【QC】盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法

中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法小组名称：盾构队

QC小组课题类型：创新型发

布

人：刘会强实施单位：中铁七局集团第五工程有限公司申报时间：2018年

7月

11日ClicktoeditMastertitlestyleClicktoeditMastersubtitlestyle中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法中铁七局五公司盾构队

QC小组一、工程概况哈尔滨市轨道交通

1

号线三期工程镜泊路站～渤海路站～新疆大街站区间、郑州轨道5

号线土建

08

标经开第八大街站～经开第三大街站区间共有

3台盾构机在施工，均为土压平衡盾构机，盾尾长度均为

3890mm，管片拼装机轴向移动油缸最大行程均为

2000mm，两标段共计

6

次盾构机接收施工。见图

1、图

2。2次接收2次接收镜泊路站～渤海路站～新疆大街站区间示意图2次接收经开第八大街站～经开第三大街站区间示意图图

1两标段盾构机接收位置示意图图

2盾构机主机结构图1中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书二、小组简介小组简介表

1部门盾构分公司小组名称盾构队

QC小组注册编号

QJWGSQC-2017-92017年

1月

10日～2017年

5月

2日成立时间

2014年

12月

1日

课题类型小组人数

10人

TQM教育课时

48h创新型活动时间年龄30序号1姓名性别男女男男男男男男男男职称助工组内职务组长具体分工组织策划刘会强周燕萍韩延波毛付立赵勇251高工副组长副组长组员方案审核337工程师工程师助工策划监控433现场协调527组员现场技术6谢丽辉牟强28工程师助工组员物资设备730组员盾构司机8于东奇张东升张世召31工程师工程师工程师组员盾构司机930组员现场作业人员现场作业人员1029组员1、盾构机到达接收期间每天晚上组织召开

QC小组会议，小组成员不得缺席；2、每项活动的实施不得少于

2名组员。活动情况制表人：赵勇制表时间：2017年

1月

20日三、选择课题根据总体工程筹划，哈尔滨市轨道交通

1

号线三期工程镜泊路站～渤海路站区间右线盾构机贯通后，转场至左线进行施工，左线盾构机下井节点日期为

2017年

3月

15日，而右线盾构机于

2017年

3月

10日贯通，仅有

5天的拆机、转场时间，但是以往施工中拆机、转场最短时间需要

7天时间，节点工期无法实现。通过对盾构机拆机、转场整个施工过程讨论分析，发现只有盾尾与成型管片分离的时间可以缩短，其他工序的时间已经无法缩短，经计算，只有将盾尾与成型管片分离时间控制在

4

小时以内，才能实现左线盾构机下井的节点工期。以往盾构接收时采用拼装两块临时管片的方法将盾构机与成型管片进行分离，但由于分离后管片拼装机抓举板达不到临时管片吊装头位置，导致临时管片无法用管片拼装机进行拆除（见图

3），只能依靠人工进行临时管片的拆除及外运，工作量大，过程繁琐，工作效率低，经统计采用传统方法分离时工作时间共计

48小时（见表

2）。采用传统方法分离时各工序工作时间统计表表

2工作内容

运送临时管片

吊运、拼装平均耗时

2小时

2小时推进人工拆除管片

管片外运存放36.4小时

6小时合计1.6小时48小时制表人：刘会强制表时间：2017年

1月

20日2中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书拼装两块临时管片将盾体与管片分离抓举板不能到达吊装头位置图

3

分离后管片拼装机与临时管片吊装头关系示意图安全高效的新方法？图

4盾尾与成型管片分离示意图3中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书经讨论，小组成员提出构想：能否研发一种新方法，有效利用管片拼装机进行施工，进而实现操作简单，安全高效？小组成员在国家科技图书文献中心、国家科技成果网、维普资讯、万方数据、中国学术期刊网、中国知网中查找类似文献，共检索到

4

篇类似文献（见表

3）：其中，“盾构机推进油缸撑靴头安装使用的改向架”可以借鉴，使本小组萌发了创新思路，该改向架分别采用螺栓与推进油缸撑靴头、管片拼装机抓举板进行连接，利用管片拼装机旋转进行推进油缸撑靴头的安装工作（见图

5）。文献检索和查新汇总表表

3序号文献启发点1复杂环境下盾构始发与接收综合施工技术［中建市政建设有限公司］.2010234矿山法隧道内盾构接收施工方法（专利号：CN104500082A）盾构机推进油缸撑靴头安装使用的改向架管片吊装孔抗拉拔动态试验方法及试验装置（专利号：CN105043847A）利用管片拼装机施工制表人：牟强制表时间：2017年

1月

23日推进油缸撑靴头改向架管片拼装机抓举板图

5盾构机推进油缸撑靴头安装使用的改向架小组成员受文献

3中改向架与管片拼装机抓举板连接方式的启发，采用传力装置代替临时管片，通过类似的连接件将传力装置与管片拼装机进行连接，从而实现传力装置的安装、拆除，达到盾尾与成型管片的分离的目的。由此，小组最终将活动课题确定为：研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法。四、设定目标及目标可行性分析1、确定目标：设计并制作一套传力装置代替传统方法中的临时管片，在盾尾与成型管片分离过程中实现机械化作业，提高施工效率。4中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书2、确定目标值：将盾尾与成型管片分离有效作业时间由

48小时缩短为

4小时。3、目标可行性分析：（1）将借鉴改向架相关的数据与设定的目标值进行对比分析根据资料查询结果，采用管片拼装机、改向架进行推进油缸撑靴头安装时，每

8

分钟可安装

1组，小组成员结合自身能力分析，如由现场现有施工人员采用管片拼装机、改向架进行推进油缸撑靴头安装，每

10分钟可安装

1组。若根据其改向架的原理设计并制作一套传力装置代替传统方法中的临时管片，分离过程中采用管片拼装机进行传力装置的安装及拆除，类似于推进油缸撑靴头安装过程，可将安装及拆除时间分别控制在

40min内。根据安装推进油缸撑靴头类似施工经验，传力装置加工和运送可提前完成，不占用总工时。经理论计算，当采用新方法分离时有效作业时间为

3.5h（见表

4），目标能够实现。分离时各工序理论有效作业时间计算表表

4工作内容

制作传力装置

运送洞内

吊运安装

同步推进拆除外运存放合计平均耗时0小时0小时0.7小时1.6小时

0.7小时

0.5小时

3.5小时制表人：刘会强制表时间：2017年

1月

24日（2）分析小组拥有的资源、具备的能力与课题的难易程度本课题受公司领导高度重视，资金、材料、设备有保障。小组成员来自盾构施工技术、盾构司机等多个岗位，盾构施工经验丰富，动手能力强，曾获得多项盾构方面成果奖励，从人员能力上能满足创新课题要求。见图

6。图

6

本小组参与获得的成果证书综上所述：目标可以实现。5中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书五、提出方案并确定最佳方案（一）提出方案通过借鉴“盾构机推进油缸撑靴头安装使用的改向架”的创新思路，小组提出了新方法的整体方案---设计并制作一套传力装置代替传统方法中的临时管片，进行盾尾与成型管片分离施工。按研发的工序流程主要由

4

个技术难点：①设计并制作传力装置，使其能利用管片拼装机进行施工；②安装传力装置，难点是安装位置的选择，使其在推进时传力装置受力均衡；③盾构机推进，重点是选择盾构机推进模式，使其推进保持同步；④拆除传力装置，使其拆除顺序便于操作。小组首先围绕技术难点确定了研发框架（见图

7），并通过方案比选确定最终研发方案。螺栓连接+H

型钢长螺栓+垫设计并制作传力装置管片吊装头+H型钢短螺栓研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法7#、8#、9#油缸位置6#、8#、10#油缸位置安装传力装置盾构机推进推进模式下推进拼装模式下推进先中间后两侧先两侧后中间拆除传力装置图

7

研发方案框架（二）方案比选1、一级方案选择①设计并制作传力装置2017年

2月

5日，通过借鉴推进油缸撑靴头安装的施工经验，小组成员针对传力装置与管片拼装机抓举板的连接方式分别进行现场试验，小组成员赵勇、牟强进行现场操作，于东奇负责数据记录。经现场试验结果对比分析，小组选用“管片吊装头+H型钢”。试验结果记录表连接次数表

5试验编号SYZZ-1比选方案安装完成时间68min拆除完成时间56min螺栓连接+H型钢管片吊装头+H型钢16套螺栓安拆

3遍拼装机直接抓取

3次SYZZ-235min31min制表人：于东奇制表时间：2017年

2月

5日6中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书装置材料和结构大样确定后，小组成员采用现场调研与

CAD模拟相结合的方法进行全过程模拟分析，特别是针对传力装置加工尺寸模拟、安装模拟、分离后模拟及拆除模拟，见图

8、图

9、图10、图

11。图

8

传力装置加工尺寸

CAD模拟图图

9

传力装置安装后剖面

CAD模拟图图

10

盾尾刷脱离管片时

CAD模拟图图

11盾尾与管片分离完成后的状态

CAD模拟图通过全过程

CAD模拟分析，利用“管片吊装头＋H型钢”制作的传力装置理论上能够满足施工要求。小组成员又按照模拟图纸尺寸制作加工一套传力装置，用于现场拼装试验（见图

12），经现场试验管片拼装机能对传力装置进行安装、拆除工作，操作简单方便。因此，采用“管片吊装头＋H型钢”方案可行。7中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书管片吊机吊运现场试验管片拼装机抓举、拼装、拆除现场试验图

12

传力装置现场试验影像资料②安装传力装置2017年

2月

6日，小组成员针对“7#、8#、9#油缸位置”和“6#、8#、10#油缸位置”两种比选方案分别进行现场试验，小组成员张世召、毛付立进行现场操作，谢丽辉负责数据记录。经现场试验结果对比分析，选用在“6#、8#、10#油缸位置”进行安装。试验结果记录表表

6试验编号SYZZ-3传力装置安装位置7#、8#、9#油缸位置6#、8#、10#油缸位置推力平均推进速度

管片破损情况应力分布集中，400t应力分布均匀，350t15mm/min20mm/min较多少SYZZ-4制表人：谢丽辉制表时间：2017年

2月

6日8中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书③盾构机推进由于刀盘与推进模式互锁，针对在刀盘不转情况下推进模式无法启动的难题，2017年

2月

6日～8日期间小组积极咨询我局及盾构制造商的盾构专家，为提高施工安全性，专家推荐采用拼装模式进行推进，即在不更改盾构机核心参数设置的情况下完成盾构机的推进前移工作，小组成员结合专家建议分析后确定采用拼装模式推进。比选方案结果记录表表

7序号比选方案操作难易程度操作难易程度难安全性邀请生产厂家专业人员更改核心参数，专业人士在主控室操作。现场人员在中盾操作面板即可操作，三根油缸同步推进。易损坏设备核心部件1推进模式下推进2拼装模式下推进易较安全制表人：谢丽辉制表时间：2017年

2月

8日推进模式下推进拼装模式下推进图

13在不同推进模式下的操作位置、方式测试④拆除传力装置小组以传力构件拆除的难易程度为第一关注点，

2017年

2月

10日，针对“先两侧后中间”和“先中间后两侧”两种比选方案分别进行现场试验，小组成员张东升、赵勇进行现场操作，牟强负责数据记录。经现场试验选用“先中间后两侧”拆除顺序。试验结果记录表表

8试验编号SYZZ-5比选方案拆除时效果拆除完成时间先两侧后中间先中间后两侧操作空间小，视线不好，不易区分是否锁紧能在盾尾内操作、视线好，方便操作45min32minSYZZ-6制表人：牟强制表时间：2017年

2月

10日9中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书至此，一级方案全部确定（见图

14）设计并制作传力装置管片吊装头+H型钢研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法安装传力装置盾构机推进6#、8#、10#油缸位置拼装模式下推进先中间后两侧拆除传力装置图

14一级方案确定后方案系统图2、二级方案选择由于传力装置两端钢板仅有

20mm

厚，经试验传力装置与管片连接时每个螺杆上需要增加至

22个钢垫圈方能进行螺栓紧固，现场不易操作。小组查阅图纸时发现联络通道处钢管片与混凝土管片连接的弧形短螺栓（见图

16），经现场试验结果对比分析，该短螺栓的尺寸与弧度满足施工要求，安拆操作简单，因此，采用弧形短螺栓作为传力装置与管片之间的连接件。长螺栓短螺栓图

15弧形螺栓现场测试影像资料图

16弧形短螺栓加工图试验结果记录表表

9试验编号比选方案直径（mm）

弧长（mm）使用方法每套安拆时间弧长

461.5，沿

R350M27M27SYZZ-7SYZZ-8长螺栓＋垫1根螺杆＋22个垫片=1套1根螺杆＋2个垫片=1套8min3min弧长

263，沿R350短螺栓制表人：牟强制表时间：2017年

2月

11日10中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书通过上述两级方案比选，新方法的最佳方案全部确定（见图

17）。设计并制作传力装置管片吊装头+H型钢短螺栓研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法6#、8#、10#油缸位置拼装模式下推进先中间后两侧安装传力装置盾构机推进拆除传力装置图

17

确定后方案系统图六、制定对策QC

小组依据5W1H的原则，制定对策表见表

10：对策表表

10序号对策目标措施地点完成时间负责人1.根据

CAD模拟尺寸绘制出传力装置加加工误差

工图设计并制作传力装置2017.3.5～刘会强赵勇施工1≤10mm。

2.根据传力装置加工图进行下料加工。

现场3.对加工完成后的构件进行检查验收。2017.3.6周燕萍1.开启拼装模式，将盾体的正下方（8#安装时间

油缸位置）的传力构件安装到位。安装传力装置施工现场牟强23≤0.7小2.采用同样的方法，依次将两侧（6#、10#油缸位置）的传力构件安装到位。3.将管片拼装机复位。2017.3.12于东奇时1.采用拼装模式推进。推进时间2.操作对应的推进油缸进行同步推进。3.当盾体推进至第三道盾尾密封刷脱离洞门防水装置时，将防水装置拉紧。4.盾体推进到位，停止推进。谢丽辉盾构机

≤1.6小施工现场2017.3.12

毛付立推进时，洞门不漏浆张世召拆除时间

1.用管片拼装机将传力构件依次拆除，≤0.7小

将其摆放至喂片机上。时，外运

2.用管片吊机将传力构件依次吊至管片拆除传力装置施工现场张东升452017.3.122017.3.2赵勇时间≤车上运至地面存放。0.5小时3.分离工作完成。课件培训试卷考核1.形成培训课件对组员进行培训。2.将施工重点及注意事项形成试卷。3.考核技术、盾构司机等关键岗位人员。项目会议室考试通过刘会强韩延波率

100％制表人：赵勇制表时间：2017年

2月

11日11中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书七、对策实施实施一：设计并制作传力装置1、2017年

3月

5日～6日，我小组成员赵勇、周燕萍根据

CAD模拟尺寸绘制传力装置加工图，并进行下料加工，刘会强对加工完成后的构件进行检查验收，见图

18、图

19、表

11。图

18

下料加工图

19

检查验收传力装置验收表表

11项目长度（mm）1901管片吊装头偏差(mm)连接孔偏差(mm)验收结果传力构件1传力构件2531314合格合格合格1903传力构件31898制表人：刘会强制表时间：2017年

3月

6日效果检查：经检查验收，传力装置最大误差

5mm，验收合格，分目标实现。实施二：安装传力装置1、2017年

3月

12日

8:40～8:50期间，小组成员牟强、于东奇在盾构机掘进完成后开启拼装模式，首先将盾体正下方（8#油缸位置）的推进油缸收回，然后通过管片拼装机将一个传力构件摆放到位，用弧形短螺栓将该传力构件一端钢板与成型管片连接，最后将盾体正下方（8#油缸位置）的推进油缸伸出顶紧该传力构件另一端钢板，将弧形短螺栓紧固，盾体正下方的传力构件安装完成。如图

20

所示。12中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书图

20正下方传力构件安装2、2017年

3月

12日

8:50～9:16期间，采用同样的方法，依次将盾体正下方偏左

45°（10#油缸位置）和正下方偏右

45°（6#油缸位置）位置处的推进油缸收回，安装第二个传力构件和第三个传力构件，安装完成后将所述管片拼装机复位，如图

21、图

22

所示。安装正下方偏左

45°传力构件安装正下方偏右

45°传力构件图

21正下方两侧传力构件安装图

22传力装置安装完成13中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书效果检查：用时

0.6小时，传力装置安装符合要求，分目标实现。实施三：盾构机推进1、2017年

3月

12日

9:20～10:50期间，在盾构机拼装模式下，小组成员谢丽辉在主控室负责盯控推进参数，组员毛付立负责操作盾体正下方的推进油缸（8#油缸）和正下方偏左

45°推进油缸（10#油缸）以及正下方偏右

45°推进油缸（6#油缸）进行同步推进，盾体的其余推进油缸严禁开启，并在推进过程中盯控传力装置情况。见图

23。分离时掘进参数监控屏幕推进油缸操作面板图

23推进控制系统2、2017年

3月

12日

9:20～10:50期间，小组成员张世召负责盯控洞门情况，当盾体推进至第三道盾尾密封刷脱离洞门防水装置时，停止同步注浆，并及时采用

5T链条葫芦拉紧洞门防水装置，避免洞门涌泥、流水现象发生；当盾体推进至第三道盾尾密封刷完全脱离接收环管片时，盾体推进到位，停止推进，分离工作完成，见图

24。图

24第三道盾尾密封刷脱离接收环管片效果检查：用时

1.5小时，盾构推进顺利，第三道盾尾刷脱离接收环管片，分目标实现。14中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书实施四：拆除传力装置2017年

3月

12日

10:50～11:50期间，小组成员张东升、赵勇带领拼装班组开始拆除传力装置，首先用管片拼装机将盾体的正下方的传力构件抓紧，然后拆除盾体的正下方传力构件上的弧形短螺栓，收回盾体的正下方推进油缸（8#油缸），将传力构件拆除摆放至喂片机上，采用同样的方法，依次拆除第二个和第三个传力构件摆放至喂片机上，最后通过管片吊机将三个传力构件吊至管片运输车上运至地面存放，分离工作完成。如图

25、图

26

所示。图

25用管片拼装机拆除传力装置图

26用管片吊机和管片车将传力装置运至地面15中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书效果检查：用时

0.5小时，采用管片拼装机将传力装置拆除完成，另外用时

0.5小时将传力装置运至地面存放，到达了预期目标，目标实现。实施五：课件培训试卷考核2017年

3月

2日小组成员刘会强、韩延波制作培训课件对组员进行培训，并将施工重点及注意事项形成试题，考核施工技术、盾构司机等

9名关键岗位人员，见表

12、图

27。制表人：赵勇制表时间：2017年

3月

2日图

27培训考核影像资料效果检查：经考核，9名施工技术、盾构司机等关键岗位人员全部通过，分目标实现。验证对策实施结果在安全、质量等方面的负面影响：在对策实施过程中，由于应力集中原因，在传力装置与管片接触面位置出现管片边角保护层局部破损的现象，经咨询监理、设计单位确认该局部保护层破损不需要进行修复，可在洞门圈梁施工时一起进行浇筑，不影响隧道安全、质量及外观，对活动目标的实现无影响。八、效果检查1、目标检查按照对策控制实施后，盾尾与成型管片分离的整个过程共计用时

3.1

小时

(见表

13)，有效作业时间小于

4小时，在盾尾与成型管片分离过程中实现了机械化作业，安全可靠，提高了施工效率，活动目标实现。采用新方法分离时各工序工作时间汇总表表

13外运存放合计工作内容

制作传力装置

运送准备

吊运安装

同步推进拆除0.5小时

3.1小时平均耗时0小时0小时0.6小时1.5小时0.5小时制表人：刘会强制表时间：2017年

3月

15日16中铁七局集团第五工程有限公司盾构队

QC小组成果报告书2、社会效益通过相关措施的成功实施，盾尾与成型管片分离过程中实现机械化作业，有效的加快了施工进度，受到了业主、监理及相关单位的一致好评，同时该方法在郑州地铁成功推广实施，缩短了盾尾与成型管片分离的有效作业时间，大大提高了中铁七局在社会上的影响力，为公司以后开拓盾构市场起到了举足轻重的作用，树立了我单位的良好形象，见图

28。图28业主、监理单位出具的工程应用证明3、经济效益通过本次

QC活动，每次盾构机接收时采用该方法可缩短

2天工期，盾构机、45T龙门吊、铲车等设备租赁费用和人工费按每缩短一天工期节省

2.3

万元费用计，合计节约

4.6万元。哈尔滨市轨道交通

1号线三期工程镜泊路站～渤海路站～新疆大街站区间、郑州轨道

5号线土建

08标经开第八大街站～经开第三大街站区间共进行

6次盾构机接收，因此该方法相比传统方法，节约成本

27.6万元，实现了安全、质量、工期等各项目标，