降低貝殼層頂管排泥管堵塞率.doc

廣州市市政工程維修處 頂管工程項目部先鋒QC小組降低貝殼層頂管排泥管堵塞率一、小組簡介廣州市市政工程維修處先鋒QC小組成立于2002年7月份。通過QC活動解決了泥水平衡式頂管出洞口止水圈改造、降低頂管機控制系統(tǒng)故障率、減少揚州一號頂管機工作凈空要求等問題，取得顯著成果，并分別獲得2003年全國市政工程和建設工程優(yōu)秀質量管理小組稱號。該小組主要由第六項目部技術人員組成,小組成員均具有大專以上學歷，本QC小組接受過TQC教育，技術力量雄厚，組員專業(yè)知識豐富。小組簡介如下表所示：小 組 簡 介 表單位名稱廣州市市政工程維修處土木工程公司注冊登記號TM-XF-2002小組名稱先鋒QC小組活動時間2013年1月2013年6月課題名稱降低貝殼層頂管排泥管堵塞率小組類型現(xiàn)場型活動次數(shù)每月1次成員姓名性別年齡學歷技術職稱小組職務組內職責宋樹祥男35本科高級工程師顧問組織知道熊穎男29碩士工程師組長方案策劃實施吳金河男44本科高級工程師副組長協(xié)助方案實施劉桂賢男25本科助理工程師組員資料分析陳建林男27本科助理工程師組員協(xié)助實施李恒男22本科助理工程師組員資料搜集、制圖表楊浩男23大專助理工程師組員信息反饋魏承移男22大專技工組員現(xiàn)場改造制表：楊浩 時間：2013年1月10日小組活動計劃如下表所示：時間項目2013年1月2013年12月2013年2月2013年23月2013年3月2013年34月2013年4月2013年5月2013年6月選題制定活動計劃現(xiàn)狀調查目標設定原因分析要因驗證制訂對策分工實施一分工實施二效果檢驗體會和打算 計劃 實際 制表：楊浩 時間：2013年1月11日二、情況概況在頂管施工中，常常會碰到各種不同的地質情況。作為有經(jīng)驗的頂管施工隊伍，在開工前，必須通過查閱地質勘探報告、垂直鉆探、水平物探等各種手段了解每段頂管的土質分布情況，對頂進設備及施工工藝作出有針對性的改造調整，有的放矢，才會提高頂進效率，降低風險；反之，則會被各種困難包圍，嚴重降低頂進效率，增加風險。2013年，我單位承建南頭鎮(zhèn)東福北路至東福南路污水管道工程，該工程的頂管任務主要為DN1200鋼筋混凝土管。該工程有三個特點：1、管道埋深較深。2、管段距離較長。3、工期緊。其中，W1W5,W5W9,W21W24，W41W44四個頂管段，在頂進過程中遭遇到了富含密集貝殼層的特殊地質，極易造成排泥管堵塞，給頂進施工帶來了極大的困擾。為了排除困難，降低頂進失敗風險，先鋒QC小組開始著手研究如何通過改造設備和改進施工工藝，達到最大程度降低排泥管堵塞率的目的，從而保證頂管施工順利開展。三、選題理由市政道路被破壞機頭前方土體不斷掏空選題理由 解決排泥管堵塞問題 貝殼堵塞頂管機排泥管頂進無法進行頂進泥水平衡無法建立制圖：熊穎 時間：2013年1月15日 四、現(xiàn)狀調查（1）、現(xiàn)場情況調查小組成員認真匯總過往工程資料，發(fā)現(xiàn)排泥管堵塞通常發(fā)生在三個部位：一是泥水倉內，二是機頭內軟管與機內旁通之間，三是外接的排泥管中。泥水倉內堵塞主要原因是土質問題，一些未經(jīng)破碎充分的異物，隨著機頭向前推進擠壓進入泥水倉內部，將泥水倉大部分空間占據(jù)，只有泥水管出入口附近不被堵塞，造成排泥效率大幅下降。機頭內軟管與機內旁通之間堵塞主要原因是旁通過流能力下降的問題，大的物體卡在了旁通球閥出入口處，隨著頂管機往前推進，泥水倉出來的泥土無法及時排出，甚至越積越多，最后將軟管徹底堵死。外接的排泥管發(fā)生堵塞的主要原因是循環(huán)水的攜帶能力減弱，頂管機主要是用循環(huán)水把機頭前方切削下來的土體通過泥水管排出地面，而當循環(huán)水的攜帶泥沙的能力下降時，泥沙就很容易在排泥管中沉淀下來，造成堵塞。(2)、統(tǒng)計分析從過往項目情況來看，當碰到這種含密集貝殼層的特殊土質時，造成的危害是非常巨大的，輕則堵塞排泥管、頂管效率下降，重則路面塌陷、甚至頂管機無法頂進，開挖機頭。如果沒有預先采取有效的解決辦法，出現(xiàn)堵塞后只能采取比較被動的策略，等土質改變及外界異物很有偶然性的脫落帶出、或者采取機頭內部用鋼筋通過泥水管去捅泥水倉以及頻繁拆管疏通等辦法打通有限的通道。QC小組必須采取合理、有效的措施去降低貝殼層頂管排泥管堵塞率。五、目標設定與可行性分析（1）、目標設定理想的頂進是破碎均勻、速度適中，頂力緩慢上升，泥水循環(huán)正常，沒有出現(xiàn)堵塞排泥管的現(xiàn)象。但在這種含密集貝殼層的特殊土質情況下，很難按照完全理想的狀況進行施工。因此，本QC小組設定的目標為降低排泥管堵塞率為從3次/管節(jié)到0.25次/管節(jié)。本QC小組成員有著豐富的TQC理論知識和施工經(jīng)驗，有信心達到預定目標 目前主要設備性能良好，且可改造的余地較大，市場上刀具材料可選擇余地較大，造泥漿材料準備充足，配方先進 公司領導十分重視，多次召開專題會議；公司組織骨干學習，同行交流，有機會接觸到新工藝新方法目標可行（2） 可行性分析制圖：熊穎 時間：2013年2月2日六、分析原因經(jīng)QC小組全體成員分析總結，認為造成貝殼層頂管排泥管堵塞的原因如下頁（采用4M1E法）：頂管機操作工人責任心不強和技術不夠熟練，在發(fā)現(xiàn)排泥表壓力異常波動，有堵管前兆時，沒有及時排除，等管道徹底堵死了，才進行處理，難度增大數(shù)倍。貝殼層頂管排泥管堵塞人員材料機具方法流砂土質，地下水豐富人員責任心不強、疏于管理工人責任心不強、忽視教育工人技能不好，培訓不足刀盤刀具太脆，分布不合理，偏心塊擠壓破碎貝殼的能力較差排泥管內空不夠大，過流能力不夠機內旁通球閥開度不夠，過流能力較弱原有設備為出廠標準配置，沒有針對該種特殊土質進行改造刀盤格柵結構設置不合理循環(huán)水太清，攜帶能力較差沒有往機頭前方打高壓水工作井接收井設置不合理，一次性頂進距離過長環(huán)境制圖：李恒 時間：2013年2月20日七、要因確認要因確認因素一：管理人員責任心不強、疏于管理經(jīng)過現(xiàn)場調查，施工人員都嚴于管理，質量控制意識強，責任心強。結論 “管理人員責任心不強、疏于管理”是 非要因因素二： 工人責任心不強、忽視教育工人素質較高，且經(jīng)過數(shù)次教育，責任心強，并有嚴格的管理制度結論 “工人責任心不強、忽視教育”是 非要因因素三：工人技能不好，培訓不足姓名相關工齡姓名相關工齡曹詩東3李有肆4魏承移6文賢軍3賀清照4萬作平5制表：吳金河，2013年3月10日公司對操作人員的素質和經(jīng)驗非常重視，招聘時均要求有相關工作經(jīng)驗2年以上，通過查閱檔案，操作人員相關工作工齡如右表。結論 “工人技能不好，培訓不足”是 非要因因素四：刀盤刀具太脆，分布不合理，偏心塊擠壓破碎貝殼的能力較差 刀盤刀具采用的是普通合金刀，硬度低而脆，反復切削較硬的貝殼片時刀頭合金部分容易磨損和崩斷，失去切削功能；而且，對付該種貝殼含量密集的特殊土質，刀盤大臂刀具的分布密度太低，切削能力較弱，同時，刀盤偏心塊間隙過大，還未來得及破碎的貝殼片很容易就夾雜在泥沙中進入泥水倉，從而進入泥水循環(huán)系統(tǒng)，造成排泥管堵塞。結論 “刀盤刀具太脆，分布不合理，偏心塊擠壓破碎貝殼的能力較差”是 要因因素五：排泥管內空不夠大，過流能力不夠排泥管道屬于非均質流輸送，即垂向固體濃度分布存在一定梯度。循環(huán)水是由固體顆粒和水組成，如循環(huán)水管內凈空過大，當頂進距離過長時，阻力上升，循環(huán)水流速下降，容易發(fā)生固體顆粒沉降，管道堵塞的現(xiàn)象；排泥管道的直徑一般由所排出泥土的最大粒徑和泥水的濃度等決定，正常情況下，只要機頭刀盤有一定的破碎能力，排泥管內空不宜過大。目前頂管機市場上進水排泥管大多都是采用四寸PE管。結論 “排泥管內空不夠大，過流能力不夠”是 非要因因素六：機內旁通球閥開度不夠，過流能力較弱頂管機通過液壓裝置控制機內旁通球閥的張開閉合，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)進水排泥的控制。但在含密集貝殼層的這種特殊土質下，傳動銷遇到硬物和流速較快的泥沙水反復擠壓沖刷，容易發(fā)生磨損和變形，與閥芯之間形成錯位和空隙，影響閥芯的旋轉精度，使球閥的開度不夠，甚至不及正常開度的三分之二。開度不夠，導致破碎不充分的貝殼片卡在閥芯前方，越集越多從而導致整個排泥管堵塞。結論 “機內旁通球閥開度不夠，過流能力較弱”是 要因因素七：刀盤格柵結構設置不合理 頂管機刀盤采用的是固定格柵，與機頭殼體之間的空隙較大，未經(jīng)完全破碎的貝殼片很容易通過，從而進入到泥水系統(tǒng)，造成堵塞。 結論 “刀盤格柵結構設置不合理”是 要因因素八：循環(huán)水太清，攜帶能力較差頂管機在頂管過程中是依靠進水將刀盤前方土體溶解在水中排出，因此在淤泥或者粘土土質情況下，循環(huán)水越清越好。但是，在富含貝殼片的粉砂這種特殊土質下，貝殼片被粉砂包裹，由于砂土的滲透系數(shù)較大，土體黏粒含量較少，隨著泥水在循環(huán)利用的過程中粘土含量不斷減少，太清的循環(huán)水和刀盤前方地下水被排泥泵帶出，而富含貝殼片的粉砂被死死地裹在排泥管中無法正常排出，造成排泥管堵塞。結論 “循環(huán)水太清，攜帶能力較差”是 要因因素九：沒有往機頭前方打高壓水高壓水是由高壓水管接到刀盤前端，從針孔狀噴嘴射出一條條細小水柱，主要用來沖刷刀盤大臂與殼體之間的土體，并不能從根本阻止貝殼片進入機頭內部泥水倉。當時，我們采取了該措施，事實證明雖降低了刀盤電流，但管道堵塞的現(xiàn)象并未得到好轉。結論 “沒有往機頭前方打高壓水”是 非要因因素十：工作井接收井設置不合理，一次性頂進距離過長 本工程所在地東福路是中山市南頭鎮(zhèn)的主干道，路兩側廠房林立，為避免對周圍交通的影響，頂管距離必須既滿足工藝要求，又盡量拉長，減少開挖。從完工后情況來看，只要排泥順暢，頂進正常，停頂時間壓縮，一次頂進該長度不存在問題。附各頂進段長度表 頂管段管徑長度W1W51200240米W5W91200220米W21W241000210米W41W441000200米 結論 “工作井接收井設置不合理，一次性頂進距離過長”是非要因因素十一 流砂地質，地下水豐富在富含地下水或者流砂地質的的地層中進行頂管作業(yè)，必須提前采取正確的措施，只要設備改造科學、頂進方法得當，是可以保證頂進順利的。結論 “流砂地質，地下水豐富”是 非要因8、 制定對策序號要 因對策目 標措 施負責人地點完成時間1刀盤刀具太脆，分布不合理，偏心塊擠壓破碎貝殼的能力較差改用破碎能力更好的刀盤刀具，重新設計刀具的布局，增強偏心快的破碎能力破碎能力增強一倍在刀盤大臂上間距5公分焊接硬質白鋼刀替代原先的周邊刀和主刀頭，在偏心塊上加焊白鋼刀吳金河魏承移W9號井2013年4月10日2機內旁通球閥開度不夠，過流能力較弱增大旁通球閥開度過流能力達到3英寸改用手動碟閥替代原來的液壓驅動旁通吳金河魏承移W9號井2013年4月17日3刀盤格柵結構設置不合理改造格柵結構降低格柵的堵塞改固定格柵為活動格柵，并在泥水倉內加刮板吳金河魏承移W9號井2013年4月26日4循環(huán)水太清，攜帶能力較差改進配方，增大循環(huán)水稠度循環(huán)水帶出粉砂和被破碎的貝殼片的能力增強一倍在循環(huán)水中加入由黏土、膨潤土和CMC等組成的穩(wěn)定劑劉桂賢W9號井2013年5月7日制表：楊浩 2013年5.月10日九、對策實施1）實施一：針對刀盤刀具太脆，分布不合理，偏心塊擠壓破碎貝殼的能力較差的問題，由副組長吳金河組織，技工魏承移具體實施，在綜合比較了市面上各種車床用切割刀具后，決定采用韌性較高的硬質白鋼刀代替原有刀具。具體實施步驟為：（1）用氧氣乙炔割掉原有主刀頭和周邊刀；（2）用耐磨焊條每5公分等間距焊接硬質白鋼刀在刀盤大臂處；（3）在偏心塊和機頭殼體位置牙形分布焊接白鋼刀，縮小間隙，增加切削能力。2）實施二：針對機內旁通球閥開度不夠，過流能力較弱的問題，小組成員首先對原有液壓旁通相關配套設備進行檢修。經(jīng)技工魏承移具體實施，發(fā)現(xiàn)機頭內液壓系統(tǒng)包括液壓泵、各種控制液壓閥及液壓油缸都運轉正常，但由于頻繁地開合和粉細砂的擠壓，旁通球閥傳動銷磨損與殼體間產生松動，導致閥芯無法旋轉到位，開度只有正常情況下的一半，大量大的貝殼片卡在球閥前端，無法排出，需要人工用鋼筋才能捅穿。在找出原因后，為了使旁通球閥的開度達到正常水平，保證足夠過流能力，小組成員決定首先對傳動銷進行更換，更換后效果明顯，但在該特殊土質下，很快傳動銷就再次磨損，為徹底解決該問題，經(jīng)小組成員現(xiàn)場討論，決定自制手動蝶閥手動控制開閉替代原有旁通。改造前 改造后 3）實施三：針對刀盤格柵結構設置不合理的問題，本小組對機頭進行了改造，由組長熊穎負責，魏承移具體落實。將泥水倉格柵切下來，焊接在刀盤上，使得格柵隨著刀盤的轉動而轉動，同時在泥水倉內側增加兩塊泥水倉刮板，。這樣一方面減小了刀盤間隙，未充分破碎的貝殼片難以通過；另一方面泥水倉內部不易發(fā)生堵塞，如需人工疏通時，能對格柵的各個部位進行充分疏通。（人工疏通就是在機頭內部通過機頭的進排泥管用鋼筋去捅前方的土體，甚至能穿過格柵捅刀盤前方土體）4）實施四：針對循環(huán)水太清，攜帶能力較差的問題。本小組分析認為，在這樣的特殊土質中進行施工，改變循環(huán)水的性能，使其具有一定的黏性和一定的相對密度是關鍵。這就需要在循環(huán)水中加入由黏土、膨潤土和羧甲基纖維素鈉（英文簡稱CMC）等組成的穩(wěn)定劑，使包裹著貝殼片的粉砂能夠懸浮在循環(huán)水中，被均勻輸送至地面。在添加穩(wěn)定劑的過程中，應注意以下細節(jié)：1、攪拌時間必須大于30分鐘，發(fā)酵期間（6小時）保持攪拌。2、經(jīng)反復試驗，得出理想配比為粘土：膨潤土：CMC：水=10Kg：50Kg：1Kg：800Kg。 3、要使用質量較好的鈉基膨潤土十、效果檢驗及效益評估1）效果檢驗改造完成后，我們使用該套頂管設備順利完成了接下來的W5W9,W21W24，W41W44三段頂管任務。在頂進過程中，同樣是遇到了該種貝殼片的干擾，但排泥情況比較正常，完全破碎的貝殼片包裹在粉砂中被順利排出，泥水管的堵塞率由原來的3次/管降至0.25次/管，達到了預期目標。2）效益評估l 經(jīng)濟效益：QC活動前，在頂進W1W5頂進段（240米）時，排泥管經(jīng)常堵塞，泥水循環(huán)破壞，不得不停止頂進進行處理，共耗時20天，日均頂進12米，同時由于不斷的掏管掏砂，頂進軸線混凝土路面出現(xiàn)大面積沉降，事后進行修復共修復350平方米，花