381-中鐵二十局六公司-注漿止水加固圍巖施工質量控制

祁連山隧道三叉東溝斜井注漿止水加固圍巖施工質量控制

發(fā)表人：孫文文目錄工程概況QC小組概況選題介紹現(xiàn)場情況課題運作（PDCA循環(huán)）目錄綜合效益分析經(jīng)驗和打算

一、工程概況祁連山隧道全長9490m

兩條隧道均為Ⅰ級風險隧道大梁隧道全6840m

祁連山隧道大梁隧道

進口位于硫磺溝，出口位于小平羌溝祁連山三叉東溝斜井

地質情況

長度

施工情況

地理位置

三叉東溝斜井于2010年5月1日正式進洞施工，截止2011年3月20日掘進820米三叉東溝斜井地下水主要為基巖裂隙水，地下水賦存于基巖構造節(jié)理和風化節(jié)理裂隙中，接收大氣降水和冰雪融水的入滲補給，由于地表植被發(fā)育且山上常年積雪，所以地下水的入滲補給量充沛工點區(qū)域為祁連山中高山區(qū)，地質復雜，隧址位于冷龍嶺褶皺帶，平均海拔為3500～4345m，最高海拔為4345m1478.31m，位于祁連山北坡三叉東溝內，與正洞相DK341+600，位于線路右側，線路縱坡為0.8%三叉東溝斜井整體現(xiàn)狀地質復雜：隧道主要行走在基中洞身地表起伏較大，進口段通過F6、F7兩條斷層，巖石破碎，富含地下水。洞身處褶曲發(fā)育，部分段落節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，存在圍巖失穩(wěn)、涌水（泥）問題，尤其穿越斷層段，為隧道史上首次，沒有經(jīng)驗可供借鑒，施工風險極高。斜涌水嚴重：斜井位于祁連山主脊的下游，地下水受大氣降水、冰雪融水和來自祁連山主脊方向的地下徑流補給，設計正常涌水量為13042m3/d,最大涌水量達到3.9萬m3/d。2011年3月20日凌晨1:38時，三叉東溝斜井掌子面（X6+60）突發(fā)涌水事故，出水點位于掌子面上臺階右側拱腳部位，呈柱狀涌水，噴射狀水柱直徑約100cm左右，經(jīng)測定涌水量達到約56000m3/d。二、QC小組情況助理工程師

組員

工區(qū)副總工助理工程師組員

王杰

曹玉友

王鑫

助理工程師組員

孫文文

工區(qū)副經(jīng)理唐林

工區(qū)長組長

副組長

張云平

副組長

成立時間：2010年10月20日質量目標：實現(xiàn)部級優(yōu)質工程，爭創(chuàng)國家優(yōu)質工程QC小組簡介活動時間：2011年6月6~2011年11月6日公關課題：中鐵二十局集團有限公司蘭新鐵路甘青段項目經(jīng)理部二工區(qū)祁連山隧道三叉東溝斜井注漿止水加固圍巖施工質量控制。三、選題介紹課題名稱：祁連山隧道三叉東溝斜井注漿止水加固圍巖的質量控制選題理由1、施工實際需要2、施工進度要求3、施工質量要求4、科技創(chuàng)新需要隧道注漿止水加固圍巖施工原理：隧道注漿止水是一種加固地層、封堵水源的方法，適用于軟弱圍巖及斷層破碎帶、自穩(wěn)性差的含水地質地段。在開挖前采用超前圍巖預注漿可有效的封堵地下水并加固軟弱圍巖，避免因圍巖破碎造成塌方或地下水含量大引發(fā)涌水而引發(fā)各種工程事故。四、現(xiàn)場情況2011年3月20日凌晨1:38時，2#斜井掌子面（X6+60）突發(fā)涌水事故。18:45，水涌出洞外經(jīng)測定涌水量達到約56000m3/d。3月24日，涌水量達到約30200m3/d。2011年4月3日開始抽水，2011年6月4日抽至X6+60，截止6月8日共抽水220萬m3。掌子面右側涌水處照片 五、課題運作（PDCA循環(huán)）

PDCA循環(huán)是由美國統(tǒng)計學家戴明博士提出來的，它反映了質量管理活動的規(guī)律。P（Plan）表示計劃；D（Do）表示執(zhí)行；C（Check）表示檢查；A（Action）表示處理。C檢查D執(zhí)行P規(guī)劃（工程設計）A糾正措施目標手段改善循環(huán)維持循環(huán)訓練執(zhí)行改善對策對策執(zhí)行分析評估1、計劃階段(P)：現(xiàn)場施工處理方案：

關于X6+80～X6+40段設置臨時仰拱，增加噴射23㎝厚C30砼作為臨時仰拱。鑒于注漿加固時間較長，且X6+80～X6+40段設置臨時仰拱后，此段即可穩(wěn)固，因而X6+40～X6+20段在X6+80～X6+40段臨時仰拱完成后即可開挖上臺階。關于X6+50～X6+80段進行注漿加固處理，X6+60～X6+40段圍巖為泥盆系紫紅色砂巖，透水性較差，而X6+60～X6+80段圍巖為灰?guī)r，地層中度富水，因此將注漿加固范圍調整為X6+50～X6+80，注漿加固先采用馬麗散化學漿，待止水后再補注水泥單液漿以提升圍巖加固強度，加固圈厚度應不低于5米，注漿過程中要加強質量管理，確保注漿效果，注漿加固前，在出水點位置預埋設砼管排水。將X6+50～X6+80段二次襯砌調整為Ⅴ級曲墻式襯砌，襯砌參數(shù)不變。關于集水倉建設，因目前掌子面處于灰?guī)r與砂巖的過渡段，掘進過程依然可能發(fā)生漏水，宜將水倉位置置于X6+20～X6+00段，選擇圍巖條件較好的地段設置。對于X6+60涌水處右側邊墻小溶腔，采用砼封墻，封堵厚度不小于3米。現(xiàn)對注漿止水加固圍巖做進一步的闡述和研究：注漿施工工藝流程見圖1。圖1注漿施工工藝流程圖注漿管采用Ф42mm熱軋無縫鋼管（壁厚5mm）加工制作，管長4m（5m），施工前，先按設計孔位準確測量出孔位，然后采用鉆機鉆孔，注漿孔開孔直徑不小于50mm，終孔直徑不小于55mm。鉆孔完成后，把事先加工好的孔口管安放在鉆機鉆臂上，低速推進鋼管，然后牢固埋設孔口管，同時采取有效的止?jié){措施。注漿材料：注漿材料采用馬麗散化學漿以及普通水泥-水玻璃雙液漿聯(lián)合注漿止水加固圍巖。施工過程中根據(jù)現(xiàn)場實際以及水量大小對漿液的濃度進行調整。注馬麗散1注馬麗散2注馬麗散3注雙液漿1

注雙液漿2注漿工藝：采用KBY-50/70注漿泵壓注雙液漿。注漿前先沖洗管內沉積物，堵做好注漿口，由下至上順序進行，漿液先稀后濃、注漿量先大后小，注漿壓力由小到大。注漿參數(shù)的確定：注漿參數(shù)主要依據(jù)經(jīng)驗選定：水泥：P.O42.5普通硅酸鹽水泥注漿壓力：一般參考注漿處靜水壓力加上0.5～2MPa漿液初凝時間：30s~2min30s單孔注漿理論量：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注漿結束標準：當注漿量達到設計注漿量時，而注漿壓力不上升則調整漿液配比，縮短凝膠時間，并采取間歇注漿措施，控制注漿量。或注漿壓力達到終壓后并穩(wěn)定10min，且注漿量達到設計注漿量的80%以上，進漿速度為開始進漿速度的1/4，即可結束注漿。注漿異?，F(xiàn)象處理：注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變法情況，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好現(xiàn)場注漿記錄，現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)（見附表1）。ⅰ串漿時及時堵塞串漿孔。ⅱ泵壓突然升高時，可能發(fā)生堵管，應停機檢查，找出原因。ⅲ進漿量很大，壓力長時間不升高，應重新調整濃度及配合比，縮短膠凝時間。注漿效果檢查：注漿后在分析分析資料的基礎上采用壓水試驗和現(xiàn)場觀察法檢查注漿效果。當表面有線狀水或面狀滲水時要進行補注漿。注漿現(xiàn)場情況分析：2011年7月23日開始施工，采用先注馬麗散化學獎再注水泥-水玻璃雙液漿。2011年8月1日，QC小組對注漿止水加固工程質量進行統(tǒng)計分析，影響其工程質量的主要因素有：注漿量、注漿壓力、漿液配合比、膠凝時間、孔位布置及機械設備損壞等。缺陷列表如表1所示：表1序號質量因素檢測方法頻數(shù)頻率%累計頻率%1注漿量查看注漿記錄3430.930.92注漿壓力查看注漿記錄2825.556.43漿液配合比實驗室隨機抽檢1614.570.94漿液膠凝時間實驗室隨機抽檢1412.783.65孔位布置現(xiàn)場查看87.390.96機械設備現(xiàn)場抽查65.596.47其它43.6100.0累計110100%根據(jù)頻率統(tǒng)計表找出主要缺陷：可得出結論，現(xiàn)階段影響注漿止水加固質量的主要因素是：注漿量、注漿壓力、漿液配合比和膠凝時間。這四項主要因素占總數(shù)的83.6%。缺陷原因分析：針對上述各種因素所產生的問題，QC小組采用因果分析法進行了全面的分析。全體QC小組組員開會討論，集思廣益，就主要質量缺陷作出以下分析：圖2原因分析圖從中我們找到影響注漿止水加固質量的末端因素并進行原因確認：表2原因分析表原因確認結果施工經(jīng)驗不足首次采用該方法施工，施工經(jīng)驗將不斷積累主沒按責任成本分工明確責任成本制，可避免次過程控制不明確加強管理力度，可避免次機械設備不完善及時配備施工機具，可避免次注漿液滯留時間過長加強工序協(xié)調，可避免次材料性能不達標規(guī)范驗收標準，可避免次注漿壓力不夠加強控制注漿壓力，不斷改進主鉆孔涌水大采用前進式注漿，不斷改進主軟弱圍巖坍塌嚴重采用前進式注漿，不斷改進次漿液攪拌不充分規(guī)范操作，可避免次水灰比不當規(guī)范操作，不斷總結主鉆孔時煙塵大增加降塵設備，不斷改進。主無軌車輛廢氣大、灰塵大增加通風設備，不斷改進次小組成員經(jīng)過討論并且深入現(xiàn)場進行分析、調查論證，對末端因素逐條確認發(fā)現(xiàn)影響注漿止水加固質量的主要原因是：①施工經(jīng)驗不足②注漿終壓比較難控制③注漿管經(jīng)常堵管④漿液配合比較難控制制定對策：QC小組針對影響注漿止水加固質量的各種主要原因進行歸納總結，并制定相應的對策如下表3：序號主要原因對策目標措施地點完成時間負責人1施工經(jīng)驗不足加強對職工的業(yè)務培訓，承辦施工工藝交流課。提高職工業(yè)務技能，逐步積累新工藝及施工經(jīng)驗，增強規(guī)范化施工的意識。1、工程技術人員熟練掌握《技規(guī)》。2、QC小組認真收集有關濕噴技術信息，認真總結。3、召開QC小組會議，使大家暢所欲言，集團體的智慧克服經(jīng)驗主義所帶來的缺陷。4、組織施工現(xiàn)場工藝交流活動。施工現(xiàn)場2011年8月5日唐林2注漿終壓比較難控制根據(jù)巖性、施工條件及涌水壓力等因素現(xiàn)場試驗確定。確保每個注漿孔的注漿量符合設計要求。1、質檢員加強過程檢查。2、根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時調整注漿終壓。3、隨時抽查注漿壓力。4、提高注漿人員的操作技能。施工現(xiàn)場2011年8月5日王杰3注漿管經(jīng)常堵管及時清洗噴射管路。確保注漿機正常使用。1、加強職工的責任心。2、建立崗位責任制。施工現(xiàn)場2011年8月3日張子良4漿液配合比難控制依據(jù)施工配合比及運輸距離的要求，控制水灰比。保證注漿前漿液的膠凝時間符合要求。1、攪拌站嚴格按施工配合比施工。2、減少干擾。施工現(xiàn)場2011年8月5日高增2、實施階段（D）（1）堅持每天班前安全質量講話制度，項目質量檢查人員及工地值班員隨時跟蹤檢查；（2）對注漿及質檢人員進行崗前培訓；（3）建立逐層檢查制度，項目部建立以經(jīng)理為首的質量保證體系，采用必要的行政手段、經(jīng)濟手段，進行獎罰，作到獎罰分明；（4）對操作技能不合格的工人堅決更換，特別對雙漿液配置、注漿進行崗前培訓，并堅持持證上崗；（5）嚴把原材料關，對進貨和過程檢驗，杜絕不合格材料進入施工現(xiàn)場。（6）精心組織、嚴格管理、嚴格操作規(guī)程，嚴格按質量評定標準進行獎罰；（7）經(jīng)常與兄弟單位、RPD—150C鉆機供應商進行交流、學習，結合我單位施工現(xiàn)狀，不斷改進、完善。序號質量因素檢測方法檢測次數(shù)不合格次數(shù)合格次數(shù)單項優(yōu)良率%備注1注漿量查看注漿記錄4003037092.52注漿壓力查看注漿記錄1201110990.83漿液配合比實驗室隨機抽檢3002028093.334漿液膠凝時間實驗室隨機抽檢4001039097.55孔位布置現(xiàn)場查看100595956機械設備現(xiàn)場查看5034794累檢查階段（C）注漿止水現(xiàn)場控制質量檢查通過認真執(zhí)行對策后，QC小組就注漿止水質量進行重新檢查，其檢查結果如表4所示：注漿止水效果檢查2011年7月19日至7月21日，共進行三次鉆探，分別記錄為XJ1—XJ3號孔，并對XJ1號孔進行取芯6m作業(yè)，XJ1號孔位里程X6+56，XJ2號孔位里程X6+50，XJ3號孔位里程X6+46。XJ1號孔鉆探深度20.5m，取芯長度6m，向上偏10度左右，現(xiàn)場鉆探取芯情況顯示0—6m段圍巖非常破碎段，為二疊系風化砂巖，局部夾泥巖，碎石狀壓碎結構或碎塊鑲嵌結構，節(jié)理裂隙很發(fā)育，取芯粒徑較小，且?guī)r芯中夾雜泥沙較多，掌子面出露巖石，人為即可輕易剝落；鉆機鉆速較快，基本0.8m/min；鉆進過程中鉆孔中水流較大，鉆機送水流量正常平穩(wěn)，送水壓力較大，鉆機數(shù)據(jù)顯示在與6m巖層交界處，鉆孔水流明顯增大，水壓明顯增大，送水壓力在1MPa以上，初步分析為基巖承壓裂隙水順通路流出，此段巖層為富水帶。注漿前芯樣2011年8月10日對注漿后巖層進行鉆探取芯，記錄為QX1號孔，QX1號孔位里程X6+57。QX1號孔平行底板面進行鉆探取芯，根據(jù)鉆探芯及鉆機記錄數(shù)據(jù)情況分析：之前圍巖碎石狀壓碎結構或碎塊鑲嵌結構，經(jīng)過注漿后得到明顯粘結，節(jié)理裂隙得到明顯充填，巖石硬度提高，取芯為整段塊餅狀；穩(wěn)定推進力后，鉆機鉆速較平穩(wěn)，基本上在0.2m/min且無較大波動，進一步說明圍巖整體性連續(xù)性較好；鉆探過程中從鉆孔無較大水流，鉆機送水流量、送水壓力較平穩(wěn)。

注漿后芯樣4、總結階段（A）通過QC小組在施工過程中堅持不懈地研究、試驗、分析，將理論與實踐有機地結合起來，得出以下結論：（1）采用馬麗散及水泥-水玻璃雙液液漿聯(lián)合注漿加固圍巖、止水的方式在隧道施工中具有良好的效果，是圍巖軟弱破碎、含水量大的隧道施工的關鍵工序，注漿效果的好壞決定整個隧道的安全與質量；（2）注漿止水加固圍巖是一個完整的工藝系統(tǒng)，每道操作環(huán)環(huán)相扣，相輔相成，合理的施工組織和機械配套是注漿止水加固圍巖的前提，加強注漿機的管理維護是正常作業(yè)的必要條件；（3）加強試驗工作，為注漿止水加固圍巖提供必要的理論依據(jù)，根據(jù)室內試驗情況，總結雙液漿各項基本規(guī)律為：①模數(shù)M是水玻璃性能的一個重要指標參數(shù)，水玻璃模數(shù)的大小對注漿影響很大。模數(shù)小時，二氧化硅含量低，凝膠時間長，結石體強度低；模數(shù)大時，二氧化硅含量高，凝膠時間短，結石體強度高，模數(shù)過大過小都對注漿不利，在硫磺溝斜井注漿時，通過現(xiàn)場實踐總結，水玻璃模數(shù)在2.4～3.4之間較為合適，收到較為理想的效果；②水玻璃出廠濃度一般為50～56Be′，而現(xiàn)場注漿使用的范圍根據(jù)經(jīng)驗一般為30～45Be′，為獲得較快的初凝時間，根據(jù)室內試驗數(shù)據(jù)（實驗室膠凝時間如表5所示）及現(xiàn)場注漿情況總結，硫磺溝斜井注漿中將水玻璃稀釋到35Be′較為合適；水泥漿水灰比水泥漿與水玻璃體積比凝膠時間3540450.5:11:155s1min4s1min41sec1:11min18s1min51s2min30sec1.5:12min2min55s3min44sec表5不同水玻璃濃度時水泥-水玻璃雙液漿凝膠時間圖3不同水玻璃濃度時水泥-水玻璃雙液漿凝膠時間曲線圖③在水泥漿水灰比對凝膠時間影響的實驗室數(shù)據(jù)中，水灰比越大，漿液凝膠時間越長，根據(jù)此規(guī)律，在硫磺溝斜井現(xiàn)場注漿施工過程中，結合對現(xiàn)場涌水量的估計，現(xiàn)場施工中不斷調整水灰比后，在水泥漿水灰比為0.75：1，獲得較適合的凝膠時間。表6不同水灰比時水泥-水玻璃雙液漿凝膠時間水泥漿水灰比水玻璃濃度/水泥漿與水玻璃體積比凝膠時間0.6:1351:11min46sec0.75:11min58sec1:12min10sec1.5:13min55sec表6不同水灰比時水泥-水玻璃雙液漿凝膠時間曲線圖④從水泥漿與水玻璃體積比對凝膠時間影響來看，水玻璃越濃，漿液凝膠時間越長，隨著水玻璃用量的減少，漿液凝膠時間縮短，在現(xiàn)場注漿施工中，體積比在1:0.6～1:0.8范圍內，獲得了較理想的凝膠時間。表7不同水泥漿與水玻璃體積比時水泥-水玻璃雙液漿凝膠時間水泥漿水灰比水玻璃濃度/水泥漿與水玻璃體積比凝膠時間1:1351:0.329sec1:0.435sec1:0.547sec1:0.657sec1:0.71min4sec1:11min26sec（4）在注漿孔位布置方面，一方面要