減小烏東德水電站軟巖隧道變形的應(yīng)對(duì)措施*

(長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430010)

1 小組概況

長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司施工交通QC小組成立于2015年1月，是一個(gè)攻關(guān)型小組。小組成員共10人，該組涵蓋烏東德水電站施工專業(yè)的主要設(shè)計(jì)人員及相關(guān)業(yè)主人員，成員結(jié)構(gòu)合理。

2 選擇課題

烏東德工程6-2隧道圍巖屬于軟巖性質(zhì)，貫穿后樁號(hào)AK3+112～AK3+300段發(fā)生變形，多處襯砌出現(xiàn)不同程度的開裂和脫落，嚴(yán)重影響了車輛在隧道中的行駛安全，因此業(yè)主計(jì)劃暫時(shí)停封6-2隧道。由于6-2隧道為烏東德導(dǎo)流洞施工的必經(jīng)通道，停封6-2隧道會(huì)直接影響導(dǎo)流洞施工，導(dǎo)致截流時(shí)間滯后，進(jìn)而推遲電站機(jī)組發(fā)電時(shí)間，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此成立QC小組，對(duì)烏東德工程6-2隧道變形現(xiàn)狀及原因進(jìn)行研究，提出減小烏東德工程6-2隧道變形的措施方案。

3 確定目標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況與相關(guān)規(guī)范，減小隧道變形的控制目標(biāo)需從兩個(gè)方面設(shè)定：靜態(tài)上需控制襯砌裂縫寬度，參照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 191—2008)，裂縫寬度應(yīng)控制在0.03cm以內(nèi)；動(dòng)態(tài)上需控制隧道圍巖變形速率，參照《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F60—2009)，隧道圍巖變形速率應(yīng)控制在0.02cm/d以內(nèi)。

4 目標(biāo)可行性分析

4.1 工程現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查

根據(jù)前期地質(zhì)查勘資料和小組現(xiàn)場(chǎng)查勘，隧道圍巖大部屬Ⅳ級(jí)，少量屬Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ級(jí)，6-2隧道詳圖設(shè)計(jì)針對(duì)不同圍巖提出了不同襯砌設(shè)計(jì)方案，根據(jù)復(fù)核認(rèn)為原設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，隧道破壞主要集中在樁號(hào)范圍AK3+112～AK3+295m，長(zhǎng)約200m，未發(fā)生大范圍破壞。

4.2 主要影響因素分析

6-2隧洞采用新奧法施工，根據(jù)對(duì)其他水電站類似工程的研究和分析，影響新奧法支護(hù)軟巖隧道變形的主要因素為外部荷載過大和隧道自身抗力不足。

4.3 目標(biāo)可行性

根據(jù)隧道破壞現(xiàn)狀，認(rèn)為隧道現(xiàn)場(chǎng)屬于局部破壞，可修復(fù)且變形可控制。同時(shí)，小組活動(dòng)的目標(biāo)(襯砌裂縫寬度控制在0.03cm以內(nèi)，隧道圍巖變形速率制在0.02cm/d以內(nèi))是根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 191—2008)和《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F60—2009)確定，目標(biāo)在理論上具備可行性。針對(duì)兩個(gè)主要影響因素，外部荷載過大和隧道自身抗力不足，制定相應(yīng)措施，降低外部荷載或提高隧道抗力，可保證隧道整體穩(wěn)定性。

綜上所述，在隧道工程現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，小組目標(biāo)在理論與技術(shù)上都具備可行性。

5 原因分析

QC小組運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法集思廣益，圍繞造成“隧道外部荷載偏大”和“隧道抗力不足”各因素進(jìn)行分析，得到原因關(guān)聯(lián)分析圖，見圖1。

圖1 原因分析關(guān)聯(lián)圖

6 要因確定

小組成員對(duì)原因分析關(guān)聯(lián)圖中的11項(xiàng)末端因素制定了詳細(xì)的要因確定計(jì)劃表，并按計(jì)劃逐一進(jìn)行確認(rèn)，見表1。確定要因兩個(gè)：?不利巖性及產(chǎn)狀；?襯砌上部空腔未填滿。

表1 要因確認(rèn)計(jì)劃

7 制定對(duì)策

QC小組成員在確定要因后，進(jìn)行了充分討論，制定了多條對(duì)策，運(yùn)用矩陣表對(duì)其進(jìn)行了分析、評(píng)估，確定了最終對(duì)策,見表2；然后根據(jù)“5W1H”方法，小組成員有針對(duì)性地制定了有效、具有可行性的具體措施，見表3。安排小組成員分別負(fù)責(zé)、嚴(yán)格實(shí)施，使項(xiàng)目整體目標(biāo)順利完成。

表2 對(duì)策選擇

表中：☆5分，□4分，△3分，◎2分，○1分。

表3 措施制定

8 對(duì)策實(shí)施

對(duì)策實(shí)施的思路按照“減小圍巖荷載+提高圍巖自身抗力”雙管齊下的思路進(jìn)行。

8.1 對(duì)策實(shí)施一

針對(duì)襯砌上部空腔為填滿的要因，對(duì)襯砌與圍巖之間空腔進(jìn)行回填灌漿，同時(shí)對(duì)空腔部位及周圍加設(shè)錨筋樁和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，如圖2所示。在回填灌漿施工完成1個(gè)月后，QC小組成員對(duì)原空腔部位進(jìn)行了孔內(nèi)電視錄像物探，物探結(jié)果表明原空腔部位均已被回填灌漿填滿；同時(shí)錨筋樁和預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)施后，原空腔部位及附近混凝土襯砌未出現(xiàn)新裂縫，且已有裂縫寬度也未出現(xiàn)增加。

圖2 隧道處理措施斷面示意圖

8.2 對(duì)策實(shí)施二

針對(duì)不利巖性及產(chǎn)狀的要因，對(duì)隧道不利巖性段的拱部、邊墻、底板的全斷面固結(jié)灌漿，同時(shí)對(duì)隧道變形施作端頭錨固型張拉錨桿，如圖2所示。在固結(jié)灌漿施工完成2個(gè)月后，QC小組成員對(duì)隧道白云巖與千枚巖段圍巖取樣進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，與未灌漿前力學(xué)參數(shù)對(duì)比，見表4，灌漿后圍巖力學(xué)性質(zhì)有明顯改善；同時(shí)端頭錨固型張拉錨桿實(shí)施后，隧道白云巖與千枚巖段混凝土襯砌未出現(xiàn)新裂縫，且已有裂縫寬度也未出現(xiàn)增加。

表4 固結(jié)灌漿后白云巖與千枚巖段圍巖力學(xué)性質(zhì)對(duì)比

圖3 QC改進(jìn)效果對(duì)比

9 效果檢查

9.1 目標(biāo)完成情況

根據(jù)6-2隧道現(xiàn)場(chǎng)表觀變形觀察與監(jiān)測(cè)，采取對(duì)策措施后，隧道混凝土襯砌未出現(xiàn)剝落、掉塊，最大裂隙寬度控制在0.01cm以內(nèi)，隧道變形速率控制在0.02cm/d以內(nèi)，達(dá)到活動(dòng)目標(biāo)，如圖3所示。

9.2 效益分析

通過QC小組活動(dòng)，成功控制了烏東德工程6-2隧道變形量，保證6-2隧道不封堵交通的同時(shí)完成修復(fù)，減小變形并維持穩(wěn)定，避免了因6-2隧道封閉維修導(dǎo)致的發(fā)電工期推遲2個(gè)月，進(jìn)而避免了延遲發(fā)電損失，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

10 鞏固措施

根據(jù)小組活動(dòng)成果，QC小組成員對(duì)控制及減小軟巖隧道變形的對(duì)策措施進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合烏東德水電站現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)進(jìn)一步鞏固QC設(shè)計(jì)成果。同時(shí)，本次活動(dòng)成果已整理歸檔，便于后期查閱，為類似工程提供參考。

11 總結(jié)與計(jì)劃

通過該次QC活動(dòng)，成功控制及減小軟巖隧道變形，保障了烏東德工程6-2軟巖隧道的運(yùn)行安全，解決了烏東德水電站工程現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)中的技術(shù)難題，避免了因軟巖隧道變形帶來(lái)的電站延遲發(fā)電損失，同時(shí)為同類工程的相關(guān)設(shè)計(jì)施工提供了參考和借鑒的依據(jù)。

小組成員通過本次QC活動(dòng)，加深了對(duì)烏東德工程隧道設(shè)計(jì)、軟巖隧道穩(wěn)定性分析與處理的理解，深刻認(rèn)識(shí)到“大質(zhì)量”的概念。同時(shí)所有小組成員的創(chuàng)新意識(shí)、專業(yè)水平、質(zhì)量意識(shí)、QC知識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神在QC活動(dòng)中都得到了提高。