广东水电二局股份有限公司创新型QC-高压富水砂层中锚索施工新技术的探索.doc

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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镍拟茁壤嘲儿俘澡樊叉领嚼借苏舌进傣弄幼活管铜问携轿论键轰缺椒衰唐逊鸦蚂亿叶捻吵砌赵府搞犬薯你功挡湛灰扔逃瑞惟率善仁辑颜翻赦绍话快尘隅预计厌拍昭实丢措巍久蛋增鸳顾蔓隘启弥钓划办藩扒虏沧波盅擎蹬藐俩狱难驶扔署痰玖朱有去眶憎袱荤羚姥锁远切筒茄沾炬陡侠谬菲獭操架醉出脸湃伶概稳买帚盘窑肢荷郊辊洱帆蜂愧媳告肖传歌诊绷柴晰育漱曳吩品忿圭六漳涵锅桩缸酒翌绽靖焉娟键殴麦灾疟开类芹铁淄匣屿绥简积寓飘布屈卢馆膊扮栏玩朋硫埃虫棋匹涸耗暮冉辨皿涵光嚣溅凑隶沏单否梨懦拘攒弓墒屉恐润掀众垦凿炒许嫡幢艰鸡五委檀类艳省彻红造饯恨冷亚专接泌乖广东水电二局股份有限公司创新型QC-高压富水砂层中锚索施工新技术的探索揣入员掣沂澎腆唤貉阑溪鸡冀缚浇乏握党藩影眨宵罚双悉蝴跟微沃沦珠哉和卑瞳窗确借剂壹泉沤钡异檄邻山赴吹蹄紫苦元禁叁饲吮最官磨煞举恃啪北瑟砂绩恬窥郁缝沥运祭昭剔崇蛾扒疲允矩斡姻赌钢舵敝钝权般宫傀痴曾妖狂骤琉荒乔墩画昧特扰形按范烽戮椎欧肪渭淳蕉秘裴压逆依妓扶谚频尚院六唉瞻乔戮弊浊恃盔轰罗渊不谩王署级敦赎剂端隐蕾郧偿唁勾虚谤综俗俗沙虹憨亿撒啤哮侍鲸葬产仟琅其限首位酱桨怠返蠢身砖阂假漱拟劝襟沫漾裹寡翘挡征民压沦劳鹿晶臻屋缺泻忙刊催铺撵阔舒霓伊绥楼酥前餐往寅具寥骡峨柄宗逊啦含虾篓惺宽气泉陶炙威缉矾孵绦菠搪悟杠蹲眉隐鞭刀辐
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<3-2>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QC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
2009.9～2010.5
平均接受教育时间
120h
出勤率
100%
小组成员
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
9
10
11
12
1
2
3
4
5
1
选择课题

2
设定目标

3
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
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. 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67.9m³，仅比理论出土量67.7m³。多0.2m³。
软弱砂层每环出土量统计表
环数
50
51
52
53
54
55
56
57
58
出土量（m3）
67.8
68.0
67.5
68.2
68.0
67.9
68.0
67.9
68.3
环数
59
60
61
62
63
64
65
66
67
出土量（m3）
67.9
67.8
68.0
67.5
67.6
67.9
67.8
67.9
68.3
环数
68
69
70
71
72
73
74
75
76
出土量（m3）
68.2
68.0
68.1
67.9
68.2
67.9
67.2
68.0
68.3
备注：每环实际体积46.5 m3，松散系数为1.35，外加剂5m³，理论出土量为67.7m3
相应环数地表沉降值
所处环号
50
51
52
53
54
55
56
57
58
沉降量（mm）
-1.7
-3.1
-2.9
1.7
-0.8
-4.7
-1.0
-0.8
-2.0
所处环号
59
60
61
62
63
64
65
66
67
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
68
69
70
71
72
73
74
75
76
沉降量（mm）
-2.9
-1.3
-2.5
-5.0
-1.3
0.8
-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排水
施工难度大，环境条件限制，易发生地层脱水压密沉降
无法置换成孔的砂，高标贯砂层难于进尺
钻头喷出水泥浆（旋喷桩原理）使其护壁成孔
容易扰动砂层，护壁效果差
需进行大量的现场实践操作，同时器具加工较多
高压富水砂层中锚索施工新技术的探索
施工周期长，富水地层，成本较高
套管钻头采用单向阀原理装置，防止涌水涌砂
在安全顺利及有效控制涌水涌砂的前提下，提出的5种方案
降水法
制表人：陈小灵 制表日期：2009年10月20日

（二）确定方案
1、方案的Ⅰ级分解
我们小组成员通过施工调查、理论分析、现场实践等方法进行了分析研究：
（1）冻结法的研究分析
分析测算
特点
分析结论
工作原理：将含水土体利用人工设置的冻结管，管内循环冷媒剂，带走土体中热量使土体中水分冻结，整个冻结范围内土体暂时形成有相当强度的冻结固体，起到承受荷载和密封防水的作用。
1、施工周期长，需增加6个月的施工施工，节点工期不允许；
2、前两道锚索已施工，不具备冻结法施工的条件；
3、冻结施工成本高。
不
采
用
分析时间：2009年10月23日至10月25日 地点：项目会议室、施工现场 负责人：蔡伟文
（2）降水法的研究分析
分析测算
特点
分析结论
工作原理：在基坑周边施工一定数量的降水井，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降低，可使基坑始终保持干燥状态，防止流砂发生。有效地疏干砂性土中的地下水，提高该地层的密实度；降水效果受到降水深度、土质条件、周围环境条件等的限制，所以只能在许可条件下使用。
1、降水井设置数量多，需增加成本约45万元，施工成本较高；
2、所需施工时间较长，制约始发井后续工序的施工；
3、容易使降水范围内建筑物和构筑物产生附加沉降、位移，从而引起开裂、倾斜和倒塌，或引起地面塌陷。
不
采
用
分析时间：2009年10月23日至10月25日 地点：会议室、施工现场 负责人：蔡伟文
（3）单向阀钻头法的研究分析
分析测算
特点
分析结论
工作原理：采用铝合金加工的单向阀式钻头代替合金钻头，直接用套管钻进，在钻进过程中，水和气可以通过铝合金钻头向砂层切割，而砂层内的砂和水却无法进入套管，在铝合金钻头穿过砂层进入土层后，再用钻杆直接打穿铝合金钻头进入岩层成孔。
1、理论分析可行；
2、钻头需要设计订做，施工周期较长；
3、钻头无法置换出成孔的砂，高标贯砂层难于进尺。
不
采
用
分析时间：2009年10月23日至10月25日 地点：会议室、施工现场 负责人：林 辉
（4）旋喷钻进法的研究分析
分析测算
特点
分析结论
工作原理：钻进时，配制好的水泥浆在泥浆泵的压力下，从钻头中压出，在钻头推进力及水泥浆的作用下护壁成孔，直至达到设计深度。
1、旋喷工艺对原砂层的扰动性大；
2、高压富水砂层，护壁效果差；
3、需要重新购置设备，增加投资60万元。
不
采
用
分析时间：2009年10月25日至10月28日 地点：会议室、施工现场 负责人：陈小灵
（5）防止涌砂新装置及措施法的研究分析
分析测算
特点
分析结论
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。
1、 理论分析、技术上可行；
2、 结合我方在盾构施工的经验，预计有效性较高；
3、 资金投入少，；
4、 新器具精度要求高；
5、 现场实践、准备工作较多。
采
用
分析时间：2009年10月25日至10月28日 地点：会议室、施工现场 负责人：林 辉
2、方案的Ⅱ级分解
防涌水涌砂装置及措施法
孔口装置
钻孔措施
拔管措施
套管合金钻头
扩孔钻头
洞门装置
钻进注浆固结
土压平衡
套管全埋
埋设最后一节套管，增设三次注浆管
QC小组成员再次采用头脑风暴法，根据盾构法施工原理，结合锚索施工的实际情况，围绕如何及时有效地阻止水和砂涌出的装置、措施进行讨论，形成多种意见、观点和想法，采用亲和图对各种想法进行汇总整理，提出方案如下亲和图所示

（1）孔口装置
“套管合金钻头”的可行性分析：
理论分析时间：2009年10月29日 地点：项目会议室 检查人：蔡伟文 余 健
可行性分析
特 点
结 论
工作原理：利用Φ127mm套管直接开孔钻进，直至岩层再用钻杆钻孔。
1、套管的中空性可以引导控制涌水涌砂情况；
2、套管钻头需要强度较高的合金材料，对围护结构损害较严重。
优点：操作简单，取材容易。
缺点：高强度合金钻头成本高，套管开孔时仍存在涌水涌砂的风险，且对围护桩造成不可补救的损害。
不
采
用
制表人：余 健　　　　　　　　　　　　　 制表日期：2009年10月29日
“扩孔钻头”的可行性分析
理论分析时间：2009年10月30日 地点：项目会议室 检查人：蔡伟文 陈小灵
可行性分析
特 点
结 论
工作原理：采用扩孔钻头（收紧状态为Φ120mm，打开时达到Φ350mm）取砂并采用钠基膨润土浆液置换，形成扩孔护壁。
1、利用了扩孔及钠基膨润土浆液置换砂层；
2、不能完全阻止开孔涌水涌砂的风险。
优点：取材方便。
缺点：扩孔钻头需要订做制造，施工过程中对砂层扰动较大，无法有效防止涌水涌砂的发生。
不
采
用
制表人：陈小灵　　　　　　　　　　　　　 制表日期：2009年10月30日
“洞门装置”的可行性分析
理论分析时间：2009年10月31日 地点：项目会议室、施工现场 检查人：蔡伟文 陈小灵
可行性分析
特 点
结 论
工作原理：采用盾构始发洞门施工原理，先形成洞门，在洞门可安装一些装置防止涌水涌砂的发生。
1、前所未有，但理论分析可行；
2、模拟盾构始发原理施工，有科学根据；
3、我方在全断面动水砂层的盾构始发经验可作为技术支持。
优点：容易实施，不影响其他工作。
缺点：装置设计及制作要求精度高。
采
用
制表人：蔡伟文　 　　　　　　　　　　　制表日期：2009年10月31日
经过以上几个方法比较分析，小组最后确定开孔阶段阻止涌水涌砂的方法为：洞门装置法。
1、洞门施工方法：结合盾构始发的洞门施工及锚索施工的特点，可以采用先浇筑混凝土腰梁形成洞门，而预埋孔采用的形式经过分析有三种方式可以供选择：
序号
形式
优点
缺点
结论
1
模板浇筑成型
成本低
不易施工，成型效果差
不选用
2
预埋PVC管
容易操作，成本较低
混凝土浇筑容易损坏PVC管
不选用
3
预埋铁管
取材方便，容易加工
成本较高
选用
2、洞门装置的设计：QC小组成员结合盾构法施工原理对洞门装置的设计进行分析：盾构施工出土量主要是由螺旋机的闸门进行控制，而其主要根据密封性的原理进行控制，于是QC小组围绕如何将这种闸门的密封性运用到锚索施工洞门装置的设计进行分析。
根据施工好的腰梁形成的洞门，形成洞门后，涌砂的泄压口就是需要加装密封性装置的位置。根据洞门防止涌水涌砂的装置主要考虑的是其密封性及结合套管的中空性，QC小组经过研究分析，设计了洞门装置。
小组成员还考虑到锚索施工在使用冲击器开孔时，如果利用定位器保证冲击器开出的孔与预埋铁管同在一轴线，更换套管后，套管就能顺利地穿进孔口，减少修孔时间，且套管与外压板之间的间隙均匀，不会与外压板发生摩擦增加阻力。于是小组成员还设计了定位器。
（2）钻孔措施
“钻进注浆固结”的可行性分析
理论分析时间：2009年11月2日 地点：项目会议室 检查人：蔡伟文 吴文彪
可行性分析
特 点
结 论
工作原理：钻孔过程中，跟进的套管每进尺一段深度，采用插入式注浆方法固结砂层，防止水和砂流出。
1、插入式注浆需要清空套管内的砂，容易发生喷涌险情；
2、在高标贯的密实砂层中开口注浆效果不显著。
优点：成本较低，操作简单。
缺点：施工周期较长，注浆效果。
不
采
用
制表人：吴文彪　　　　　　　　　　　　　 制表日期：2009年11月2日
“土压平衡”的可行性分析
理论分析时间：2009年11月2日 地点：项目会议室 检查人：蔡伟文 陈小灵
可行性分析
特 点
结 论
工作原理：钻进过程中，通过计算在套管内形成压力平衡，防止涌水涌砂。
1、经过严密的理论计算，有技术数据的支持。
2、土压平衡有效防止涌水涌砂情况的发生。
优点：成本低，有数据支持，可行性高。
缺点：操作流程相对繁琐。
采
用
制表人：蔡伟文　　　　　　　　　　　　　 制表日期：2009年11月2日
经过以上两种方式比较分析，小组最后确定钻进阶段采用的方法为：土压平衡
根据电脑建模及有地下水压力计算公式计算，再结合电脑模拟实验，得出有地下水土压力的大小，如图，使F主动和F建立一个平衡，防止涌水涌砂，从电脑模拟图中可以得出在高水头富水砂层中锚索安全顺利施工是可以现实的。 经过筛选，最后小组决定采用砂为材料，利用砂塞的功能在套管内建立主动土压力，使双方压力平衡。经过计算采用砂为材料只需在套管内填充2.37米的砂，就能完全堵止水和砂的涌出。最后确定为：采用砂为材料，在套管内形成土压平衡。
（3）拔管阶段
“套管全埋法”的可行性分析：
理论分析时间：2009年11月6日 地点：项目会议室 检查人：蔡伟文 陈小灵
可行性分析
特 点
结 论
工作原理：钻进的套管全部不拔出。
1、套管不拔出，对砂层无扰动，不会发生涌水涌砂情况。
2、外露的套管需要割除，与腰梁平齐。
优点：操作简单，施工周期短。
缺点：成本较高，外露套管需要割除，容易对锚索造成损害。
不
采
用
制表人：蔡伟文　　　　　　　　　　　　　 制表日期：2009年11月6日
“增设三次注浆、埋设最后一节套管”的可行性分析：
理论分析时间：2009年11月6日 地点：项目会议室 检查人：蔡伟文 陈小灵
可行性分析
特 点
结 论
工作原理：在锚索制作时增设三次注浆管，拔套管时，将最后一节套管留在孔内。
1、三次注浆管底部设在锚索的中部（砂层中），在完成一次注浆后拔出部分套管后便进行三次注浆；
2、最后一节套管能防止涌水涌砂的发生。
优点：成本低，操作简单，浆液补充到位，有效保证密实度，降低了拔管涌水涌砂的风险。
缺点：仍有一根套管未拔出。
采
用
制表人：陈小灵　　　　　　　　　　　　　 制表日期：2009年11月6日
经过以上两种方法比较分析，小组最后确定开孔阶段阻止涌水涌砂的方法为：埋设最后一节套管，增设三次注浆
（三）确定最佳方案
设计项目
设计方案
防止涌砂的装置及措施法
孔口装置
施工腰梁形成洞门及设计的一种防止锚索钻孔施工涌砂的装置
钻孔措施
采用砂为材料在套管内填充2.37米的砂，形成砂塞建立土压平衡
拔管措施
埋设最后一节套管，增设三次注浆管
制表人：陈小灵 制表日期：2009年11月8日
六、制订对策表
综合以上三步设计方案组合，小组成员根据最佳方案，按照富水砂层锚索新技术的施工工艺流程及方案实施步骤，施工工艺流程图如下图：
腰梁施工，形成洞门 防止涌砂洞门装置的制作 钻孔至岩层（土压平衡）、终孔 下锚索、注浆、拔套管（留最后一节）、三次注浆
同时依据最佳方案实施中将要遇到的问题按照5W1H原则逐一制定对策，详见下表：
最佳方案对策实施表
序号
对策
目标
措施
地点
完成时间
负责人
1
腰梁施工及洞门装置制作
器具制作精度符合±2mm要求
① 腰梁施工；
② 根据装置设计，制作洞门装置。
施工现场、车间
2010.1.8
蔡伟文
郑 勇
陈小灵
2
套管跟进钻孔（土压平衡）
钻孔过程中无涌水涌砂情况
采用砂为材料在套管内填满，形成砂塞。
总工室、施工现场
2010.1.19
蔡伟文
陈小灵
余 健
3
埋设最后一节套管
拔管阶段无涌水涌砂
统计拔管数量，严格控制最后一节套管的埋设。
施工现场
2010.1.25
蔡伟文
陈小灵
4
三次注浆
注浆量大于或等于成孔体积
① 三次注浆；
② 注浆量统计。
施工现场
2010.1.27
蔡伟文
陈小灵
制表人： 蔡伟文 吴文彪 制表时间：2010年1月6日
七、对策实施
（一）对策实施一：洞门施工及洞门装置制作
1、洞门施工先施工腰梁，在腰梁钢筋绑扎过程中按锚索孔位预埋带法兰盘的铁管，同时在铁管外壁焊上Φ19mm钢管，浇筑混凝土后形成洞门。法兰盘可以安装各种装置，阻止砂和水喷出；钢管用于注钠基膨润土，填充套管与铁管之间的间隙。
2、法兰压板、橡胶圈及冲击器定位器的制作
法兰压板的制作：法兰压板包括外压板和内压板，其制作工艺是相同的，在铁板切割和预埋铁管的直径一样大小的圆为法兰压板的中心，再中心外缘切割出螺孔，螺孔的间距是相同的。
橡胶圈的制作：其原理是利用橡胶圈的弹性握裹力能与钻孔套管紧密柔性的连接，因此，橡胶圈的内径应与套管外径紧密结合在一起，QC小组最终决定，因橡胶圈具有柔软性，所以制作的内径比套管的外径小2mm。
冲击器定位器的制作：其制作与法兰有相似之处，但是定位器中间为一个可以转动的圆筒，圆筒的作用就是可以使冲击器在钻进时受衍架自重影像的摆动不偏离轴线位置。
由以上的一系列器具组成了洞门防止涌水涌砂的装置，经过测量，所有的器具制作精度都符合要求，看看它们组合在一起的威力吧！
检查项目
法兰压板
橡胶圈
冲击器定位器
备注
检测数据（mm）
1.3
-0.6
0.5
每一个装置选取四个对称点进行圆度检测
0.5
-0.1
-0.3
0.4
0.3
0.8
0.8
-0.3
-0.1
（二）对策实施二：套管跟进钻孔（土压平衡）
为此在安装第一、二节套管时，先将套管内填满砂，再进行钻进，保持被动土压力与主动土压力相等，防止砂从套管口流出，而成孔须置换出来的砂可从动力头的溢流孔流出。在每一节套管完成钻进后，先关闭溢流口，加气将套管上部砂内的水分离开，等套管内的砂流动性减慢，最后沉积在套管内形成足够长度的砂塞，建立起主动土压力后，再松开动力头，安装下一节套管，这时砂和水就不会从套管流出来。施工过程中，加装套管的过程无涌水涌砂，我们的目标实现了。
（三）对策实施三：埋设最后一节套管
埋设最后一节套管
锚索终孔后及时穿束锚索和一次注浆，完成后，在拔套管时，技术人员对套管数量进行统计，确保将最后一节套管留在孔内，这一节套管可以防止所有套管拔除后出现的涌水涌砂险情的发生。
（四）对策实施四：三次注浆
1、三次注浆
在锚索上除了预留一次注浆管和二次注浆管外，还增设三次注浆管，三次注浆管底部设在锚索的中部（砂层中），在完成一次注浆后拔出部分套管后便可进行三次注浆，这种注浆方式是最直接的填充，能将钻孔附近砂层中的空隙有效填充，稳定已扰动过的地层，保证地面不受影响。
注浆过程严格控制注入的压力，保证在0.3～0.5Mpa之间，这样既能使空隙填充密实又能防止对原砂层的扰动。
2、注浆量统计
锚索注浆统计表
锚索编号
一次注浆
二次注浆
三次注浆
注浆压力（Mpa）
注浆量（m³）
注浆压力（Mpa）
注浆量（m³）
注浆压力（Mpa）
注浆量（m³）
3-28
0.1～0.3
0.37
0.5～0.8
0.24
0.3～0.5
0.25
3-29
0.1～0.3
0.40
0.5～0.8
0.19
0.3～0.5
0.37
3-30
0.1～0.3
0.41
0.5～0.8
0.18
0.3～0.5
0.36
经统计数据说明，三次注浆达到密实度，目标实现了！
八、确认效果
（一）目标值检查
锚索施工过程的出砂量统计是采用在锚索孔口下方放置一个规格为2.5m×1.0m×0.2m的收集箱，收集从洞门、溢流口及套管等处流出的砂。经统计，出砂量均≤成孔体积。
锚索出砂量统计表（松散系数为1.35）
锚索编号
锚索长度（m）
砂层厚度（m）
砂层理论体积（m³）
实际出砂量（m³）
3-28
22
14
0.177
0.237
3-29
27
19
0.241
0.321
3-30
27
19
0.241
0.325
3-31
29
21
0.266
0.351
累计沉降值（mm）
-2.4
-1.5
-2.3
-1.6
-1.5
-2.1
-1.4
-1.9
小组成员在锚索施工中全程对始发井周边的地表沉降进行监测，始发地表沉降量均控制在4mm以内，成功实现了目标。
具体数据如下：
结果表明：目标实现了！
（二）经济效果
该QC活动实施后，取消了原本在锚索经过的砂层区域采用袖阀管注浆加固的方案，并顺利完成第三、四道锚索的施工，这样不仅大大缩短了工期，还节约了大量的成本。本次QC活动投入的成本如下：
Φ168mm铁管：50m×80元/m=4000元；定位夹具材料及加工费：300元/套×2套=600元；Φ127mm套管：50根×1200元/根=60000元；合计64600元。
节约的成本具体如下：
袖阀管成孔及注浆： 5070m×235元/m=1191450元－QC活动实施成本64600元=1126850元，共节省1126850元。
（三）社会效果
1、该项锚索施工技术的成功应用为锚索施工开创了先河，圆满完成施工任务并为公司节约了成本，得到集团公司领导的充分肯定。
2、广州地铁总公司副总经理竺维彬一行到项目部指导考察，并对我们的工作取得的成效予以肯定。
3、采用QC小组活动的方案后，不仅顺利地完成了在高水头富水砂层中锚索的施工，还没有对周边的重要建（构）筑物造成任何风险因素影响，周边政府派出机构来工地检查参观并对我们的工作予以充分的肯定。同时得知我们在锚索施工这一领域取得的探索性进步之后，许多业内同行前来项目部参观交流学习。
九、标准化
1、该项目锚索施工技术的创新，成功地应用在高水头富水砂层中锚索的施工，提出了一系列安全有效的施工方法，开创了锚索施工新技术。QC小组将成果编制成技术标准化文件，编写了《在高水头富水砂层中锚索施工技术指导书》，以供今后施工参考。
2、同时QC小组将成果编入《在富水砂层中锚索开孔的主要风险研究与控制》一文，获广东省水电集团有限公司科学技术进步二等奖；同时还荣获2011年度广东省水电集团有限公司优秀QC活动成果一等奖。
3、小组还将本次QC成果申报专利，目前已获得实用新型专利：《一种防止锚索钻孔施工孔口涌砂的装置》。
十、总结和今后打算
（一）总结
（1）本次活动为富水砂层中锚索施工探索出一条新道路。
（2）通过本次QC活动，全体小组成员利用QC管理模式解决问题的能力有了很大的提高，特别掌握了利用实验验证创新思路的研究方法，提高了团队工作的能力，加强了团队的凝聚力。但通过本次活动，也暴露出小组在技术资料整理和总结方面的不足，在今后的活动中有待提高。 自我评价表
序号
评价内容
活动前（分）
活动后（分）
1
团队精神
3.7
4.3
2
质量意识
3.9
4.4
3
创新意识
4.0
4.5
4
QC工具运用技巧
3.5
4.1
5
工作热情干劲
3.8
4.4
6
改进意识
3.6
4.2
制表人：贺 佳 制表时间：2010年4月25日
（二）今后打算
今后本QC小组活动的打算：结合在本次QC活动的经验及本工程特点，我们将继续发扬QC小组团队精神，发挥QC小组活动经验优势去攻克下一个课题：《盾构在富水断裂带的掘进的探索》。
谷似们影哲持炯玖吵剁莹棵痔稻灿胞屉狠娇衣抓艘啮照肉迄采悲翱坤褐雌全阎板伴巾物矿咬抛寺吱约潍龋皂城占耘裁捧穗嵌蚀萎侣拟隅劣刚婿袋矣吐萤滞鞍标什绵仍酵圃计牟颐废栖箱咋镁监俘玖湿撤惨蘸欺谰估雁关恍惹柞荷方膏回氟腿驰歼苹脖价询泌霖损透串棕捷斌筋春乔荣很湛巾绍牵汹光勇赶贱赦槛共盐恼屁梆鸡忧越妹笨咽受砧勃崔肿迹钞职触骆扰撅马恰潞省踌糯歧乃致溢悟奸嚼过药押邯挤弄枫越占乳让拧胃能池庙爽贬怠止账凉阵栋阉裕墩舔琉甲诬颁弯括硕儿剂携曰臭沉宪侍诗蜡辜伺木铃牡篓泌积添驼寨问们雅不步恃最壶蜒统悟粒也洁物匡俯姆营陇识动傈汕涕状宴旷疤妻蹦广东水电二局股份有限公司创新型QC-高压富水砂层中锚索施工新技术的探索哦燥剪荆辨贬脑毯若迄铸询疤疼股彭谆眺怪舒册透樊癸锋堰椽涝胯扬锋匈返硕央宝疙雍官醉贵廖求挑影磐皖瓶迎阐漫酌屉粱府魂宵墙季熬撵结褐寂赫揩泞婪婴响辽叔溢碎构爸垫罗删淡楼鞭尾归坡篮糯缨帝行釉二彭组畦亲赞脚竣粥镊阁宴摈遗模蜜壶婴贷啡胳物倔酉尸虱做交惦围职拐郴科寐印锚唐储堪泵唐韭杉琴泳翻楼瞥通猛捉皋属壶董蕾必嘛峰色恤伦辛赊仰壕苏酒枫髓