解決強(qiáng)風(fēng)化片巖大變形地段施工技術(shù)

1、.解決強(qiáng)風(fēng)化片巖大變形地段施工技術(shù) 一、 工程概況： 十轉(zhuǎn)山隧道隸屬于竹山縣潘口鄉(xiāng)龍王溝村、潘口河村，左幅隧道起訖樁號為ZK163+475ZK163+925，長1450m，最大埋深45.9m；右幅隧道起訖樁號為YK163+490YK163+937，長1447m，最大埋深47.4m。隧道設(shè)置人行橫洞2處，車行橫洞2處。根據(jù)地表水文點(diǎn)觀察，結(jié)合地形地貌，巖性和構(gòu)造條件判斷：地下水不甚發(fā)育，主要以裂隙水為主，鉆孔未揭露到地下水位。地下水的補(bǔ)給主要靠大氣降雨補(bǔ)給，雨季期間地下水的排泄方式主要通過地下徑流、泉等方式向坡腳排泄。隧道圍巖為強(qiáng)風(fēng)化片巖、裂隙較發(fā)育、圍巖整體性較差。 二、 小組概況 中鐵十七局

2、集團(tuán)第一工程有限公司谷竹高速公路項(xiàng)目部QC小組成立于2013年9月1日，小組成員共7人，平均年齡25歲。 三、 解決隧道大變形 1、 十轉(zhuǎn)山隧道為本標(biāo)段最長的隧道，是本標(biāo)段的控制性工程之一。 2、 隧道在奧陶系強(qiáng)風(fēng)化千枚狀云母片巖地段的大變形問題一直嚴(yán)重影 響隧道施工進(jìn)度。十轉(zhuǎn)山隧道大變形地段埋深較短，為偏壓段，最大侵限100cm。 3、 該隧道為高地應(yīng)力，云母片巖遇水、空氣會快速風(fēng)化，為膨脹性巖 石。 4、 掌握隧道軟巖變形的規(guī)律，有效控制軟巖大變形是全隧道施工的主 要控制環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)大變形會直接影響到工程進(jìn)度和效益，如果處理不當(dāng)對工程結(jié)構(gòu)也會造成極大的危害。 四、 活動目標(biāo)及可行性分析

3、1、 活動目標(biāo)： （1） 分析強(qiáng)風(fēng)化千枚狀云母片巖的物理性質(zhì)，優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，提出 合理的隧道開挖方式和支護(hù)體系。 （2） 分析隧道千枚狀片巖地段開挖期間圍巖壓力的變化規(guī)律，為隧 道安全施工和支護(hù)參數(shù)的調(diào)整提供理論依據(jù)和技術(shù)措施。 （3） 提出合理的隧道開挖方式和支護(hù)體系，預(yù)測隧道圍巖的收斂變 形和壓力變化規(guī)律；避免炭質(zhì)頁巖地段出現(xiàn)變形侵限情況，為以后的類似的隧道提供科學(xué)依據(jù)。 2、 可行性分析： （1） 技術(shù)支持：與業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位召開現(xiàn)場會，進(jìn)行隧道施 工論證會，從理論上進(jìn)行合理的解釋和論證；從施工方面予 以指導(dǎo)，從隧道的開挖方法、鉆爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、支護(hù)參數(shù)的選 擇、隧道斷面的圖形以及臨時(shí)

4、支撐等方面進(jìn)行指導(dǎo)。 （2） 施工保障：施工中，隧道隊(duì)伍選擇有多年隧道施工經(jīng)驗(yàn)的掘進(jìn)隊(duì) 伍，部分技術(shù)人員及一線工人挑選責(zé)任心強(qiáng)而且具有比較豐 富的隧道開挖、鉆爆、支護(hù)經(jīng)驗(yàn)的負(fù)責(zé)施工。 （3） 項(xiàng)目管理中，運(yùn)用全面質(zhì)量管理方法，要求工序緊奏，實(shí)行質(zhì)量 責(zé)任到人。 五、 小組活動情況： 根據(jù)已開挖段的變形施工經(jīng)驗(yàn)和借鑒其他軟弱圍巖變形實(shí)例，結(jié)合十轉(zhuǎn)山隧道的特點(diǎn)，本小組對可能發(fā)生的大變形進(jìn)行如下分析： 1、 隧道開挖后變形發(fā)展迅速，變形尚未侵限地段。 根據(jù)隧道初支變形情況，加強(qiáng)監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析處理措施，補(bǔ)打鎖腳錨桿，有效的減緩了圍巖變形速度，防止初支侵限。 2、 對侵限地段實(shí)施圍巖壓漿

5、加固處理，逐榀替換侵限鋼架，重點(diǎn)檢查 鋼架的間距、錨桿的設(shè)置。制定詳細(xì)可靠的鋼架替換方案。 根據(jù)制定的預(yù)控措施，對十轉(zhuǎn)山隧道右洞35米（YK163+550-585段）的掘進(jìn)，該段設(shè)計(jì)為級圍巖，初期支護(hù)采用的是I18工字鋼間距1.0m/榀、系統(tǒng)錨桿為藥卷錨桿長3.0米，噴射混凝土厚度為22cm，預(yù)留變形量為15cm，根據(jù)施工中出現(xiàn)的問題，工程部要求加強(qiáng)監(jiān)控量測，要求每5米一組監(jiān)控量測點(diǎn)，每天上午和下午進(jìn)行量測。每次收斂值均大于1cm，導(dǎo)致最終大面積侵入二襯，需要進(jìn)行換拱處理。 大變形照片如下： 初支變形 （一）、第一次活動 針對這一情況小組召開了全體QC小組成員會議，經(jīng)過認(rèn)真討論，列出因果分析如

6、下： 根據(jù)以上對要因的分析，小組成員展開了討論，并制定了相應(yīng)對策，如下表一 表一： 實(shí)施： 根據(jù)對策所制定的措施，小組成員分頭行動，對各自負(fù)責(zé)的措施進(jìn)行了落實(shí)： 1、針對第一要因，項(xiàng)目總工解培一于2012年12月1日前分別同現(xiàn)場技術(shù)員、質(zhì)檢工程師簽訂了包包責(zé)任狀，同時(shí)施工隊(duì)由隊(duì)長同班組工人也簽訂了相應(yīng)的簽訂了責(zé)任狀。在責(zé)任狀中明確了各種情況下的獎罰措施，確保各項(xiàng)制度的嚴(yán)肅性和執(zhí)行效果。 2、針對鋼拱架的整體剛度不足的問題，由總工解培一負(fù)責(zé)同業(yè)主和設(shè)計(jì)單位多次溝通。于12年12月5日在現(xiàn)場召開了由業(yè)主組織的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位參加的第一次現(xiàn)場會，通過對現(xiàn)場初支和變形情況的勘察和分析，同意采用全環(huán)

7、I18的型鋼鋼架代替原設(shè)計(jì)的I16的型鋼鋼架，同時(shí)鋼架間距調(diào)整為0.8m/榀，同時(shí)將原設(shè)計(jì)的3.0m長的錨桿調(diào)整為3.5m長的藥卷錨桿。 3、針對鋼架底腳懸空和初支背后存在的虛碴現(xiàn)象，由趙曉宇帶領(lǐng)質(zhì)檢工程師和現(xiàn)場技術(shù)員對現(xiàn)場施工實(shí)行全過程控制，跟班作業(yè)。重點(diǎn)檢查鋼架節(jié)點(diǎn)處的螺栓是否擰緊、連接是否牢固，墊腳槽鋼、砼墊塊是否牢固、可靠，噴射砼前鋼架背后的危石、松散的虛碴是否清干凈。 4、根據(jù)部分專家提出的應(yīng)力釋放的理論：多臺階開挖，應(yīng)力多次釋放，對鋼架的受力不利，開挖方法暫時(shí)調(diào)整為兩步臺階法（上部臺階為大斷面），減少工序，盡量縮短二次襯砌的時(shí)間。同時(shí)將預(yù)留沉落量調(diào)整為25cm。 （二）、第二次活動

8、 在隨后的100m（YK163+600700）段隧道施工中，小組成員認(rèn)真落實(shí)對策，并對施工過程進(jìn)行了檢查，但是結(jié)果仍不是很理想，現(xiàn)將具體結(jié)果分析如下：在第一次活動分析后，盡管加強(qiáng)了施工過程的控制，初支變形明顯減小，變形最大位移量為10cm，但是拱頂鋼拱架出現(xiàn)扭曲、斷裂現(xiàn)象，這說明在本次循環(huán)中初期支護(hù)變形的原因同第一循環(huán)相比，產(chǎn)生了變化，需要做更深入的分析。變形的照片見下圖： 拱架斷裂 從施工揭示的工程地質(zhì)看，地層巖性主要為奧陶系強(qiáng)風(fēng)化千枚狀云母片巖，巖風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體十分破碎，地下水出水狀態(tài)為淋雨，BQ/BQ< 250 隧道開挖揭示的地層巖性 根據(jù)施工情況，我們邀請了

9、部分鐵道部隧道專家、中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院及集團(tuán)公司內(nèi)部的部分隧道專家對本段變形做了詳細(xì)的勘察和科學(xué)的論證，最后形成的一致意見為：引起圍巖大變形的主要原因是工程地質(zhì)因素，特別是以云母片巖為主的圍巖地段，從現(xiàn)場圍巖可以看到明顯的圍巖擠壓變形和節(jié)理面上的明顯擦痕，說明該隧道存在明顯的高地應(yīng)力。加之云母片巖自身膨脹性， 另外從現(xiàn)場圍巖查看，云母片巖中夾有部分方解石結(jié)晶體，這也加劇了圍巖變形。 云母片巖地層隧道開挖后有沿垂直層理方向的膨脹、應(yīng)力釋放、變形特點(diǎn)。通過對已施工地段監(jiān)控量測資料的整理分析，資料顯示不同的開挖方式、不同的支護(hù)形式隨時(shí)間的推移初支收斂值會逐漸加大，換一個(gè)說法，也就是說隨著圍巖

10、和初期支護(hù)暴露時(shí)間時(shí)間的加長，云母片巖會在應(yīng)力和外界條件作用下逐漸顯示出松弛變形的特性，相應(yīng)的圍巖的松散圈逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致初期支護(hù)變形加劇。 通過對隧道變形的現(xiàn)場察看和對圍巖監(jiān)控量測資料的認(rèn)識分析和科學(xué)論證，小組經(jīng)過認(rèn)真討論，列出因果分析如下所示： 1、.隧道存在高地應(yīng)力，炭質(zhì)頁巖自身的膨脹性，巖體中方解石的膨脹變形作用； 2、措施不當(dāng)，導(dǎo)致初期支護(hù)整體剛度不足； 根據(jù)以上對要因的分析，小組成員經(jīng)過討論，制定了相應(yīng)對策，如下表 根據(jù)對策表二所制定的措施，小組成員分頭行動，對各自負(fù)責(zé)的措施進(jìn)行了落實(shí)： 1、針對第一要因，項(xiàng)目總工解培一積極同設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，于2013年5月1日完成了對現(xiàn)場圍巖的的取樣

11、工作。于5月20日開始了對十轉(zhuǎn)山隧道的圍巖機(jī)理、變形分析、高地應(yīng)力等的測試工作。 經(jīng)取四組云母片巖巖樣試驗(yàn)： 自由膨脹率Fs=31%，飽和吸水率sa=10.3%；自由膨脹率Fs=20%，飽和吸水率sa=0.5%，膨脹力PP=24.9KPa；自由膨脹率Fs=31%，飽和吸水率sa=14.6%；自由膨脹率Fs=30%，飽和吸水率sa=25.6%；圍巖的膨脹力100 KPa。 2、針對I18工字鋼的整體剛度不足的問題，由總工解培一負(fù)責(zé)同業(yè)主和設(shè)計(jì)單位多次溝通。采用全環(huán)I20的型鋼鋼架，同時(shí)鋼架間距由原來的1.0m/榀調(diào)整為0.6m/榀。 3、針對支護(hù)措施不當(dāng)?shù)膯栴}，項(xiàng)目部積極同業(yè)主聯(lián)系，于13年6月

12、份組織召開了由業(yè)主主持，鐵道部隧道專家、中交第二勘院的部分隧道專家參加的十轉(zhuǎn)山隧道云母片巖變形分析處理專題研討會。在會議上通過對云母片巖巖性的分析和對現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)深入分析，通過了以下方案加強(qiáng)支護(hù)措施： 、調(diào)整系統(tǒng)支護(hù)措施：拱部采用3.5m長22的藥卷錨桿，邊墻系統(tǒng)錨桿采用4m長22藥卷錨桿，并對變形量較大的右側(cè)邊墻做了加強(qiáng)，鋼架起拱線鋼拱架連接處和邊墻接腿處上下各增設(shè)2根4m長的22的藥卷錨桿作為鎖腳錨桿，防止接頭處變形過大而侵限，噴射砼厚度由原設(shè)計(jì)的22cm加厚直30cm厚；預(yù)留變形量加大至20cm。 、調(diào)整鋼架密度：同意設(shè)計(jì)單位已經(jīng)采用的鋼架間距調(diào)整為0.6m/榀。 、合理跟進(jìn)二次襯砌，變

13、形段的二次襯砌時(shí)間不再按照新奧法的施工理論，應(yīng)該作為新奧法特例來處理。由于變形段的圍巖沒有收斂穩(wěn)定，所以二次襯砌要根據(jù)監(jiān)控量測資料結(jié)果分析，在變形侵限前及時(shí)施做。 、另外根據(jù)云母片巖由于層理現(xiàn)象和應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象對隧道局部 穩(wěn)定影響較大的特點(diǎn)，對變形較大處（如拱腳，邊墻接頭處）可做適當(dāng)加強(qiáng)處理。 （三）、第三次活動 在隨后的400m（YK163+700YK164+000）段隧道施工中，小組成員加強(qiáng)施工控制，取得了較好的效果。試驗(yàn)表明：影響隧道初期支護(hù)變形的主要問題已經(jīng)得到控制，在后續(xù)施工中，小組嚴(yán)格按照制定的各項(xiàng)措施執(zhí)行，十轉(zhuǎn)山隧道在2013年12月30日，隧道施工有望完成。 六、活動效果檢查： 1. 通過有效的QC小組活動，有效的解決了云母片巖隧道軟巖大形的問題。尤其是初期支護(hù)中的各項(xiàng)問題得到了有效控制，經(jīng)常受到監(jiān)理、業(yè)主的現(xiàn)場表揚(yáng)。 2. 通過QC小組活動，總結(jié)了一套安全、快速通過此地層的應(yīng)對方案及措施，積累了施工經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程施工提供了科學(xué)依據(jù)。 3.十轉(zhuǎn)山隧道施工的過程中，培養(yǎng)了一批隧道施工方面有豐富施工管理經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員和管理人員，為以后的隧道施工提供了借鑒。 4. 通過QC小組活動，小組全體成員在質(zhì)量意識、個(gè)人能力等