解决强风化片岩大变形地段施工技术.doc

解决强风化片岩大变形地段施工技术 一、 工程概况： 十转山隧道隶属于竹山县潘口乡龙王沟村、潘口河村，左幅隧道起讫桩号为ZK163+475ZK163+925，长1450m，最大埋深45.9m；右幅隧道起讫桩号为YK163+490YK163+937，长1447m，最大埋深47.4m。隧道设置人行横洞2处，车行横洞2处。根据地表水文点观察，结合地形地貌，岩性和构造条件判断：地下水不甚发育，主要以裂隙水为主，钻孔未揭露到地下水位。地下水的补给主要靠大气降雨补给，雨季期间地下水的排泄方式主要通过地下径流、泉等方式向坡脚排泄。隧道围岩为强风化片岩、裂隙较发育、围岩整体性较差。 二、 小组概况 中铁十七局集团第一工程有限公司谷竹高速公路项目部QC小组成立于2013年9月1日，小组成员共7人，平均年龄25岁。 三、 解决隧道大变形 1、 十转山隧道为本标段最长的隧道，是本标段的控制性工程之一。 2、 隧道在奥陶系强风化千枚状云母片岩地段的大变形问题一直严重影 响隧道施工进度。十转山隧道大变形地段埋深较短，为偏压段，最大侵限100cm。 3、 该隧道为高地应力，云母片岩遇水、空气会快速风化，为膨胀性岩 石。 4、 掌握隧道软岩变形的规律，有效控制软岩大变形是全隧道施工的主 要控制环节，一旦出现大变形会直接影响到工程进度和效益，如果处理不当对工程结构也会造成极大的危害。 四、 活动目标及可行性分析 1、 活动目标： （1） 分析强风化千枚状云母片岩的物理性质，优化支护参数，提出 合理的隧道开挖方式和支护体系。 （2） 分析隧道千枚状片岩地段开挖期间围岩压力的变化规律，为隧 道安全施工和支护参数的调整提供理论依据和技术措施。 （3） 提出合理的隧道开挖方式和支护体系，预测隧道围岩的收敛变 形和压力变化规律；避免炭质页岩地段出现变形侵限情况，为以后的类似的隧道提供科学依据。 2、 可行性分析： （1） 技术支持：与业主、设计、监理等单位召开现场会，进行隧道施 工论证会，从理论上进行合理的解释和论证；从施工方面予 以指导，从隧道的开挖方法、钻爆网络设计、支护参数的选 择、隧道断面的图形以及临时支撑等方面进行指导。 （2） 施工保障：施工中，隧道队伍选择有多年隧道施工经验的掘进队 伍，部分技术人员及一线工人挑选责任心强而且具有比较丰 富的隧道开挖、钻爆、支护经验的负责施工。 （3） 项目管理中，运用全面质量管理方法，要求工序紧奏，实行质量 责任到人。 五、 小组活动情况： 根据已开挖段的变形施工经验和借鉴其他软弱围岩变形实例，结合十转山隧道的特点，本小组对可能发生的大变形进行如下分析： 1、 隧道开挖后变形发展迅速，变形尚未侵限地段。 根据隧道初支变形情况，加强监控量测，根据监控量测数据分析处理措施，补打锁脚锚杆，有效的减缓了围岩变形速度，防止初支侵限。 2、 对侵限地段实施围岩压浆加固处理，逐榀替换侵限钢架，重点检查 钢架的间距、锚杆的设置。制定详细可靠的钢架替换方案。 根据制定的预控措施，对十转山隧道右洞35米（YK163+550-585段）的掘进，该段设计为级围岩，初期支护采用的是I18工字钢间距1.0m/榀、系统锚杆为药卷锚杆长3.0米，喷射混凝土厚度为22cm，预留变形量为15cm，根据施工中出现的问题，工程部要求加强监控量测，要求每5米一组监控量测点，每天上午和下午进行量测。每次收敛值均大于1cm，导致最终大面积侵入二衬，需要进行换拱处理。 大变形照片如下： 初支变形 （一）、第一次活动 针对这一情况小组召开了全体QC小组成员会议，经过认真讨论，列出因果分析如下： 根据以上对要因的分析，小组成员展开了讨论，并制定了相应对策，如下表一 表一： 实施： 根据对策所制定的措施，小组成员分头行动，对各自负责的措施进行了落实： 1、针对第一要因，项目总工解培一于2012年12月1日前分别同现场技术员、质检工程师签订了包包责任状，同时施工队由队长同班组工人也签订了相应的签订了责任状。在责任状中明确了各种情况下的奖罚措施，确保各项制度的严肃性和执行效果。 2、针对钢拱架的整体刚度不足的问题，由总工解培一负责同业主和设计单位多次沟通。于12年12月5日在现场召开了由业主组织的设计、施工、监理单位参加的第一次现场会，通过对现场初支和变形情况的勘察和分析，同意采用全环I18的型钢钢架代替原设计的I16的型钢钢架，同时钢架间距调整为0.8m/榀，同时将原设计的3.0m长的锚杆调整为3.5m长的药卷锚杆。 3、针对钢架底脚悬空和初支背后存在的虚碴现象，由赵晓宇带领质检工程师和现场技术员对现场施工实行全过程控制，跟班作业。重点检查钢架节点处的螺栓是否拧紧、连接是否牢固，垫脚槽钢、砼垫块是否牢固、可靠，喷射砼前钢架背后的危石、松散的虚碴是否清干净。 4、根据部分专家提出的应力释放的理论：多台阶开挖，应力多次释放，对钢架的受力不利，开挖方法暂时调整为两步台阶法（上部台阶为大断面），减少工序，尽量缩短二次衬砌的时间。同时将预留沉落量调整为25cm。 （二）、第二次活动 在随后的100m（YK163+600700）段隧道施工中，小组成员认真落实对策，并对施工过程进行了检查，但是结果仍不是很理想，现将具体结果分析如下：在第一次活动分析后，尽管加强了施工过程的控制，初支变形明显减小，变形最大位移量为10cm，但是拱顶钢拱架出现扭曲、断裂现象，这说明在本次循环中初期支护变形的原因同第一循环相比，产生了变化，需要做更深入的分析。变形的照片见下图： 拱架断裂 从施工揭示的工程地质看，地层岩性主要为奥陶系强风化千枚状云母片岩，岩风化强烈，节理裂隙发育，岩体十分破碎，地下水出水状态为淋雨，BQ/BQ< 250 隧道开挖揭示的地层岩性 根据施工情况，我们邀请了部分铁道部隧道专家、中交第二公路勘察设计研究院及集团公司内部的部分隧道专家对本段变形做了详细的勘察和科学的论证，最后形成的一致意见为：引起围岩大变形的主要原因是工程地质因素，特别是以云母片岩为主的围岩地段，从现场围岩可以看到明显的围岩挤压变形和节理面上的明显擦痕，说明该隧道存在明显的高地应力。加之云母片岩自身膨胀性， 另外从现场围岩查看，云母片岩中夹有部分方解石结晶体，这也加剧了围岩变形。 云母片岩地层隧道开挖后有沿垂直层理方向的膨胀、应力释放、变形特点。通过对已施工地段监控量测资料的整理分析，资料显示不同的开挖方式、不同的支护形式随时间的推移初支收敛值会逐渐加大，换一个说法，也就是说随着围岩和初期支护暴露时间时间的加长，云母片岩会在应力和外界条件作用下逐渐显示出松弛变形的特性，相应的围岩的松散圈逐渐扩大，导致初期支护变形加剧。 通过对隧道变形的现场察看和对围岩监控量测资料的认识分析和科学论证，小组经过认真讨论，列出因果分析如下所示： 1、.隧道存在高地应力，炭质页岩自身的膨胀性，岩体中方解石的膨胀变形作用； 2、措施不当，导致初期支护整体刚度不足； 根据以上对要因的分析，小组成员经过讨论，制定了相应对策，如下表 根据对策表二所制定的措施，小组成员分头行动，对各自负责的措施进行了落实： 1、针对第一要因，项目总工解培一积极同设计单位联系，于2013年5月1日完成了对现场围岩的的取样工作。于5月20日开始了对十转山隧道的围岩机理、变形分析、高地应力等的测试工作。 经取四组云母片岩岩样试验： 自由膨胀率Fs=31%，饱和吸水率sa=10.3%；自由膨胀率Fs=20%，饱和吸水率sa=0.5%，膨胀力PP=24.9KPa；自由膨胀率Fs=31%，饱和吸水率sa=14.6%；自由膨胀率Fs=30%，饱和吸水率sa=25.6%；围岩的膨胀力100 KPa。 2、针对I18工字钢的整体刚度不足的问题，由总工解培一负责同业主和设计单位多次沟通。采用全环I20的型钢钢架，同时钢架间距由原来的1.0m/榀调整为0.6m/榀。 3、针对支护措施不当的问题，项目部积极同业主联系，于13年6月份组织召开了由业主主持，铁道部隧道专家、中交第二勘院的部分隧道专家参加的十转山隧道云母片岩变形分析处理专题研讨会。在会议上通过对云母片岩岩性的分析和对现场试验数据深入分析，通过了以下方案加强支护措施： 、调整系统支护措施：拱部采用3.5m长22的药卷锚杆，边墙系统锚杆采用4m长22药卷锚杆，并对变形量较大的右侧边墙做了加强，钢架起拱线钢拱架连接处和边墙接腿处上下各增设2根4m长的22的药卷锚杆作为锁脚锚杆，防止接头处变形过大而侵限，喷射砼厚度由原设计的22cm加厚直30cm厚；预留变形量加大至20cm。 、调整钢架密度：同意设计单位已经采用的钢架间距调整为0.6m/榀。 、合理跟进二次衬砌，变形段的二次衬砌时间不再按照新奥法的施工理论，应该作为新奥法特例来处理。由于变形段的围岩没有收敛稳定，所以二次衬砌要根据监控量测资料结果分析，在变形侵限前及时施做。 、另外根据云母片岩由于层理现象和应力分布的不均匀现象对隧道局部 稳定影响较大的特点，对变形较大处（如拱脚，边墙接头处）可做适当加强处理。 （三）、第三次活动 在随后的400m（YK163+700YK164+000）段隧道施工中，小组成员加强施工控制，取得了较好的效果。试验表明：影响隧道初期支护变形的主要问题已经得到控制，在后续施工中，小组严格按照制定的各项措施执行，十转山隧道在2013年12月30日，隧道施工有望完成。 六、活动效果检查： 1. 通过有效的QC小组活动，有效的解决了云母片岩隧道软岩大形的问题。尤其是初期支护中的各项问题得到了有效控制，经常受到监理、业主的现场表扬。 2. 通过QC小组活动，总结了一套安全、快速通过此地层的应对方案及措施，积累了施工经验，为今后类似工程施工提供了科学依据。 3.十转山隧道施工的过程中，培养了一批隧道施工方面有丰富施工管理经验的技术人员和管理人员，为以后的隧道施工提供了借鉴。 4. 通过QC小组活动，小组全体成员在质量意识、个人能力等方面均有不同的提高。 七、巩固措施： 对在十转山隧道整治软岩大变形施工中采用的有效措施进行汇总归类，并通过对围岩地质构造与隧道稳定性的分析和此类围岩实际开挖的研究与探讨，以及结构加强适应性研究及施工方案选择，反过来对施工起指导作用；持续保持工序质量责任卡，遵循“三检”制度，不断细化各项施工方案，发现问题及时纠正，并补充到施工方案中予以标准化。 八、今后打算 1、 小组将对本次活动认真总结，编制科技论文，积极推广成果，指导施工。