
900
19800
抬炮眼
107#～117#
11
1.6
M5
1200
13200
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
一十、效果检查
1、直接效果
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