猴子巖地下廠房邊墻圍巖變形及變形速率控制

盧 薇，程麗娟，李治國

（中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

猴子巖地下廠房邊墻圍巖變形及變形速率控制

盧 薇，程麗娟，李治國

（中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

猴子巖地下廠房下游邊墻在開挖過程中出現(xiàn)變形量突增、變形速率顯著增加的異?，F(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)問題的癥結(jié)在于已經(jīng)施工的支護(hù)強(qiáng)度不足，針對(duì)癥結(jié)開展QC小組活動(dòng)。將“廠房下游邊墻圍巖變形速率不超過0.05 mm/天”定為QC小組活動(dòng)的目標(biāo)，通過頭腦風(fēng)暴法找出癥結(jié)的8個(gè)末端原因，并逐條進(jìn)行要因確認(rèn)后鎖定三個(gè)要因；通過“5W1H”列表，對(duì)每條要因提出針對(duì)性處理對(duì)策，明確處理方法、標(biāo)準(zhǔn)、周期、責(zé)任人等；對(duì)策執(zhí)行效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為本次QC成果在后續(xù)工作中得到有效利用，制定了鞏固措施。

猴子巖地下廠房；圍巖；QC小組；變形速率

0 前言

猴子巖水電站地處深山峽谷區(qū)，地下廠房最小垂直埋深大于380 m，廠區(qū)巖體以完整中硬變質(zhì)灰?guī)r為主，易于蓄集較高的壓縮應(yīng)變能，廠區(qū)實(shí)測(cè)最大地應(yīng)力達(dá)到36.43 MPa，是目前國內(nèi)地應(yīng)力水平最高的地下廠房。

猴子巖地下廠房規(guī)模宏大，洞室最大開挖跨度29.2 m、開挖高度68.7 m、開挖長度224.4 m。高邊墻中部是洞室中約束最弱的部位，其變形程度和圍巖破壞深度最大。猴子巖地下廠房在開挖至高邊墻中部時(shí)，1～3#機(jī)組段下游邊墻出現(xiàn)了變形量突增（某多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)值反映出8～24.4 m深度的相對(duì)變形突增57 mm，如圖1所示）、變形速率顯著增加（從0 mm/d增加到0.83 mm/d）的異常現(xiàn)象。為了有效解決此問題，開展了“降低猴子巖地下廠房圍巖變形速率”的QC小組活動(dòng)[1-3]。

圖1 下游邊墻2#機(jī)組斷面8～24.4 m區(qū)段圍巖相對(duì)位移

1 問題提出

根據(jù)工程概況分析可得：（1）變形速率過大，巖體有發(fā)生剝落掉塊甚至大型塊體失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)；（2）若當(dāng)前不采取控制措施，繼續(xù)下挖必然需要搭建高排架對(duì)上部巖體加強(qiáng)支護(hù)，影響施工進(jìn)度；（3）邊墻變形過大，若變形量得不到控制會(huì)占用給結(jié)構(gòu)預(yù)留的尺寸，影響廠房功能；（4）該廠房是目前國內(nèi)地應(yīng)力水平最高的地下廠房，缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，沒有可靠的理論支撐，不能有效預(yù)測(cè)邊墻變形的后續(xù)發(fā)展情況?；谝陨显颍?jīng)過小組成員的認(rèn)真討論，將猴子巖廠房下游邊墻圍巖的變形速率和變形量控制作為本次小組活動(dòng)的目標(biāo)。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

為了解問題的嚴(yán)峻程度、明確本課題的研究目標(biāo)，本QC小組成員對(duì)施工進(jìn)度、破壞現(xiàn)象、監(jiān)測(cè)資料三個(gè)方面的現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。施工進(jìn)度：廠房開挖進(jìn)度僅完成53%，錨索施工滯后開挖面11 m；破壞現(xiàn)象：下游混凝土噴層開裂，鑿開噴層發(fā)現(xiàn)巖體開裂，原本的Ⅲ類巖劣化為Ⅳ巖，圍巖破裂深度接近10 m；支護(hù)受力：錨索錨固力設(shè)計(jì)值2500 kN,但目前最大測(cè)值接近3400 kN，超過設(shè)計(jì)值900 kN，距極限值只有700 kN。

從工程現(xiàn)狀和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的調(diào)研結(jié)果可以看出，猴子巖地下廠房下游邊墻圍巖變形速率過大的問題癥結(jié)在于“已經(jīng)施工的支護(hù)強(qiáng)度不足”，應(yīng)增加支護(hù)。

通過對(duì)國內(nèi)若干大型水電站地下廠房施工期圍巖變形速率的系統(tǒng)研究，明確了開挖間歇期圍巖變形速率的控制標(biāo)準(zhǔn)，見表1[4]。由于當(dāng)前變形速率達(dá)到0.83 mm/d，超過0.2 mm/d，穩(wěn)定程度劃分為III級(jí)，穩(wěn)定性差，應(yīng)盡快增加支護(hù)，使圍巖從穩(wěn)定性差過渡到穩(wěn)定狀態(tài)，為確保高邊墻穩(wěn)定性，將控制目標(biāo)（圍巖變形測(cè)點(diǎn)的位移變化速率）設(shè)定為0.05 mm/d。

表1 圍巖變形測(cè)點(diǎn)位移速率指標(biāo)分級(jí)

圖2 原因分析魚骨圖

3 原因分析和要因確定

3.1 原因分析

小組成員采用頭腦風(fēng)暴研討法，對(duì)問題的癥結(jié)“已經(jīng)施工的支護(hù)強(qiáng)度不足”進(jìn)行原因分析，確定出8項(xiàng)末端原因，并繪制了原因分析魚骨圖（如圖2所示）。

3.2 要因確定

針對(duì)魚骨圖揭示的8項(xiàng)末端原因，本課題小組制定了要因確定計(jì)劃，對(duì)8項(xiàng)末端原因進(jìn)行要因確認(rèn)，經(jīng)分析可知：（1）高地應(yīng)力下結(jié)構(gòu)面結(jié)合緊密，三級(jí)結(jié)構(gòu)面表現(xiàn)為四級(jí)的特征，造成誤判；（2）設(shè)計(jì)人員缺乏高地應(yīng)力下洞室開挖支護(hù)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的支護(hù)力不夠；（3）錨索施工滯后開挖面10 m以上，支護(hù)進(jìn)度滯后。這三條原因構(gòu)成了“已經(jīng)施工的支護(hù)強(qiáng)度不足”的影響要因。

4 制定對(duì)策及對(duì)策實(shí)施

4.1 制定對(duì)策

針對(duì)以上三個(gè)要因，小組成員認(rèn)真分析了問題的根源，進(jìn)行了充分的討論和調(diào)研，按照“5W1H”方法制定了相應(yīng)的對(duì)策措施，如表2所示。

表2 對(duì)策實(shí)施表

4.2 對(duì)策實(shí)施

（1）針對(duì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、規(guī)模、分布位置，適當(dāng)增加支護(hù)。主要實(shí)施內(nèi)容有：①重新定位廠房下游三組陡傾結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、規(guī)模、分布位置。②結(jié)合位移、錨索測(cè)力計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)等監(jiān)測(cè)資料，對(duì)發(fā)生相對(duì)位移的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行定位，縮小加固范圍。③針對(duì)較深的結(jié)構(gòu)面，采用與主變室的對(duì)穿錨索加固，針對(duì)結(jié)構(gòu)面在邊墻的露出區(qū)域，采用錨筋束鎖口，提高結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度。

（2）分階段實(shí)施下游邊墻的整體加固措施。主要實(shí)施內(nèi)容有：①將支護(hù)措施按高程分為兩個(gè)階段，EL1704以上為第一階段，EL1704以下為第二階段。②以錦屏一級(jí)地下廠房的支護(hù)強(qiáng)度作為參照標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)兩個(gè)階段的加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度。③先實(shí)施第一階段的加強(qiáng)支護(hù)措施，如第一階段實(shí)施后已達(dá)到控制目標(biāo)，則可以取消第二階段的加強(qiáng)支護(hù)。

（3）暫停開挖施工，全力施工系統(tǒng)錨索和加強(qiáng)支護(hù)措施。主要實(shí)施內(nèi)容有：①出設(shè)計(jì)便函建議開挖施工暫停，全力施工系統(tǒng)錨索和加強(qiáng)支護(hù)措施。②設(shè)代人員每周去現(xiàn)場(chǎng)檢查三次以上，確保措施被有效執(zhí)行。

5 效果檢查及總結(jié)鞏固

本次QC活動(dòng)提出的對(duì)策在三個(gè)月內(nèi)陸續(xù)執(zhí)行，并在執(zhí)行期隨時(shí)檢查對(duì)策執(zhí)行效果。

（1）在針對(duì)要因“高地應(yīng)力下結(jié)構(gòu)面結(jié)合緊密，三級(jí)結(jié)構(gòu)面表現(xiàn)為四級(jí)的特征”的對(duì)策執(zhí)行過程中，多點(diǎn)位移計(jì)M4CF3-8的8～24.4 m區(qū)段變形速率從0.83 mm/d下降到0.006 mm/d，但同時(shí)邊墻變形往深部擴(kuò)展，該多點(diǎn)位移計(jì)24.4～30.0 m區(qū)段出現(xiàn)變形突增，從15.7 mm增長到35.8 mm；

（2）在對(duì)要因“設(shè)計(jì)人員缺乏高地應(yīng)力下洞室開挖支護(hù)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的支護(hù)力不夠”的對(duì)策執(zhí)行中，第一階段加強(qiáng)支護(hù)完成之后，廠房下游邊墻的變形速率得到有效降低，24.4～30.0 m區(qū)段的變形速率下降到0.157 mm/d，但沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)（0.05 mm/d），因此啟動(dòng)了第二階段加強(qiáng)支護(hù)措施。

（3）針對(duì)要因“錨索施工滯后開挖面過多，超過10m”的現(xiàn)象，暫停開挖施工，全力施工系統(tǒng)錨索和加強(qiáng)支護(hù)措施。

經(jīng)過小組全體成員的共同努力，將制定的所有對(duì)策實(shí)施后，猴子巖廠房下游邊墻多點(diǎn)位移計(jì)M4CF3-8的8～24.4 m區(qū)段變形速率從0.83 mm/d下降到0.005 mm/d，2.4～30.0 m區(qū)段變形速率下降到0.03 mm/d，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，對(duì)策執(zhí)行效果良好。

為確保QC小組成果在今后的工作中得到有效的利用，小組對(duì)活動(dòng)中采取的措施進(jìn)行了推廣和延續(xù)：

（1）將活動(dòng)中定下的錨索施工滯后開挖面8m以內(nèi)的方案以會(huì)議紀(jì)要和設(shè)計(jì)便函的形式歸檔保存，作為后續(xù)開挖和錨索施工進(jìn)度的監(jiān)控依據(jù)。

（2）設(shè)代人員應(yīng)常到施工現(xiàn)場(chǎng)巡視，有異?，F(xiàn)象及時(shí)與設(shè)計(jì)后方反饋，提高設(shè)計(jì)方對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問題的應(yīng)對(duì)效率。

6 小結(jié)

通過QC小組活動(dòng)，對(duì)“控制廠房下游邊墻圍巖變形速率和變形量”這一課題進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，在執(zhí)行針對(duì)問題要因的一系列處理措施后，廠房下游邊墻圍巖變形速率和變形量得到了控制，完成了預(yù)期目標(biāo)，解除了廠房下游邊墻圍巖穩(wěn)定性欠佳的危險(xiǎn)。在工程施工過程中積極開展QC小組活動(dòng)，認(rèn)真、全面完成QC小組活動(dòng)的各項(xiàng)程序，其最終的活動(dòng)成果將有助于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工，對(duì)工程的安全和進(jìn)度有較大的促進(jìn)作用。

[1]邢文英.QC小組活動(dòng)指南[M].中國社會(huì)出版社，2003，8.

[2]田啟文，喻暢，岳朝林.QC小組活動(dòng)成果在坪頭水電站施工地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].水電站設(shè)計(jì)，2012，28(3):7-11.

[3]向君.運(yùn)用QC小組活動(dòng)提升小龍門水電站發(fā)電廠房主機(jī)間排架柱混凝土的外觀質(zhì)量[J].四川水力發(fā)電，2011，30(6):146-148.

[4]蔡德文，王俤剴，陳曉鵬.西南地區(qū)超大型地下洞室群施工期快速監(jiān)測(cè)分析評(píng)價(jià)體系研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014,33（11）:2341-2349.

TV731

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1673-9000（2017）05-0093-03

2017-04-07

盧薇（1981-），女，貴州正安人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。