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1、高压富水砂层中锚索施工新技术的探索广东水电二局股份有限公司五公司让子弹飞QC小组一、工程概况广州市轨道交通六号线【水荫路站天平架站盾构区间】土建工程地处广州市中心区东部，始发井地处禺东西路高架桥与广州大道北在沙河涌交汇处的一片河岸绿化地上。始发井周边重要建（构）筑物较多且地质环境复杂，交通繁忙的广州大道北路，重要的铁路设施，广深铁路桥和军用铁路桥，还有正在进行高支模桥梁施工的禺东西高架桥扩建工程都距离基坑20米以内；同时距离始发井200米处为瘦狗岭断裂带，据附近的居民反映，在始发井有一条南北走向的古河道，与瘦狗岭断裂带相连，始发井周边的地下水非常丰富。始发井设计深度为31.23m，围护结构采用
2、1.2m桩径的冲孔桩+岩台放坡阶梯型+四道钢筋混凝土支撑梁组合支护结构，由于始发井兼设轨排井，为满足轨排吊装净空要求，始发井东西侧采用5道锚索，南北两侧为钢筋混凝土支撑。5道锚索水平间距为1350mm或2700mm，根据地质钻孔资料显示，始发井西侧第三道、第四道锚索分别在地面以下7.4m及9.4m，地层均为冲积-洪积中粗砂层处开孔钻进，常年地下水位为2.3m。二、QC小组概况（一）小组简介本小组名称为：广东水电二局股份有限公司五公司让子弹飞QC小组，小组类型为创新型，小组成立于2009年11月20日，2009年11月25日注册，注册号为2010-5-K01。小组成员以技术人员为主，具体情况见Q
3、C小组成员简介表。本小组共有12名成员，既有经验丰富的一线技术人员，又有高学历和专业技58%，是一支既年轻又富有创新和科研能力的高素质团队术职称的管理人员，为小组开展QC活动奠定了扎实的人才基础，其中平均年龄仅为34，本科以上人员为58%，是一支既年轻又富有创新和科研能力的高素质团队。名称广东水电二局股份有限公司五公司让子弹飞QC小组所在部门水天项目部成立日期2009年9月20日登记日期2009年9月25日课题名称高压富水砂层中锚索施工防新技术的探索课题类型创新型登记注册号2010-5-K01小组人数12小组平均年龄34活动时间2009.92010.5平均接受教育时间120h出勤率100%小组
4、成员序号姓名性别年龄职务或职称文化程度组内分工1林 辉男49项目经理/高级工程师本 科组织策划（组长）2丁仕辉男56高级工程师本 科技术指导3蔡伟文男37项目总工/高级工程师本 科组员4吴文彪男30项目副经理/工程师本 科组员5陈小灵男25助理工程师本 科组员6余 健男25助理工程师本 科组员7贺 佳女25助理工程师本 科组员8汪 清男43工程师大 专组员9王建江男25技术员大 专组员10杨孝嵩男25技术员大 专组员11李诗诗女25助理工程师本 科组员12赵兴辰男26技术员大 专组员（二）本次QC小组活动计划与实际进度序号项 目2009年2010年9101112123451选择课题2设定目标3
5、提出各种方案并确定最佳方案4制定对策表5按对策表实施6效果确认7标准化8总结和今后打算说明：计划进度 实际进度三、选择课题（一）问题的提出水天盾构区间始发井西侧第三、四道锚索每道分别设置25根，均在高水头的富水中砂层开孔钻进。采用传统锚索工艺施工第一根锚索时，在开孔过程中，当钻杆穿过桩间加固体后，立即发生了涌水涌砂，短短三分钟就涌出约3m3的砂，项目部立即组织人员对孔口进行封堵，并采取地面注浆进行加固。经监测数据反映，广州大道北人行道（距离基坑2.5米）的地面沉降点下沉19mm，同时发现始发井西侧围墙（距离基坑1.5米）出现开裂。根据本项目前两道锚索的施工，我们发现锚索钻孔施工容易造成地层颗粒
6、损失，这是发生路面塌陷，建筑物倒塌的主要原因！而土层颗粒的损失主要是因为锚索开孔穿过加固体后，承压水将携带土层颗粒在孔口处流失，即涌水涌砂。随着第三、四道锚索开孔深度的增加，承压水的压力也越来越大，那么涌水涌砂的风险也会越来越大，这势必给始发井周边建（构）筑物造成沉降、坍塌的危险，施工风险和社会影响很大。因此，能否完全顺利完成西侧第三、四道砂层中锚索施工是关系到本工程节点工期及是否周边建筑物安全、交通以及居民生活的正常进行，是本工程的重点与难点。原因分析：1、随着锚索开孔深度的增加，承压水压力越来越大；2、涌水涌砂的风险会越来越大；3、涌水涌砂携带土层颗粒的流失是是塌陷的主要原因；4、始发井周
7、边环境复杂，重要建（构）筑物多；5、市区主干道广州大道北距离基坑仅3.5m，广深铁路桥、军用铁路桥距离基坑17.5m；6、施工风险和社会影响极大，怎么施工？（二）确定课题为了使锚索施工能够安全顺利进行，小组成员采用头脑风暴法对此问题进行了激烈的讨论，根据本项目始发井的功能（兼设轨排井），在排除采用围护结构自稳和钢支撑的前提下，小组成员充分发挥丰富的想象力，提出了多条意见和建议，共整理出5个可供选择的课题，小组成员根据锚索施工地质、地下水、环境等因素，按照一定的标准，在考虑安全性、施工周期、成本等要求的基础上，针对5个锚索的课题开展了讨论和评估、选择，分析情况如下表：序号方案分析评估结论可实施性
8、经济性时间性预计有效性综合得分1地层加固法1. 加固需占用交通繁忙的广州大道北，占道施工费用高；2. 袖阀管成孔5070m，施工周期长，费用将近120万元；3. 高标贯富水砂层注浆固结效果不显著。4不选2套管跟进法1. 成本较低，施工周期短。2. 操作较简单。3. 高压水头施工风险大。12不选3中空钻进法1. 在弱止水帷幕桩间施工实践难度较大；2. 中空锚杆材料费用高，是原锚索合同单价的3倍；3. 富水砂层施工依然存在涌水涌砂风险。8不选4自进式注浆钻进锚索法1. 施工程序要求严格；2. 需重新购置设备增加费用80万，产品成本高，增加成本较高。10不选5高压富水砂层中锚索施工新技术的探索1.
9、从未有过，但经理论分析，预计有效性较高。2. 需进行大量现场实践。3. 需要大胆的创新尝试。4. 实现目标可能性较大。16选定：5分 ：3分 ：1分因此，小组确定此次的活动课题为： 高压富水砂层中锚索施工防止新技术的探索。四、设定课题目标（一）设定课题目标结合锚索施工的涌水涌砂情况及根据地下铁道工程施工及验收规范和“广州市轨道交通六号线施工技术要求”规定，必须控制地表沉降在+10mm-30mm，同时考虑周边重要建筑物对沉降值的要求：广州大道北及禺东西高架桥地表沉降控制在6mm，广深铁路桥、军用铁路桥地表沉降控制在4mm，及结合业主、项目部的要求，小组最终设定课题目标如下：锚索钻孔过程出砂量成孔
10、体积，地面沉降值控制在4mm以内！（二）目标可行性分析因以往无类似在高压富水砂层中的锚索施工，无经验可借鉴，于是，QC小组成员发挥创新思维，根据盾构施工原理及结合锚索施工进行分析：始发掘进出土成孔拼管片注浆开孔钻进排土成孔下锚索注浆盾构施工工艺流程图锚索施工工艺流程图完成施工盾构施工是一个钻进成孔的过程，控制地面沉降主要由掘进中的出土量及壁后注浆的密实度；相似的，锚索施工主要也是一个钻进成孔的过程，地面沉降主要由锚索施工过程中孔内土层颗粒的损失量进行控制，结合其施工工艺流程：我们发现两者有许多共通点，结合我方在盾构过软弱地层的施工经验，只要保证了这两方面的因素，地表沉降就可以得到有效的控制。下
11、表为我方在广州亚运的配套工程：车黄盾构区间过软弱砂层时，每环的出土量及相应环数地表沉降的监测数据,由表可知，平均每环出土量为67.9m，仅比理论出土量67.7m。多0.2m。软弱砂层每环出土量统计表环数505152535455565758出土量（m3）67.868.067.568.268.067.968.067.968.3环数596061626364656667出土量（m3）67.967.868.067.567.667.967.867.968.3环数686970717273747576出土量（m3）68.268.068.167.968.267.967.268.068.3备注：每环实际体积46.
12、5 m3，松散系数为1.35，外加剂5m，理论出土量为67.7m3相应环数地表沉降值所处环号505152535455565758沉降量（mm）-1.7-3.1-2.91.7-0.8-4.7-1.0-0.8-2.0所处环号596061626364656667沉降量（mm）0.6-1.0-2.9-2.4-3.0-0.7-1.5-3.6-1.7所处环号686970717273747576沉降量（mm）-2.9-1.3-2.5-5.0-1.30.8-5.2-1.4-2.0由上表可知，在盾构过软弱地层的大型施工中（盾构直径6.28m），在采取措施即可将出土量控制在理论出土量的100.3%，同时地表沉降控
13、制在6mm以内，结合本工程的情况，锚索施工（孔径0.127m）在保证出砂量的前提，同时及时进行注浆且达到密实度就可以具备实现目标的可能性。因此小组分析认为：出砂量成孔体积，地表沉降控制在4mm以内目标是可以实现的！五、提出方案并确定最佳方案（一）提出方案小组成员通过头脑风暴法对此问题尽可能多的提出各种方案，在防涌水涌砂技术及安全顺利完成锚索施工的基础上进行了进一步的讨论，根据各方面的要求，形成多种意见、观点和想法，采用亲和图进行汇总整理，共提出了5种方案，如下亲和图所示：冻结法单向阀钻头法防涌水涌砂装置及措施法根据盾构法施工原理，结合锚索施工，对施工设计新装置及制订一系列的措施防止涌水涌砂以达到安全顺利完成施工的目标旋喷钻进法通过冻结法冻结砂层，再进行锚索施工通过基坑周边设置降水井预先
