工程建設公司QC小組提高富水砂卵石地層盾構掘進效率成果匯報書

中國中鐵二局成都地鐵2號線二期工程2W-1標項目經理部中國中鐵二局城通公司中國中鐵二局城通公司2011年度QC成果資料提高富水砂卵石地層盾構掘進效率組長：編寫人：發(fā)表人：小組名稱：中鐵二局城通公司成都地鐵2W-1標項目經理部QC小組小組所在單位：中國中鐵二局城通公司提高富水砂卵石地層盾構掘進效率2012年QC成果

PAGE25中鐵二局成都地鐵2W-1標項目經理部QC小組PAGE25一、工程概況成都地鐵2號線二期工程位于成都市區(qū)，線路呈東西走向，是城市軌道交通主干線，本工程為土建1標，采用新購的2臺羅賓斯盾構機施工（3#、4#羅賓斯盾構機），掘進互助站～中間風井區(qū)間隧道。區(qū)間隧道縱坡坡度5～28‰。線路最大埋深為24m，最小平面曲線半徑400m。本段通過的地層主要地層為<2-6-3>中密卵石、<2-6-4>密實卵石。圖1-1羅賓斯盾構機掘進籌劃圖二、小組概況中鐵二局成都地鐵2號線二期工程（西延伸線）土建1標QC小組成立于2011年6月5日，由12名人員組成，均有大學以上學歷，由項目經理任組長，項目總工任副組長，小組成立后，根據現場實際情況，選定提高富水砂卵石地層盾構掘進效率為課題，積極開展活動，采取實際調查，分析研究解決問題，在此期間，小組成員共組織了16次活動，組員積極討論，通過認真學習和交流，提高了小組成員的分析問題和解決問題的能力。小組成員情況見表2-1：表2-1：QC小組成員簡況表小組名稱中鐵二局城通公司成都地鐵2W-1標項目經理部QC小組成立時間2011年6月5日活動時間2011/6/5-2011/11/12小組類型攻關型注冊日期2011.6活動頻率5次/月出勤率98%注冊編號EJCT-11-06序號姓名年齡性別學歷職務組內職務QC教育時間145男本科項目經理組長48235男本科公司工程部長顧問120331男本科總工程師副組長59430男本科工程部部長組員58526男本科工程部副部長組員56625男本科技術主管組員65727男大專工區(qū)長組員48827男大專副工區(qū)長組員48925男大專機電部副部長組員481021男大專技術員組員551125男大專盾構操作手組員481225男本科盾構操作手組員48制表人：日期：2011年11月5日小組成員平均年齡28.5歲，文化程度有本科，大專兩個層次。小組人均受教育時間58.4小時，測驗成績優(yōu)秀。名詞解釋：盾構施工：為用被稱做「盾(shield)」的鋼殼里面，在保持掌子面穩(wěn)定的同時進行安全掘進，而后面則裝上被稱做襯砌(segment)的襯砌組件，利用其反作用力，以千斤頂盾掘進的一種隧道施工方法。三、選題理由圖3-1選題理由分析圖制圖人：鄒坤秘日期：2011年6月18日根據目前2臺羅賓斯盾構機（3#、4#）的掘進情況，我們制定了以下工期籌劃表：表3-13#、4#盾構掘進工期籌劃表

盾構機編號計劃始發(fā)時間掘進指標計劃貫通時間合同計劃貫通時間計劃貫通時間與合同計劃時間比較3#2011年6月13日6m/d(含換刀時間)2012年2月26日2011年12月15日滯后107天4#2011年10月6日6m/d(含換刀時間)2012年6月24日2012年1月15日滯后162天制表人：日期：2011年6月29日由上表可以看出，3#、4#盾構機貫通時間無法滿足業(yè)主的工期要求，必須加快3#、4#盾構機的施工進度。四、現狀調查我們對9月7日～9月26日3#盾構機每日的掘進情況做了以下統計：表4-13#盾構機每日掘進距離統計表日期掘進距離(m)日期掘進距離(m)日期掘進距離(m)2011.9.77.22011.9.144.82011.9.214.82011.9.84.82011.9.152.42011.9.227.22011.9.9122011.9.167.22011.9.237.22011.9.104.82011.9.177.22011.9.243.62011.9.1162011.9.183.62011.9.257.22011.9.128.42011.9.193.62011.9.2662011.9.1362011.9.206合計120制表人：鄒坤秘日期：2011年9月28日由上表可以看出，3#、4#盾構機平均每天掘進距離：6m/d。如果繼續(xù)按6m/d的掘進指標掘進，將不能按期完成互助站～中間風井的掘進任務。針對現階段3#、4#盾構機施工進度緩慢的現象，我們找出了影響施工進度的因素并制作了下表，對現場進行全面調查。

表4-2施工現狀調查記錄表項目序號盾構機掘進效率低渣土運輸效率低管片拼裝慢施工難度大其它1●○○○○2●○○●○3●○○○○4●○○○○5●○○○○6●●○○○7●○●○○8●○○○●9●○○○○10●○○●○11●○○○○12●○○○○13●○○○○14●○○○○○15●○○○○16●○○○○17●○○○○18●○○○○19●○○○○20●○○○○備注：●——有此情況發(fā)生○——無此情況發(fā)生制表人：日期：2011年9月29日對上表進行統計分析，我們找出來造成施工進度緩慢的因素，如下表所示：

表4-3影響施工進度統計表序號項目頻數頻率/%累計/%A盾構機掘進效率低208080B渣土運輸效率低1484C管片拼裝慢1488E施工難度大2896F其它14100累計25100制表人：日期：2011年9月29日圖4-1影響施工進度原因分析排列圖制圖人：鄒坤秘日期：2011年9月30日結論：通過以上排列圖分析，造成施工進度緩慢的主要因素為A.盾構機掘進效率低。五、設定目標（1）根據對現狀調查結果的反復論證，為了按業(yè)主要求的工期完成本工程，小組決定此次活動的目標為：將3#、4#盾構機的掘進指標由6m/d提高到9m/d。669現狀目標值掘進指標(m/d)圖5-1目標設定制圖人：鄒坤秘日期：2011年10月2日領導支持項目部在成都已經有過成都地鐵1號線和成都地鐵2號線的施工經驗，對成都富水砂卵石地層掘進有較為成熟的施工工藝，既有的1#、2#盾構機在富水砂卵石地層掘進已經能達到9m/d的掘進指標.領導支持項目部在成都已經有過成都地鐵1號線和成都地鐵2號線的施工經驗，對成都富水砂卵石地層掘進有較為成熟的施工工藝，既有的1#、2#盾構機在富水砂卵石地層掘進已經能達到9m/d的掘進指標.目標可行性分析豐富的施工經驗理論分析現場分析在現有設備的條件下，3#、4#盾構機經過相應的改進措施能使盾構機的掘進效率得以提高。項目部及公司領導給予高度重視，全力支持小組活動通過分析，我們可以通過加強對現場各個細節(jié)的管理控制來達到目標通過活動可以實現目標圖5-2目標可行性分析圖5-3與施工班組一起進行目標設定及可行性分析（3）數據分析經過QC小組對現在6m/d的掘進指標的討論，對造成掘進指標低的因素進行分析，如果對盾構機存在的缺陷進行相應改進，提高盾構機的掘進速度，同時加快各個工序之間的銜接，縮短各個工序的作業(yè)時間，能將每日掘進的效率提升50%以上，即每日的掘進指標將上升至：6×(1+50%)=9m/d，故目標是可行的。六、分析原因為了完成設定的目標，小組專門召開一次研討會，針對現場情況，采用“頭腦風暴法”，各抒己見，進行深入的探討，找出了影響盾構掘進效率低的主要因素，從人、機、料、法等相關方面著手進行了分析，并一一例舉在因果圖上。圖6-1影響進度原因分析因果圖圖6-1影響進度原因分析因果圖七、確定要因經過小組各成員多次充分地分析和討論后，形成了一致意見，確認了主要末端原因，對各個原因分別指定了確認人。要因確認表如下：表7-1要因確認計劃表序號末端因素確認內容確認方法確認標準負責人完成日期1推進系統動力不足盾構推進系統的推力是否足夠查看盾構掘進參數查看盾構推進過程中推力能否達到2300kN2011年6月22日2操作手不熟練操作手是否按相應的操作規(guī)程及技術參數進行操作查閱掘進相關資料盾構掘進的各項參數是否均控制在要求范圍內推力（kN）≤2500、扭矩（kN.m）≤5000、刀盤轉速（rpm）1.0~1.5、土倉壓力（bar）0.5~0.72011年6月25日3拼裝手不熟練每環(huán)管片的拼裝時間查看現場施工記錄每環(huán)管片的拼裝時間不得大于40分鐘2011年6月26日4渣土改良系統不穩(wěn)定泡沫系統中空氣及溶液的流量是否穩(wěn)定現場確認泡沫中空氣及溶液的流量是否跟顯示的流量一致并且穩(wěn)定2011年6月29日5管片供應不及時管片的供應是否影響盾構掘進現場確認滿足現場施工生產的需要2011年7月2日6刀盤刀具配置不當刀盤刀具的配置是否合理邀請相關專家確認中心滾刀換為撕裂刀、貝殼刀刀頭加入優(yōu)質合金鋼2011年7月5日7刀盤的開口率不合理刀盤的開口率是否合理邀請相關專家確認周邊8個開口中的4個開口加大了3%2011年7月5日8盾構機配件供應不及時盾構機配件的供應情況現場確認滿足現場施工需要2011年7月6日9渣土改良效果不好查看現場實際出碴效果，測塌落度現場確認碴土的塌落度控制在200mm～250mm范圍內2011年7月12日10管片選型不當操作手對管片的選型是否恰當盾尾間隙、推進油缸的行程差相對位置的盾尾間隙之差控制在30mm之內，相對位置的油缸行程差控制在40mm之內2011年7月13日11刀盤耐磨度不夠刀具能掘進的距離查看施工記錄刀具在砂卵石地層中必須能掘進200m以上2011年7月15日12降水井的籌劃不及時線路上降水井的布置水位情況現場確認開倉時水位降至盾構機底面埋深以下2011年7月20日13換刀點的籌劃不及時距離最近的換刀點的是否已提前加固完畢現場確認提前對換刀點進行地面加固處理2011年7月22日制表人：日期：2011年7月25日要因確認一末端因素：推進系統動力不足確認標準：查看盾構推進過程中推力能否達到2300kN確認：對近10環(huán)盾構機掘進過程中的推力進行記錄，發(fā)現實際的推力基本能維持在2300kN以上，有時候還保持在2500kN以上。結論：非要因要因確認二末端因素：操作手不熟練確認標準：盾構掘進的各項參數是否均控制在要求范圍內確認：3#、4#盾構機的操作手均為項目部經驗比較豐富的操作手，都有成都地層推進的經驗。同時我們調取了近20環(huán)盾構掘進的各項參數，并按下達的操作指令上面的參數要求對每環(huán)掘進參數進行評分，結果如下表所示：表7-2操作手操作成績評分表成績考試項目60分以下60～80分80～90分90～99分100分掘進參數的控制0環(huán)0環(huán)1次12次8次制表人：日期：2011年6月25日結論：非要因要因確認三末端因素：拼裝手不熟練確認標準：每環(huán)管片的拼裝時間不得大于40分鐘確認：在現場對操作手每環(huán)拼裝管片的用時進行記錄，極少有超過40分鐘的情況。結果：非要因要因確認四末端因素：渣土改良系統不穩(wěn)定確認標準：泡沫中空氣及溶液的流量是否跟顯示的流量一致并且穩(wěn)定確認：泡沫系統中的空氣流量十分不穩(wěn)定，時有時無，并且泡沫的實際流量跟操作面板上面顯示的流量不一致。結論：是要因

要因確認五末端因素：管片供應不及時確認標準：滿足現場施工生產的需要確認：據現場施工統計，每天計劃要求提供的管片均按時送至現場，未出現因管片供應不及時為耽誤現場施工的情況。結論：非要因要因確認六末端因素：刀盤刀具配置不當確認標準：邀請國內知名專家對盾構機刀盤刀具的配置進行評定確認：股份公司邀請何川、柴永模等業(yè)內知名專家召開研討會，指出目前的刀盤刀具配置存在缺陷，并提出了刀盤刀具的改進意見及改進措施。圖7-1盾構機專家評審會結論：是要因要因確認七末端因素：刀盤的開口率不合理確認標準：邀請專家對刀盤的開口設計進行評定確認：專家指出，刀盤的開口設計不是十分合理，掌子面上的土體進入土倉較困難，并且是導致土倉里結泥餅的因素之一，土倉內結泥餅后將會出現推力大、扭矩大以及掘進速度慢的情況，導致掘進速度緩慢，增加刀盤的開口率有助于改善土倉內結泥餅的狀況，同時有助于提高掘進速度。圖7-2刀盤改造開口前后對比結論：是要因要因確認八末端因素：盾構機配件供應不及時確認標準：滿足現場施工需要確認：據現場調查，盾構機的易損易耗部件配備比較充足，未出現因盾構機配件供應不及時而耽誤施工的情況。圖7-3配件圖結論：非要因要因確認九末端因素：碴土改良效果不好確認標準：碴土的塌落度控制在200mm～250mm范圍內確認：現場對碴土的塌落度進行了實驗，發(fā)現從螺旋輸送機輸送出來的碴土較干，碴土的塌落度較小，基本在100mm~150mm范圍內，碴土的改良效果不好，碴土的流動性不好，極易導致土倉內結泥餅，清理泥餅將會消耗大量的時間，影響掘進效率。圖7-4土倉及刀盤結泥餅情況結論：是要因要因確認十末端因素：管片選型不當確認標準：相對位置的盾尾間隙之差控制在30mm之內，相對位置的油缸行程差控制在40mm之內。確認：管片選型不當，導致管片拼裝的中心與盾構機中心不同心，管片與盾尾相碰，導致管片拼裝不上，遇到這種情況，拼裝管片將消耗大量的時間，導致施工進度緩慢。而保證管片軸心與盾構機軸心一致在施工時主要以千斤頂形程差，和盾尾間隙等為依據。鑒于此類情況，2011年7月8日～2011年7月11日，QC小組成員對60～69的盾尾間隙和拼裝完成后的油缸行程差進行了統計，統計結果詳見下表：

表7-3盾尾間隙統計表環(huán)數盾尾間隙（mm）60616263646566676869上33353236384037343134下36413337323532383740左37384244433839413836右35363537323335353637表7-4油缸行程統計表環(huán)數油缸行程（mm）60616263646566676869上65737571676873717572下73706968727172726767左68687272727567706870右71726871707864677865由表7-3和表7-4的結果可以看出，盾尾間隙和油缸行程差均控制在允許范圍內。結論：非要因要因確認十一末端因素：刀盤耐磨度不夠確認標準：刀具在砂卵石地層中必須能掘進200m以上確認：據現場調查，刀具在本段地層中掘進約30環(huán)后便出現刀盤磨損及偏磨比較嚴重的情況。圖7-5刀具偏磨結論：是要因要因確認十二末端因素：降水井的籌劃不及時確認標準：開倉時水位降至盾構機底面埋深以下確認：項目部已編制降水井施工籌劃方案，提前進行降水井的施工。根據現場施工過程中的開倉時的水位監(jiān)測情況，開倉過程中土體中的水位均在盾構機的底面埋深以下，確保換刀作業(yè)的順利進行。結論：非要因要因確認十三末端因素：換刀點的籌劃不及時確認標準：提前對換刀點進行地面加固處理確認：根據現場調查，工區(qū)已按照換刀點籌劃方案提前對換刀點完成了地面加固處理，確保換刀作業(yè)時上方土體的穩(wěn)固，未出現盾構掘進至相應位置時地層還未進行加固的狀況。結論：非要因綜上可知要因是：刀盤刀具配置不當◆刀盤的開口率設計不合理渣土改良系統不穩(wěn)定◆刀盤耐磨度不夠渣土改良效果不好八、制定對策對于以上分析出來的具體要因，QC小組集體討論，通過表決，確定責任人，責任人全權負責以后相關工作的開展，對開展后的工作實時監(jiān)控，及時總結，全面掌握對策實施后的具體情況。具體對策見下表：表8-1對策表序號要因對策目標具體措施實施地點責任人完成時間1刀盤刀具配置不當對刀盤的刀具重新布置提高掘進速度至（35~50mm/min）內邀請相關專家對目前盾構機刀盤的刀具進行重新布置會議室11.9.20前2刀盤的開口率設計不合理增加刀盤的開口率防止土倉內結泥餅邀請相關專家及盾構機生產廠商商討刀盤的改造意見會議室11.9.20前3渣土改良效果不好改進施工工藝使碴土具有很好的流動性和可塑性召開技術研討會，對現有的碴土改良施工工藝進行改進現場11.9.25前4渣土改良系統不穩(wěn)定更換新的泡沫系統保證空氣也液體的流量穩(wěn)定在150±20L/min進口國外的泡沫系統，對既有的泡沫系統進行更換會議室和現場錢其龍11.10.1前5刀盤耐磨度不夠更換更加耐磨的刀具保證刀具能正常掘進200m以上訂做更加耐磨的高強度合金刀具，對現有刀具進行更換現場盧珊青11.10.20前制表人：日期：2011年9月8日九、對策實施責任人：張孝培實施時段：2011.9.9～2011.9.20措施：邀請國外專家及盾構機生產廠家商討盾構機刀盤的刀具布置方案。圖9-1刀具布置商討會現整個盾構機刀盤配置的全為單、雙刃滾刀，專家指出刀盤刀具應以撕裂刀為主，對提高掘進速度非常有效，并確定以下改造方案：圖9-2刀箱分布圖①刀盤周邊原有的（41#~44#）單、雙刃滾刀維持不變，單雙滾刀交差排列。②其余位置的滾刀全部更換為貝殼刀，貝殼刀的尺寸為長210mm，寬70mm，高110mm，高出面板180mm。③中心刀更換為的撕裂刀。圖9-3貝殼刀三維圖圖9-4撕裂刀三維圖對策效果檢查：按上述措施對刀具的布置進行更改后，盾構機的掘進速度得到顯著提升，如下圖所示：圖9-5效果檢查圖目標達到！責任人：林剛實施時段：2011.9.9～2011.9.20措施：刀盤周邊割除刀箱4個，開口率從原來的32%增至約40%，增強渣土在刀盤周邊開口的流動性。并在割除的刀盤筋板上增加12把面板刮刀。圖9-6刀盤周邊小三角部位割除對策效果檢查：將刀盤開口率增大后，配合貝殼刀的作用，盾構機的掘進速度得到明顯提升。目標達到。責任人：錢其龍實施時段：2011.9.9～2011.10.1措施：1、從日本進口一臺泡沫系統，對原有的泡沫系統進行更換，使之能根據需要調節(jié)發(fā)泡氣體流量，并能確保流量的穩(wěn)定。2、對泡沫噴頭進行優(yōu)化改造，減少泡沫管路堵塞概率。對策效果檢查：對渣土改良系統進行改進后，氣體和空氣的流量較穩(wěn)定，并且能根據現場施工需要調節(jié)發(fā)泡氣體流量，目標達到。責任人：盧珊青實施時段：2011.10.5～2011.10.20措施：目前已委托相關的刀具生產廠商生產更加耐磨的貝殼刀具，貝殼刀上將鑲嵌高強度的合金，新生產的貝殼刀的尺寸為：長342mm，寬100mm，高70mm，（原刀具的尺寸為：長210mm，寬70mm，高110mm），刀具的尺寸較原刀具有很大改進，并且更加耐磨。如下圖所示：圖9-7刀具改進圖對策效果檢查：我們將改進后刀具能掘進的距離與改進前的刀具做了比較，其結果如下：從改進前每30環(huán)換一次刀具提高至每200環(huán)換一次刀具。節(jié)約了換刀時間提高了掘進效率。目標達到！

責任人：實施時段：2011.9.1～2011.9.15措施：為了提高目前的碴土改良施工工藝，項目部邀請了日本奧村、TAC公司的專家進行現場試驗，并確定以下碴土改良方案。圖9-8現場進行碴土改良實驗1、選用材料及注入方式根據日本奧村、TAC公司專家的意見，本段掘進渣土改良采用膨潤土溶液+泡沫溶液的方式。將刀盤最外側的兩個管路（KF2、KF5）注入泡沫溶液，其余管路（選4路管路）注入膨潤土溶液，膨潤土溶液的注入率為20％，泡沫溶液的注入率為20％。2、改良材料組成①泡沫組成：90～95%壓縮空氣和5～10%泡沫溶液；泡沫溶液的組成為泡沫添加劑2～3%、水97～98%。本工程所用泡沫劑粘度不低于0.1Pa·s。②膨潤土溶液采用TAC公司特制的膨潤土溶液，膨潤土為優(yōu)質的鈉基膨潤土，泥漿坍落度控制在20cm以內。

圖9-9刀盤渣土改良管路分布圖對策效果檢查：通過上述改良措施，能夠使渣土達到很好的流塑性、止水性，改良效果如下圖所示：圖9-10碴土改良照片十、效果檢驗1、目標效果在活動期間，小組各成員堅守自己的崗位，認真負責地完成了自己的工作，大家團結一致，共同努力，活動取得了良好的效果。對策實施后在2011年10月1日至10月20日期間（20天時間）3#盾構機共掘進了130環(huán)（159~288環(huán)），日均掘進9.75m，超過了QC小組預定9m/d的目標值。圖10-1效果驗證圖制圖人：日期：2011年10月23日2、經濟效益(1)活動投入：盾構機改造費用：120萬元邀請專家費用：30萬元其他材料攤銷：170萬元(2)活動收益：避免延期罰款：167天×1萬元/天=167萬元節(jié)省員工工資：167天×115人×10