減小烏東德水電站軟巖隧道變形的應對措施*

(長江勘測規(guī)劃設計研究院，湖北 武漢 430010)

1 小組概況

長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司施工交通QC小組成立于2015年1月，是一個攻關型小組。小組成員共10人，該組涵蓋烏東德水電站施工專業(yè)的主要設計人員及相關業(yè)主人員，成員結構合理。

2 選擇課題

烏東德工程6-2隧道圍巖屬于軟巖性質，貫穿后樁號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，嚴重影響了車輛在隧道中的行駛安全，因此業(yè)主計劃暫時停封6-2隧道。由于6-2隧道為烏東德導流洞施工的必經(jīng)通道，停封6-2隧道會直接影響導流洞施工，導致截流時間滯后，進而推遲電站機組發(fā)電時間，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此成立QC小組，對烏東德工程6-2隧道變形現(xiàn)狀及原因進行研究，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

根據(jù)現(xiàn)場情況與相關規(guī)范，減小隧道變形的控制目標需從兩個方面設定：靜態(tài)上需控制襯砌裂縫寬度，參照《水工混凝土結構設計規(guī)范》(SL 191—2008)，裂縫寬度應控制在0.03cm以內(nèi)；動態(tài)上需控制隧道圍巖變形速率，參照《公路隧道施工技術細則》(JTG/T F60—2009)，隧道圍巖變形速率應控制在0.02cm/d以內(nèi)。

4 目標可行性分析

4.1 工程現(xiàn)場情況調查

根據(jù)前期地質查勘資料和小組現(xiàn)場查勘，隧道圍巖大部屬Ⅳ級，少量屬Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ級，6-2隧道詳圖設計針對不同圍巖提出了不同襯砌設計方案，根據(jù)復核認為原設計滿足強度標準。同時，隧道破壞主要集中在樁號范圍AK3+112～AK3+295m，長約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)對其他水電站類似工程的研究和分析，影響新奧法支護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 目標可行性

根據(jù)隧道破壞現(xiàn)狀，認為隧道現(xiàn)場屬于局部破壞，可修復且變形可控制。同時，小組活動的目標(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)《水工混凝土結構設計規(guī)范》(SL 191—2008)和《公路隧道施工技術細則》(JTG/T F60—2009)確定，目標在理論上具備可行性。針對兩個主要影響因素，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)狀基礎上，小組目標在理論與技術上都具備可行性。

5 原因分析

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

圖1 原因分析關聯(lián)圖

6 要因確定

小組成員對原因分析關聯(lián)圖中的11項末端因素制定了詳細的要因確定計劃表，并按計劃逐一進行確認，見表1。確定要因兩個：?不利巖性及產(chǎn)狀；?襯砌上部空腔未填滿。

表1 要因確認計劃

7 制定對策

QC小組成員在確定要因后，進行了充分討論，制定了多條對策，運用矩陣表對其進行了分析、評估，確定了最終對策,見表2；然后根據(jù)“5W1H”方法，小組成員有針對性地制定了有效、具有可行性的具體措施，見表3。安排小組成員分別負責、嚴格實施，使項目整體目標順利完成。

表2 對策選擇

表中：☆5分，□4分，△3分，◎2分，○1分。

表3 措施制定

8 對策實施

對策實施的思路按照“減小圍巖荷載+提高圍巖自身抗力”雙管齊下的思路進行。

8.1 對策實施一

針對襯砌上部空腔為填滿的要因，對襯砌與圍巖之間空腔進行回填灌漿，同時對空腔部位及周圍加設錨筋樁和預應力錨索支護，如圖2所示。在回填灌漿施工完成1個月后，QC小組成員對原空腔部位進行了孔內(nèi)電視錄像物探，物探結果表明原空腔部位均已被回填灌漿填滿；同時錨筋樁和預應力錨索實施后，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 對策實施二

針對不利巖性及產(chǎn)狀的要因，對隧道不利巖性段的拱部、邊墻、底板的全斷面固結灌漿，同時對隧道變形施作端頭錨固型張拉錨桿，如圖2所示。在固結灌漿施工完成2個月后，QC小組成員對隧道白云巖與千枚巖段圍巖取樣進行力學實驗，與未灌漿前力學參數(shù)對比，見表4，灌漿后圍巖力學性質有明顯改善；同時端頭錨固型張拉錨桿實施后，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 固結灌漿后白云巖與千枚巖段圍巖力學性質對比

圖3 QC改進效果對比

9 效果檢查

9.1 目標完成情況

根據(jù)6-2隧道現(xiàn)場表觀變形觀察與監(jiān)測，采取對策措施后，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)，達到活動目標，如圖3所示。

9.2 效益分析

通過QC小組活動，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完成修復，減小變形并維持穩(wěn)定，避免了因6-2隧道封閉維修導致的發(fā)電工期推遲2個月，進而避免了延遲發(fā)電損失，創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

10 鞏固措施

根據(jù)小組活動成果，QC小組成員對控制及減小軟巖隧道變形的對策措施進行了總結，結合烏東德水電站現(xiàn)場施工設計進一步鞏固QC設計成果。同時，本次活動成果已整理歸檔，便于后期查閱，為類似工程提供參考。

11 總結與計劃

通過該次QC活動，成功控制及減小軟巖隧道變形，保障了烏東德工程6-2軟巖隧道的運行安全，解決了烏東德水電站工程現(xiàn)場施工設計中的技術難題，避免了因軟巖隧道變形帶來的電站延遲發(fā)電損失，同時為同類工程的相關設計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，加深了對烏東德工程隧道設計、軟巖隧道穩(wěn)定性分析與處理的理解，深刻認識到“大質量”的概念。同時所有小組成員的創(chuàng)新意識、專業(yè)水平、質量意識、QC知識和團隊精神在QC活動中都得到了提高。