锦屏引水洞水胀式锚杆QC成果

1、四川省雅砻江锦屏水电站水胀式锚杆在西端引水洞岩爆段的治理运用组长：侯永和小组所在单位：中铁二局锦屏水电站项目经理部小组名称：水胀式锚杆在西端引水隧洞岩爆段的治理运用QC小组撰稿人：唐 剑二九年十月发 表 程 序一、概况二、选题理由三、现状调查四、活动目标五、原因分析六、要因确认七、制定对策八、实施方案九、检查效果十、巩固成果十一、结论与建议十二、结束语水胀式锚杆在西端引水洞岩爆段的治理运用一、概况1、QC小组类型：现场型。QC小组组建及人员基本情况如下表：小组名称组建时间小组人数课题名称课题登记时间活动时间水胀式锚杆在西端引水洞岩爆段的治理运用QC小组2009年8月10日12锦屏西端引水洞高地

2、应力隧道的岩爆控制2009年9月5日2009年8月2009年10月序号姓 名性别年龄文 化 程 度职务及职称组内分工接受TQC教育 时 间1侯永和男44本科项目经理（高工）组 长722杨家松男43本科项目总工（高工）副 组 长723刘士恩男32本科项目土木副总工（高工）施工技术总体负责724唐 剑男32大专安质总监安全质量环保控制725沙宗天男30本科现场生产副经理现场生产管理486刘元东男31本科质量部部长施工质量管理487陈木林男24大专专业质检员现场质量管理488赵剑平男23本科专业工程师引水洞现场技术实施489贺光荣男37高中项目生产班长引水洞现场生产实施4810张清泉男25本科专业工

3、程师引水洞现场技术实施4811冯维男25本科专业工程师引水洞现场技术实施4812周双男22本科专业工程师引水洞安全技术实施48本小组成员平均年龄30.7岁，文化程度包括本科、大专、中专、高中三个层次，职务有项目经理、公司副总工程师（兼项目总工）、经理部副总工、施工技术主管、工班长及相关人员，人平均接受TQM教育时间为64小时，经测验成绩优良。小组组建以来，共进行了五次活动，出勤率98%，人均发言率98%。历次活动情况如下：第一次：成立水胀式锚杆在西端引水洞岩爆段的治理运用QC小组。第二次：对引水洞岩爆发生情况及特点进行分析讨论，确定水胀式锚杆在及时治理岩爆段的主导作用。第三次：分析水胀式锚杆在

4、控制处理岩爆过程中影响安全快速施工的几大关键因素，研究相应的处理措施。第四次：研究水胀式锚杆在岩爆段的处理方式，取得支护参数。第五次：分析QC小组活动的效益（含社会效益、经济效益等）情况、总结水胀式锚杆在岩爆段的治理经验。2、工程概况锦屏水电站西端引水洞进口位于雅砻江的二级电站闸址上游约1000m处，全长约16.67km，地处青藏高原向四川盆地过渡的斜坡地带，地形、地质条件极为复杂。隧洞沿线由白山组大理岩为主分水岭，地形起伏，山峦重叠，沟谷深切，主体山峰在4000m以上，一般埋深为15002000m，最大埋深达2525m，由二条平行、中心距为60m、净宽13m、高为13m的过水隧道组成，断面呈

5、“马蹄型”形状，我部施工的两洞进口段桩号为0+128，1#洞里程至1+842.875后为0.365%的逆坡，2#洞里程至1+827.67后为0.365%的逆坡。工程区为典型的高山峡谷地貌。西端进口1000米后为杂谷脑组大理岩，局部富水，岩溶发育，在完整、无水地段存在弱至中等岩爆。围岩分类以类为主，局部为、类围岩，成洞条件一般。除、类围岩段需要进行钢拱架支护外，隧洞均为锚杆加喷射CF30硅粉钢纤维砼作隧道的永久支护。二、选题理由1、锦屏水电站工程是国家重点工程项目，是西部大开发中重点开发的水电项目之一，引水洞是二级水电站的主体工程之一，其作用是作为梯级开发的重点项目，能够确保锦屏二级水电站顺利达

6、到预期的发电目标，解决国家的供电紧缺问题。项目难度(包括隧道高埋深、高压涌突水、高地应力、岩爆等)在国内前所未有，独头掘进居国内第二；隧道断面大，采用无轨方式运输，属国内第一；进度压力大。2、在2009年上半年度的施工过程中，当有岩爆发生时，一度采用传统的砂浆锚杆作为控制岩爆的主要手段，因砂浆锚杆施工时间长，不能及时对围岩应力产生有效控制，导致砸毁施工机具、阻挠施工正常进行的事，对施工安全及快速掘进产生极大的影响。因此，确定“水胀式锚杆在西端引水洞隧岩爆段的治理运用”作为QC小组的攻关课题。三、现状调查人： 1#、2#隧洞分别由两个钻爆班施工，初期锚杆支护由钻爆班完成，部分员工责任心不强，专业

7、技能较差，对岩爆普遍有害怕心理，锚杆施工支护质量不能保证。机：隧道开挖、初期锚杆钻孔采用手风钻。料：锚杆采用带垫板砂浆锚杆。锚杆材质为螺纹钢，锚杆和锚垫板均为自行加工；钢筋和注浆工艺符合相关技术规范文件的要求。法：砂浆锚杆施工采用台车钻孔，人工灌注。环：锦屏引水洞全长16.6Km，连续12.875Km洞段埋深都在1500m以上，高埋深、高地应力伴随着岩爆的发生，砂浆锚杆施工支护费时长，严重影响施工安全和工期。 根据调查，我们进行了岩爆段砂浆锚杆施工支护缺陷统计，见下表岩爆段砂浆锚杆施工影响缺陷统计表序号缺陷项目缺陷数频率（%）累积频率（%）1员工心理害怕2026.8726.872锚杆支护采用砂

8、浆锚杆支护时间长2026.8753.743台车钻孔不能有效地紧跟1217.9171.654开挖成形差岩爆易发生812.5480.105工人专业处理技能差45.9786.076注浆工人操作过程不合格34.2890.357注浆工艺参数未随开挖面环境调整23.2793.628高埋深、高应力岩爆易发生11.49100.00根据影响岩爆段砂浆锚杆施工缺陷调查表，我们绘制了影响岩爆段砂浆锚杆施工缺陷排列图：四、活动目标1、通过QC小组活动，录求在岩爆地段的快速支护手段-水胀式锚杆支护，保证安全。2、课题的目标就是掌握水胀式锚杆在岩爆地段的快速支护应用、缩短处理时间。五、原因分析小组成员围绕课题目标，各自发

9、挥自己的主观能动性，围绕岩爆段治理情况进行分析讨论，不断进行探索。环境方法人员机械材料岩爆段锚杆支护治理效果项目QC小组通过对我公司已完成的辅助洞工程中影响隧道岩爆段支护效果情况进一步了解，并对参加工程建设的有关人员进行系统调查，在保证数据客观性和与锦屏引水洞施工具备可比性的前提下，对数据进行整理分析，调查统计结果情况如下表：影响高地应力情况下隧道岩爆段支护的原因统计表序号项 目频 数累计数累积（%）1开挖洞段围岩为大理岩或肉红色大理岩，岩爆时常发生，应力释放较快131340.62支护班组安装砂浆锚杆的工艺没有严格按照技术交底执行72021.93操作人员责任心不够、奖惩力度不足52515.64

10、机械设备时常坏，修理时间较多（如注浆机、吊车等）42612.55未能及时针对岩爆区进行有效的防护和准备（安全处理措施不完全到位）43012.5合计3232100从上表可见出，影响隧洞的支护效果的主要原因分为两部分，一是客观原因，如上表中序号1，客观原因是无法改变的；二是人为原因，如上表中序号25，根据对相关资料及人员提供的影响洞室开挖进度及支护滞后的原因进行分析和讨论，主要有以下几方面的原因（如图）：其影响隧洞岩爆段支护的上述五大要素进行分析，共得出如下11个末端原因：人员：操作技能培训不足，技术交底不详细 施工班组及机械操作人员水平不定、责任心不够机械：注浆机设备陈旧、吊车时常坏材料：锚杆和

11、水泥品种选择不合理方法：锚杆安装部位和间距不合理注浆的多少和安装的力度控制不合理不能针对不同的大理岩及时调整锚杆长度和型号环境：工期压力大拱顶渗水，造成施工难度较大有构造节理面发育影响六、要因确认QC小组全体成员确认影响隧洞岩爆段支护的主要原因有：序号原因确认方法确认情况负责人完成时间要 因确 认1操作技能培训不足，技术交底不详细现场验证对台车司机和锚杆支护工人培训不够杨家松刘士恩2009.8.15是2锚杆安装的操作顺序存在问题现场验证班组是全部注浆完毕才安装锚杆杨家松2009.8.15否3浆液的稀释浓度没有按照技术交底执行现场验证调查分析在施工技术交底中锚杆安装浆液的水：水泥：砂=0.45：

12、1：1.28，现场调查施工情况基本符合陈木林段启伟2009.8.15否4砂浆锚杆支护体现的效果较慢，达到的锚固力不够现场验证调查分析砂浆锚杆自身缺陷，难以达到设计规范要求刘元东刘士恩2009.8.15是5洞内地下水发育，排水不畅，积水过深，湿度过大现场验证调查分析该隧道属于富水隧道，地下水发育，不仅对机械设备造成很大损害，而且对打孔过程中的位置控制和安装过程也影响较大沙宗天贺光荣2009.8.15是七、制定对策针对影响隧洞岩爆段支护的主要原因，QC小组成员集思广益，研究制定了具体的对策和措施，见下表：序号要因对策措施地点完成时间负责人1操作技能培训不足，技术交底不详细组织员工培训由杨家松主持对

13、支护工人进行了两次培训，重点进行引进水胀式锚杆后的施工安全技术的培训。工地会议室2009.8.20杨家松候永和刘士恩2砂浆锚杆支护体现的效果较慢，达到的锚固力不够选用更先进的锚杆支护形式，即水胀式锚杆支护将杆体装上托盘，送入孔底，注浆器与注浆嘴连接，注入高压水（压力1520MPa），杆体与围岩密贴即完成施工现场全过程沙宗天刘士恩贺光荣3洞内地下水发育，排水不畅，积水过深，湿度过大改善环境对地下不进行引排，定期清理沟，保障排水畅通。在掌子面运用到水泵，保证掌子面作业的时候无积水。施工现场全过程贺光荣沙宗天唐剑八、方案实施锦屏引水隧洞现场施工时，QC小组成员根据施工实际进展情况严格按照制定的对策实

14、施，小组成员按照分工对水胀式锚杆的施工进行全方位全天候的质量跟踪和控制，并根据PDCA不断进行学习、分析、总结和修正，对影响质量的重点、难点进行解决，使工程的工期的质量得到了保证。实施一：教育、培训、交底2009年8月15日，在引水隧洞开挖进入T2b白山组大理岩后，连续三天利用工余时间，由QC小组组长、项目项目经理候永和主持了由全体12名QC小组主要成员和台车司机和挖机司机及支护工人参加的培训班。由QC小组主要成员候永和、杨家松、刘士恩、唐剑等分别授课，对支护班组进行施工规范、技术要求和质量标准的培训，并由项目总工杨家松根据针对引水隧洞具体地质和现场情况编写的锦屏引水洞西端水胀式锚杆施工手册向

15、主要操作手们作了详细的交底，技术主管邓迪对安装流程的操作重点进行了讲解和示范。培训时强调指出，针对引水洞的特殊情况，要改变以前隧道洞施工中一些不正确的施工方法，为提高隧洞支护的速度和效果，采用水胀式锚杆，施工时要掌握以下原理和措施：1、构成和安装程序水胀式锚杆是一种由外径大于锚孔直径的A3无缝钢管加工成小于锚孔直径的双层凹型管状杆体,它由端套、挡圈、注液端、托盘等配件组成；施工程序为:钻孔将杆体装上托盘,送入孔底注液器与注液嘴连接注入高压水(压力1520 MPa)杆体与围岩密贴完成。2、工作原理水胀式锚杆在高压水作用下,锚杆管壁随锚孔形状膨胀,产生永久变形,使其对围岩产生挤压,获得锚固力,从而

16、起到加固作用。水胀式锚杆有三种作用:第一是托锚作用,在加压膨胀过程中,杆体沿轴线收缩14 mm ,使托盘对锚孔附近围岩产生挤压力;第二是锚杆对围岩的轴向变形的限制作用,它随着围岩变形增加而增强;第三是沿锚杆全长对锚孔围岩挤压产生的径向压力作用,径向压力随着水压力增大而增大,当水压为25 MPa 时,锚固力可达20 kN/ m ,而且比较稳定。3、技术参数初始锚固力安装时间杆体破坏力工作水压锚杆长度岩孔直径注液器额定压力高压泵功率和电压80 kN2 min980 kN25 MPa 6 m36100 mm30 MPa3 kW380 V/ 660 V4、性能试验(1) 所试验的技术指标锚杆长度:4.

17、0m；锚杆直径:2530 mm；充液压力:25 MPa ；高压泵额定压力:31.5 MPa。(2) 试验情况自由膨胀:使锚杆无约束自由膨胀,所得结果表明,锚杆长度由4.0m变为3.995m ,直径由28mm变为43mm。锚固试验:在2#洞2+756段进行钻孔锚固试验,采用长4.0m的锚杆共试验3根。在泥质砂岩中,用45钻头钻孔后,安装锚杆,然后用锚杆拉拔仪进行拉拔试验,测得抗拔力达到100kN时,锚杆仍未破坏。5、技术人员随时跟班作业，对待施工中出现的特殊情况的变化，在第一时间对相关参数作出调整；6、对每次支护后现场技术人员及时检查安装效果，对支护进行总结，找出得失，不断获取依据和施工工艺及技

18、术方案。7、 不定时招集锚杆支护人员（支护班组、台车、挖机司机、领工员、开挖技术人员及相关领导）开会积极听取各方面意见，对水胀式锚杆施工方案补充完善；培训完成后，技术人员及时进行技术交底，并将交底结果（记录）形成质量责任状，各方签字保存，在施工中认真贯彻执行。实施二：施工过程质量控制自培训结束后，根据确定的要因的制定的对策，QC小组对现场监督指导贯穿施工的全过程，并于2009年8月1020日、8月2130日、8月31日9月5日、10月27进行六次活动。其中，8月15日是召集相关人员强调水胀式锚杆安装的效果，能否达到预期目的，以便节约支护时间。在钻孔、注浆、安装和系统效果上要求大家献计献策，在保

19、证质量安全的前提下加快下一循环的时间。8月30日，因为隧道洞掘进到节理裂隙十分发育的强富水洞段，出现了很多不利情况：如测量放线的台车钻孔位油漆标记被水冲掉，台车自身受潮湿影响经常出故障，开挖爆破后岩爆严重，影响支护工人心理等。对此在候永和和杨家松带头下，迅速对安装工艺做出调整：放炮进尺缩短，提前打探水孔；出渣积极，以便水胀式锚杆支护的紧跟，能喷砼的地方及时作喷砼支护；加强洞内引排水措施，每天派挖机疏通排水沟，并在掌子面安设水泵抽水；测工采用防水油漆定出锚杆钻孔孔位。通过采取以上措施，安全稳定的渡过了破碎及富水区段。9月45日，针对隧道内岩体开始变完整，岩爆强度出现中等情况，及时作出如下施工措施

20、：安装隧洞周边收敛和拱顶下沉检测器，严格开挖质量，减少应力集中；每循环打510个应力释放孔；每循环作超前锚杆支护；及时作锚喷支护，防止二次岩爆；支护后观测数据，收敛位移和拱顶下沉均未超出规范规定。爆破后对岩石进行喷水减压处理。通过以上措施，安全的渡过了岩爆多发地段，并且支护效果明显。九、检查效果由于细化施工过程的质量控制，认真执行施工方案，不断提高作业班组的质量意识和操作水平，各个施工环节均满足技术及设计要求。最终，本段自采用该支护形式后，历经五个多月，未出现松落掉块现象，并且从观测数据看，收敛位移和拱顶下沉均未超出规范规定。使用水胀式锚杆进行常规布置的锚杆支护具有安装后能马上提供支护的优点，

21、不象水泥砂浆锚杆那样水泥锚固剂需要时间凝固。水胀式锚秆一般情况下是可靠的，还可以在含水岩层中使用。开挖面爆破后这种锚杆只是外端被炸掉，而在工作面前方岩石中仍留有三分之二的长度。岩爆大为减少，不再影响隧道施工进度。 图1现场施工水胀式锚杆 图2 现场支护效果图 十、主要成果我部本QC小组虽组建不久，但在活动期间，继续加强对支护班组作业人员进行知识、施工工艺进行学习，加强对QC小组人员进行质量意识教育，加强现场监督，及时听取个方面意见，及时归纳总结、不断思考，不断逐类旁通，推及发扬，并引进和吸吮了许多国内外的施工工艺，全面运用TQM原理，针对影响岩爆段支护的各项主要因素，如台车钻孔的缺陷性、支护工

22、人的安装水平不足性、砂浆锚杆支护本身的弊病等环节深入开展TQM活动，利用PDCA循环，认真解决存在的问题并制定各项对策。有效地解决支护时带来的恐惧心理，以及台车钻孔设备的保护等问题，为施工的水胀式锚杆提供了良好的环境，主要是提高了支护施工进度并取得良好的技术效益、社会和经济效益。技术效益：经过PDCA循环，现场生产管理人员改变了认识，使他们充分认识到科学组织和实践结合的重要性，避免了在岩爆洞段支护的盲目性，提供了单位综合支护水平，大大缩短了岩爆处理控制时间，减少了人员受伤、砸坏机械的事故发生，为开挖节约了时间，保证了快速掘进，无形中降低了成本，为快速掘进提供了可靠的技术保障。社会效益：在国内隧

23、道施工中，水胀式锚杆在施工中实施时间短，一般隧道支护施工均用砂浆锚杆和中空注浆锚杆两种，我部在水胀式锚杆的施工过程中，不断的通过试验数据以及现场观测等多种预报手段，使各项支护参数和成果能相互应证，能快速、有效地对岩爆洞段进行控制，通过PDCA循环，大大缩短了岩爆处理控制时间，提高了日、月进度，为公司赢得了荣誉。并为国内以后类似工程的岩爆段支护工作指明了技术背景和方向。经济效益：通过成立QC小组进行课题攻关，大大提高了引水隧洞的支护速度，从而更为有效地提高了施工进度，同时，在准确的、有效的支护成果下，避免了岩爆段地质对施工生产人员和施工设备的安全威胁，降低了施工的安全成本，取得了明显的经济效益。

24、在开展TQM活动以前，曾多次出现岩爆使人员受伤和设备受损的现象，给项目造成巨大的经济损失和工期损失，同时开展TQM活动以前，设备损失就超过200万元。通过TQM活动，取得了良好的经济效益，根据技术室及成本部分析可以看出，在进行TQM活动后，增加了对岩爆段支护的认知程度，在施工组织上，做到了预防排险在先，大大的减少了安全事故的发生，增加了月开挖进度，使沿米开挖固定成本探销降低，较TQM活动前每延米节约成本335.6元。十一、结论与建议与传统的砂浆或药包锚杆支护相比, 砂浆锚杆、药卷锚杆有比较大的缺陷,如在全长范围内砂浆或水泥药卷很难保持均匀、满孔,从而不能充分起到设计要求的作用。水力膨胀式(简称“水胀式”) 锚杆恰好能克服目前大量使用的普通锚杆的不足，在快速处理岩爆时具有以下显著特点:(1) 节省时间、保证安全由于水胀式锚杆安装快捷