李洪斌，樊少鵬，施華堂明德格物QC小組

(長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢 430010)

1 選題理由及小組簡(jiǎn)介

丹江口大壩加高工程為南水北調(diào)中線水源工程(見下頁圖1)，為確保水庫正常蓄水和樞紐工程安全運(yùn)行，針對(duì)原壩基帷幕防滲性能及耐久性不達(dá)標(biāo)的壩段，我公司承擔(dān)了該區(qū)域的帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿工作。

補(bǔ)強(qiáng)灌漿材料之一為丙烯酸鹽化學(xué)漿液，其材料單價(jià)為30000元/t，遠(yuǎn)高于普通硅酸鹽水泥漿材;同時(shí)該漿材超時(shí)凝結(jié)后即形成膠凝體，漿液便不能繼續(xù)使用。2012年3月以前，由于帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿受到本工程高水頭、深灌漿孔等外部條件制約，致使灌漿管路占漿量大而漿液損耗現(xiàn)象嚴(yán)重，增加了資金投入。

為在保證灌漿施工質(zhì)量的同時(shí)減少漿液損耗帶來的損失，我們于2012年3月成立了QC小組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攻關(guān)，旨在降低丹江口大壩帷幕灌漿化學(xué)漿液損耗率，合理控制帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿成本。

圖1 丹江口大壩樞紐全景

小組共有十名成員組成，包括組長徐年豐、副組長李洪斌、王漢輝、劉加龍、樊少鵬、施華堂、蔡漢生、閔征輝、劉權(quán)慶和黃小艷。組員就總體負(fù)責(zé)，技術(shù)負(fù)責(zé)，數(shù)據(jù)收集，工藝負(fù)責(zé)和對(duì)策實(shí)施進(jìn)行了明確的分工。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

a.現(xiàn)狀一:影響化學(xué)漿液合理配制并成功灌注的因素多，包括“基巖透水率調(diào)查匹配”，“漿液各組分用量正確”，“施工環(huán)境溫度適宜”，“各工序操作正確”等方面，易引發(fā)失誤使得灌漿失敗，漿液作廢。目前灌漿失效量為4.0L/段次。

b.現(xiàn)狀二:高水頭下灌漿孔內(nèi)常發(fā)生涌水，漿液遭稀釋，成幕效果差。需要掃孔、復(fù)灌進(jìn)而大量使用漿液。目前復(fù)灌損耗量為6.3L/段次。見圖2。

圖2 高水頭、深孔下分段鉆灌示意

c.現(xiàn)狀三:深孔灌漿需多次分段鉆孔、埋管，孔段中進(jìn)漿管長度隨之疊加增長，管路占漿顯著。目前進(jìn)漿管、排漿管占漿量為10L/段次。

d.現(xiàn)狀四:為排出鉆孔中積水而增設(shè)排漿管，灌漿質(zhì)量得到提高，但同時(shí)導(dǎo)致排漿管中有余漿。見圖3。

圖3 純壓灌漿管路和增設(shè)排漿管后管路對(duì)比

e.現(xiàn)狀五:灌漿管路系統(tǒng)復(fù)雜，從地面設(shè)備到地下管道共由5大部分組成(見圖4)，可發(fā)生漿液損耗點(diǎn)多。目前包含灌漿桶等各部分漿液損耗滲漏量為5L/段次。

圖4 灌漿管路組成示意

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果的計(jì)算分析，帷幕灌漿化學(xué)漿液損耗率高達(dá)35%，并找到影響化學(xué)漿液損耗率高的兩個(gè)癥結(jié)是:漿液沿管路耗用量大和復(fù)灌損失漿材。

3 確定目標(biāo)

在確保丹江口大壩帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿施工質(zhì)量前提下將化學(xué)灌漿的漿液損耗率由目前的35%降低至19%。

4 原因分析

圖5 原因分析關(guān)聯(lián)

小組成員利用頭腦風(fēng)暴法集思廣益，通過圖5中的關(guān)聯(lián)對(duì)找到的兩個(gè)癥結(jié)“漿液沿管路耗用量大”和“復(fù)灌損失漿材”進(jìn)行了原因分析，得出了10個(gè)末端因素。

針對(duì)忽視隱性漿液的可利用性、漿—水置換結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)不合理等這10個(gè)末端因素小組成員制定了要因計(jì)劃確認(rèn)表(見表1)，按照對(duì)應(yīng)的方法和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)末端因素內(nèi)容逐一進(jìn)行確認(rèn)。

表1 要因計(jì)劃確認(rèn)

4.1 末端因素1:基巖易發(fā)生劈裂破壞

現(xiàn)場(chǎng)物探測(cè)試鉆孔取出的巖芯情況，結(jié)合物探聲波和巖體基巖抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，我們得到帷幕灌漿壩區(qū)基巖90%為微、新巖體，同時(shí)巖體完整性好，僅微裂隙發(fā)育力學(xué)強(qiáng)度高，質(zhì)地堅(jiān)硬，故為非要因。見圖6。

4.2 末端因素2:選用產(chǎn)品不可靠

圖6 大壩基巖物探鉆孔取芯

通過對(duì)產(chǎn)品廠商、存放環(huán)境以及使用效果這幾個(gè)方面來調(diào)查分析后得到:產(chǎn)品來源正規(guī)、質(zhì)量過硬;納入行業(yè)規(guī)范，效果得到認(rèn)可;存放環(huán)境達(dá)標(biāo)，保質(zhì)期內(nèi)使用，故為非要因。

4.3 末端因素3:漿液配置比例失調(diào)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際在配制漿液前，首先進(jìn)行了地層透水率和用水量的調(diào)查，在此基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)確定合適的膠凝時(shí)間，然后根據(jù)選定的膠凝時(shí)間由“現(xiàn)場(chǎng)漿材配比及膠凝時(shí)間試驗(yàn)”來最終確定合適的各漿液組分的用量，漿液配制比例是合理有據(jù)的，故為非要因。見圖7。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)漿材配比及膠凝時(shí)間試驗(yàn)

4.4 末端因素4:工人不熟悉規(guī)程和儀器設(shè)備

經(jīng)調(diào)查施工單位具備承接各種特種工程資質(zhì)，可勝任本次化學(xué)灌漿施工;同時(shí)我方設(shè)計(jì)人員在施工期間駐扎現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底、全程指導(dǎo)，確保施工人員充分了解設(shè)計(jì)意圖和注意事項(xiàng)，故為非要因。

4.5 末端因素5:單次配漿過多

灌漿完成后在儲(chǔ)漿桶底發(fā)現(xiàn)大量沒有用完的丙烯酸鹽漿材，超時(shí)已成為膠凝體，無法用于下一孔段灌注。經(jīng)測(cè)桶內(nèi)漿液剩余量大于3L，故為要因。見圖8。

圖8 灌漿桶、進(jìn)(排)漿管中的殘余膠凝漿液

4.6 末端因素6:忽視“隱性”漿液的可利用性

完成灌漿后對(duì)進(jìn)漿管和泵機(jī)清理時(shí)發(fā)現(xiàn)大量殘留的條狀及塊狀凝膠體。經(jīng)測(cè)量，進(jìn)漿管和泵機(jī)中剩余漿量大于8L，高于確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。由于在所有孔位都發(fā)生此種情況，同時(shí)考慮到灌漿管路重復(fù)疊加增長，故為要因。

4.7 末端因素7:漿—水置換結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)不合理

漿—水置換后用細(xì)鋼釬捅進(jìn)排漿管時(shí)發(fā)現(xiàn)大量殘留條狀凝膠體。經(jīng)測(cè)量，泵機(jī)和進(jìn)漿管中剩余漿量大于8L，高于確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。由于在所有孔位都發(fā)生此種情況，同時(shí)考慮到灌漿管路重復(fù)疊加增長，故為要因。

4.8 末端因素8:環(huán)境溫度不合適

現(xiàn)場(chǎng)通過打光源升溫和風(fēng)扇機(jī)降溫等方式確保了灌漿平洞中漿液配置和施工溫度為19.5℃，與現(xiàn)場(chǎng)漿材配比及膠凝時(shí)間試驗(yàn)中所確定的適宜溫度19.1℃相差僅0.4℃，故為非要因。

4.9 末端因素9:沿裂隙繞塞冒漿

通過調(diào)查，實(shí)際施工中一旦確認(rèn)漿液沿裂隙繞塞，即暫停灌漿并上提阻塞器，將該裂隙納入到灌漿段中。同時(shí)特設(shè)置了沖水管，以確保阻塞器可隨時(shí)提起而不被繞塞后的漿液凝結(jié)后埋住，故為非要因。

4.10 末端因素10:阻塞器松動(dòng)跑漿

本次灌漿采用高壓充氣膠囊式橡膠灌漿塞，黑色膠囊體充氣后，可承受3倍設(shè)計(jì)灌漿壓力，阻塞器不易產(chǎn)生滑動(dòng)或者漏漿，故為非要因。

通過對(duì)末端因素逐一分析，確定主要原因有3個(gè):“漿—水置換結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)不合理”、“單次配漿量過多”和“忽視隱性漿液的可利用性”。見圖9。

圖9 導(dǎo)致漿液損耗的三個(gè)要因在管路中對(duì)應(yīng)位置

5 制定對(duì)策

根據(jù)要因確認(rèn)結(jié)果，QC小組成員制定了相應(yīng)的對(duì)策措施表，落實(shí)了對(duì)策的目標(biāo)、具體措施和負(fù)責(zé)人員及完成時(shí)間等，見表2。

表2 對(duì)策措施

6 對(duì)策實(shí)施

a.首先利用多組額定配漿量進(jìn)行漿—水置換對(duì)比試 驗(yàn)，V置換配制漿液量=1.1 ～ 1.6(V泵容+V進(jìn)漿管管容+V孔容)，繼而根據(jù)余漿量1.5L的目標(biāo)值確定出最優(yōu)的配漿放大系數(shù)為1.25，最終按照該系數(shù)設(shè)定配漿量完成實(shí)際灌漿工序，當(dāng)配制的額定漿液用盡后即可停止?jié){—水的置換。經(jīng)測(cè)排漿管平均余漿量為1.0L，節(jié)省漿液同時(shí)保證灌漿質(zhì)量。見圖10。

圖10 配置額定漿液進(jìn)行漿—水置換及漿液節(jié)省量

b.首先利用多組額定桶內(nèi)配漿量進(jìn)行灌漿對(duì)比試驗(yàn)，V灌漿桶額定單次配漿量=5 ～20min(V壓水注入率)，繼而根據(jù)余漿量0L的目標(biāo)值確定出最優(yōu)的單次配漿量以10min來控制，最終按照該原則設(shè)定配漿量完成實(shí)際灌漿工序，即用即配。經(jīng)測(cè)灌漿桶內(nèi)沒有余漿，避免了一次大量配漿造成浪費(fèi)。

c.首先利用多組額定清水量進(jìn)行清水頂漿對(duì)比試驗(yàn)，V配制清水量=0.6 ～0.85(V泵容+V進(jìn)漿管管容)，繼而根據(jù)余漿量1.5L的目標(biāo)值確定出最優(yōu)的清水配量縮減系數(shù)為0.75，最后按照該系數(shù)設(shè)定配水量，完成實(shí)際灌漿工序，清水用盡即停止頂漿。經(jīng)測(cè)進(jìn)漿管平均余漿量為1.0L，利用漿液同時(shí)保證灌漿質(zhì)量。見圖11。

圖11 清水配置、頂漿過程和節(jié)省漿液用量示意圖

7 效果驗(yàn)證

QC小組對(duì)灌漿管路的逐步盤查分析后，對(duì)多項(xiàng)灌漿工藝進(jìn)行革新改進(jìn)并對(duì)施工步驟進(jìn)行合理規(guī)劃，有效地控制了漿液從配置到灌注結(jié)束整個(gè)過程中沿管路的損耗發(fā)生:在灌漿單耗統(tǒng)計(jì)值為8kg/m的條件下，灌漿桶中已無漿液剩余，而進(jìn)、排漿管管路中余漿也降至2L。帷幕灌漿漿液損耗率降至17%，低于預(yù)期的19%，達(dá)到了小組活動(dòng)目標(biāo)。

從經(jīng)濟(jì)效益上看，改進(jìn)灌漿工藝后避免了對(duì)化學(xué)漿材的大量使用，減低了昂貴的化學(xué)漿材材料費(fèi)用，工程直接投資較采用原化學(xué)灌漿方法節(jié)約了30.5萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

8 鞏固措施

a.小組根據(jù)活動(dòng)成果，修訂了《丹江口大壩加高工程河床壩段帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿及排水孔改造施工技術(shù)要求》，經(jīng)業(yè)主單位審查后應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工操作、管理。

b.完成了論文《丹江口大壩高水頭帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿技術(shù)研究》。

c.活動(dòng)成果完成歸檔，利于后期查閱參考。

9 總結(jié)及下一步打算

通過本次QC活動(dòng)，加深了對(duì)灌漿管路系統(tǒng)構(gòu)成和灌漿施工手段的認(rèn)識(shí)。既達(dá)到了活動(dòng)目的，又提高了灌漿技術(shù)水平。同時(shí)，小組成員加強(qiáng)了質(zhì)量意識(shí)、QC知識(shí)及團(tuán)隊(duì)精神，提高了技術(shù)攻關(guān)水平和創(chuàng)新能力。

小組將在活動(dòng)成果的基礎(chǔ)上繼續(xù)拓展，探尋不同灌漿方法下灌漿質(zhì)量和漿液利用情況，擬提出新的QC課題“提高孔口封閉循環(huán)式灌漿法的灌漿效率”?！?/p>