QC成果双线铁路隧道仰拱快速施工设备的研制

双线铁路隧道仰拱

快速施工设备的研制中铁二局二公司贵广项目部QC小组发布人：张勇2012年5月

目录1概述小组概况23456对策与实施效果检查789选择课题设定目标提出并确定最佳方案巩固措施总结一、概述仰拱设计图（单位：cm）隧道掌子面开挖隧道衬砌二衬与掌子面的距离仰拱到掌子面的距离

隧道施工主要分为洞身开挖和二次衬砌等工序。为了防止隧道开挖后发生坍方等安全事故，确保铁路隧道施工安全，铁道部对隧道施工工序二衬中仰拱与掌子面的最大距离作了强制性规定，在施工过程中不得违反。二、选择课题（一）、问题的提出在当前隧道施工中，受仰拱填充混凝土施工循环时间长的影响，仰拱施工进度难以在铁道部规定的安全距离内满足与隧道掌子面的掘进速度一致的要求。同时，铁道部在贵广铁路长大隧道施工中设立了隧道机械化配套快速施工科研课题，目前没有理想的仰拱施工的配套设备。（二）、目前隧道仰拱施工现状仰拱施工现状分析表

比对项目方案仰拱施工每月平均进度施工进度评价工程质量施工成本安装拆模速度仰拱台车120延米无法满足快速施工的要求。采用单车道，混凝土浇筑时，洞内交通受阻好一次性投入较大连续施工快；但若两个作业面跳段施工，比较麻烦，不灵活小模板90延米无法满足快速施工的要求。差一次性投入小，但加固钢筋用量大，总体使用成本高不受作业面的影响，比较灵活；安装加固时间长对以上两种不同的仰拱模板方案的分析后不难看出，每天的最大进度只有4延米，最大月进度为120延米。而在贵广铁路施工中，机械化配套快速施工方案月进度180延米，要满足6延米/天的进度的要求，才能保证在安全步距内快速施工，不影响隧道二次衬砌等后续工序的开展。仰拱施工的进度问题成为了在安全步距内实施隧道快速施工方案的瓶颈。（三）课题选定随着我国建设事业的不断发展，对工程质量的要求不断的提高，铁道部推行“标准化建设”是又好又快推进大规模高铁建设的重要保障。我们承建的油竹山隧道全长9896m，为Ⅰ级高风险隧道，一方面是贵广铁路的重点工程，铁道部机械化配套快速施工科研课题的实验点，我们必须解决仰拱施的进度问题。另一方面，隧道仰拱施工进度慢，制约隧道总体施工进度问题十分突出。研制仰拱快速施工设备，已成为业界的迫切需求。所以，本小组选定研制仰拱快速施工设备为小组攻关方向。1、小组简介表小组名称：中铁二局二公司贵广项目部QC小组成立时间：2010年3月课题名称：双线铁路隧道仰拱快速施工设备的研制活动时间：2010.8～2011.04第二次注册编号：二11-贵01类型：创新型活动次数：12次出勤率：98%人均接受TQC教育：48小时平均年龄：31岁

小组业绩：在2010年成功完成“隧道水沟电缆槽移动模架的研制”QC课题，成果荣获国家级一等奖。三、小组概况2、小组成员表序号姓名性别学历职称/职务组内分工1张勇男本科工程师整体策划、组织实施、成果整理2胡守斌男本科工程师监督检查3周守银男大专助工技术指导、检查4龚家莹男本科助工课题实施5张金柱男大专助工技术指导、课题实施6邓跃男本科助工课题实施7王中柱男大专助工课题实施8王磊男大专助工课题实施9易勇男大专助工课题实施3、小小组组活活动动计计划划表表四、、设设定定目目标标因油油竹竹山山隧隧道道最最大大月月进进度度为为180成延延米米，，所所以以我我们们设设立立以以下下目目标标：：1、课课题题目目标标：：研研制制仰仰拱拱快快速速施施工工设设备备。。2、目目标标值值：：实实现现在在安安全全步步距距内内仰仰拱拱施施工工进进度度与与隧隧道道掘掘进进速速度度一一致的的目目标标，，月月完完成成仰仰供供200～220延米米。。月完完成成200～220延米米！！五、、提提出出方方案案并并确确定定最最佳佳方方案案（一一））方方案案的的提提出出QC小组组反反复复进进行行了了现现场场调调查查，，收收集集了了资资料料，，经经分分析析讨讨论论后后确确定定，，要要实实现现隧隧道道仰仰拱拱快快速速施施工工，，需需解解决决三三个个问问题题，，即即：：A:仰拱拱模模板板的的安安装装固固定定和和拆拆除除快快速速；；B:仰拱拱填填充充混混凝凝土土浇浇筑筑快快速速；；C:能与与现现有有设设备备配配套套使使用用。。作为为混混凝凝土土施施工工模模具具，，一一方方面面必必须须要要考考试试虑虑用用什什么么样样的的模模板板、、如如何何固固定定和和拆拆除除模模板板；；另另一一方方面面因因为为仰仰拱拱位位于于隧隧道道底底部部，，它它的的施施工工势势必必影影响响洞洞内内交交通通，，所所以以必必须须用用栈栈桥桥来来保保持持交交通通。。小小组组运运用用“头脑脑风风暴暴法法”，集集思思广广益益，，按按照照快快速速施施工工的的思思路路，，从从模模板板、、模模板板定定位位系系统统、、栈栈桥桥等等方方面面着着手手，，分分别别提提出出了了3个方方案案，，整整理理成成树树图图如如下下：：研制制仰仰拱拱快快速速施施工工设设备备研制制模模板板研制制定定位位系系统统研制制栈栈桥桥整体体式式模模板板折叠叠式式模模板板轨道道式式模模板板配重重式式地锚锚式式顶撑撑式式贝雷雷梁梁栈栈桥桥分离离式式短短栈栈桥桥分离离式式长长栈栈桥桥（二二））各各种种方方案案的的试试验验、、分分析析、、评评价价1、研研制制模模板板并并试试验验、、分分析析和和评评价价⑴整整体体式式模模板板⑵折折叠叠式式模模板板⑶轨轨道道式式模模板板模板轨道式整体式折叠式⑴整体体式式模模板板整体体式式模模板板试试验验、、分分析析、、评评价价表表试验测算特点分析示图制作整体式模板试验：整体式模板分为左右两幅，长8m，宽3m。优点：1、制作及安装（拆卸）较方便、快捷；2、仰拱施工质量好；3、对模板工人技能要求低成本计算：每套约4t，制造成本约3.2万元。缺点：1、需要吊装设备配合安装和拆除，易受到设备不足的限制。2、拆除后存放场地面积较大。评价：在施工进度和质量方面有较大的提高，使用较方便。基本满足快速施工的要求。试验时间2010年（10.05～10.15）试验地点油竹山隧道出口责任人张勇、王中柱、龚家莹⑵折叠叠式式模模板板折叠叠式式模模板板试试验验、、分分析析、、评评价价表表试验测算特点分析示图折叠式模板试验：折叠式模板分为左右两幅，每幅由3块模板铰拼而成，长8m，宽1.1m、1.2m、0.7m。优点：1、制作及安装（拆卸）非常方便、快捷；2、仰拱施工质量好；3、对模板工人技能要求低

成本计算：每套约3.5t，制造成本约2.8万元。缺点：1、模板折叠处有轻为漏浆。评价：在施工进度和质量方面有较大的提高，使用非常方便。完全满足快速施工的要求。试验时间2010年（10.05～10.15）试验地点油竹山隧道进口责任人张金柱、邓跃、周守银⑶轨道道式式模模板板试验测算特点分析示图轨道式模板试验：轨道式模板分为左右两幅，每幅由3块模板，长8m，宽1.1m、1.2m、0.7m组成，通过在模板两端安设模板轨道，达到便于安装、折除模板。优点：1、制作及安装（拆卸）较方便、快捷；2、仰拱施工质量好；3、对模板工人技能要求低。成本计算：每套约3.5t，制造成本约2.8万元。缺点：1、轨道处易被混凝土堵塞。评价：在施工进度和质量方面有较大的提高，使用较为方便。基本满足快速施工的要求。试验时间2010年（10.16～10.25）试验地点油竹山隧道进口责任人王磊、易勇、胡守斌轨道⑴配重重式式模模板板定定位位系系统统⑵地锚锚式式模模板板定定位位系系统统⑶顶撑撑式式模模板板定定位位系系统统定位位系系统统2、研研制制定定位位系系统统的的试试验验分分析析⑴配重重式式模模板板定定位位系系统统配重重式式模模板板试试验验、、分分析析、、评评价价表表试验测算特点分析示图制作:配重式模板定位系统试验：配重式定位系通过在模板上加配重的方式来固定模板优点：1、快速，固定可靠。2、对工人技能要求低。成本计算：每套配重约6t，制造成本约3万元。缺点：1、需要吊装设备配合安装和拆除，易受到设备不足的限制总体评价：使用较方便、可靠。基本满足快速施工的要求。试验时间2010年（10.16～10.26）试验地点油竹山隧道出口责任人张勇、王中柱、龚家莹⑵地锚锚式式模模板板定定位位系系统统地锚锚式式定定位位系系统统试试验验、、分分析析、、评评价价表表试验测算特点分析示图制作地锚式模板定位系统试验：主要通过在模板两端的围岩置入锚杆，再把锚杆与模板连接，固定模板。优点：1、制作及安装（拆卸）较方便；2、定位效果好；3、对模板工人技能要求低。成本计算：每次需要施作锚杆12m，约450元。缺点：1、成本较高；2、锚杆的锚固质量对固定效果影响大。总体评价：能满足快速施工的要求。试验时间

2010年（10.15～10.26）

试验地点油竹山隧道进口责任人张金柱、邓跃、周守银⑶顶撑撑式式模模板板定定位位系系统统试验测算特点分析示图顶撑式模板定位系统试验：利用仰拱施工两幅模板受力方向基本相反的特点，制作型钢桁架顶撑让两边的模板对撑，通过反力来固定模板。优点：1、安装（拆卸）较方便、快捷；2、固定效果好；3、对模板工人技能要求低。成本计算：每套约2.5t，制造成本约2.0万元。缺点：1、制作复杂；2、一次性投入成本较高。总体评价：使用方便，满足快速施工的要求。试验时间2010年（10.27～11.05）试验地点油竹山隧道进口责任人王磊、易勇、胡守斌顶撑撑式式定定位位系系统统试试验验、、分分析析、、评评价价表表⑴贝雷雷梁梁栈栈桥桥⑵12m分离离短短栈栈桥桥⑶20m分离离式式栈栈桥桥贝雷梁栈桥12m短栈桥20m分离式长栈桥3、对对栈栈桥桥的的方方案案进进行行试试验验⑴贝雷雷梁梁栈栈桥桥试验测算特点分析示图购置贝雷梁栈桥试验：长20m，宽6.1m优点：1、长度大，可以提供2个作业区流水作业；2、安全性高。成本：购置费18.5万元。缺点：1、重量22t，移动困难。2、单车道，混凝土施工时，洞内出碴交通受干挠大。总体评价：使用不方便。基本满足快速施工的要求。试验时间2010年（10.27～11.05）试验地点油竹山隧道出口责任人龚家莹、王中柱、张勇贝雷雷梁梁栈栈桥桥试试验验、、分分析析、、评评价价表表⑵12m分离离栈栈桥桥试验测算特点分析示图制作12m分离栈桥试验：每幅栈桥由2片梁组成，每片梁由5条12长的Ⅰ32c型工字钢制作而成。优点：1、制作及使用方便；2、能使用双车道，使交通畅通；成本计算：双车道约12.5万元。缺点：1、只能提供8m长的仰拱作业面。总体评价：不能满足快速施工的要求试验时间2010年（10.27～11.05）试验地点油竹山隧道进口责任人张金柱、邓跃、周守银12m分离离栈栈桥桥试试验验、、分分析析、、评评价价表表⑶20m分离离式式栈栈桥桥20m分离离栈栈桥桥试试验验、、分分析析、、评评价价表表试验测算特点分析示图制作20m分离式栈桥试验：每片梁采用双层工字钢焊接而成，上层采用Ⅰ20a型，下层采用Ⅰ36c型。优点：1、能提供14m左右的仰拱作业面。2、移动较为方便；3、满足洞内交通要求。成本计算：双车道约40t，制造成本约32万元。缺点：1、制作复杂；2、一次性投入成本较高。总体评价：使用方便，满足快速施工的要求。试验时间2010年（11.06～11.15）试验地点油竹山隧道进口责任人王磊、易勇、胡守斌通过过对对模模板板、、定定位位系系统统、、栈栈桥桥等等各各方方案案的的现现场场试试验验，，我我们们从从安安装装、、拆拆除除时时间间、、施施工工质质量量、、成成本本、、安安全全等等方方面面采采集集资资料料，，以以仰仰拱拱快快速速施施工工为为核核心心确确定定最最佳佳方方案案。。（三三））确确定定最最佳佳方方案案仰拱快速施工设备安装拆除施工成本施工质量施工安全1、仰仰拱拱模模板板

评价项目模板平均安装时间（小时）平均拆除时间（小时）施工质量制作成本（万元）施工人数（个）整体式模板2.51满足规范要求3.24轨道式模板1.51满足规范要求2.94折叠式模板10.5满足规范要求2.82通过过试试验验数数据据比比较较后后得得出出，，折叠叠式式模模板板方案案最优优。。2、定定位位系系统统评价项目系统类型平均安装时间（小时）平均拆除时间（小时）施工质量制作成本施工人数（个）配重式10.5满足规范要求3万元，需要设备配合2地锚式1.50.5满足规范要求每次0.045万元4顶撑式0.50.5满足规范要求2万元1通过过试试验验数数据据比比较较后后得得出出，，顶撑撑式式定定位位系系统统方案案最最优优。。3、研研制制栈栈桥桥的的试试验验分分析析通过过试试验验数数据据比比较较后后得得出出，，20m分离离式式栈栈桥桥方案案最优优。。评价项目栈桥类型平均安装时间（小时）平均拆除时间（小时）快速施工情况制作成本（万元）施工人数（个）贝雷梁21可两供作业区流水作业，但交通不能完全满足施工求20412m分离式栈桥10.5无法流水作业，单工序施工10220m分离式栈桥10.5可两供作业区流水作业，交通完全满足施工求322经过过对对对对模模板板、、定定位位系系统统和和栈栈桥桥多多种种研研制制方方案案进进行行试试验验、、分分析析和和比比较较，，最最终终本本小小组组确确定定出出最最佳佳方方案案：：模模板板方方案案采采用用折叠叠式式、定定位位系系统统方方案案采采用用顶撑撑式式、栈栈桥桥采采用用20m分离离式式双双车车道道栈栈桥桥，其其余余方方案案不不采采用用。。六、、对对策策与与实实施施方案对策目标措施地点负责人完成日期折叠式模板方案把模板分为左右两幅，每幅由3块铰拼而成

仰拱曲率符合要求、大面平整、接缝严密；1、根据仰拱设计尺寸进行设计模板的形状；2、尽量使用大块整体钢膜，按照6m长定型模板，减少板缝过多或拼装模板错台的机率；3、寻找有专业生产资质的模板厂家定做模板，方案和验算结果由我方审核后实施。送设备物资部王磊、易勇、胡守斌2011.1.15桁架式顶撑方案根据栈桥下仰供断面的形状，设计桁架把两边的仰拱模边顶撑固定1、仰拱顶面标高控制偏差15mm，结构尺寸符合要求；2、安装模板间3h内可完成，拆卸1h内可完成；3、能够在绞车的作用下与模板系统一起移动至下一作业区1、根据仰拱的尺寸和模板结构进行设计；2、根据受力计算采用恰当型号的型钢加工；3、加强构件加工过程的尺寸控制，使构件成品符合设计要求；油竹山隧道进口焊接车间张金柱、邓跃、周守银2011.1.15分离式双车道栈桥方案每幅栈桥由2片梁组成，长20m，重量控制在每片梁10t

以内1、满足洞内交通和仰拱各工序的施工的功能；满足提供应14m仰拱作业面的要求。2、载重整个模架和定位系统移动到下一作业区；3、栈桥每片重量小于12t，便于移动。1、根据洞内最重车辆双桥出碴车60t通行，栈桥设计20m长；2、在栈桥上设小型简易吊车，以栈桥为导梁，吊起模板和定位系统整体移动；3、根据交通车辆的特点，外请结构设计专家优化栈桥结构，验算，严格按照方案、设计尺寸制作。油竹山隧道出口焊接车间龚家莹、王中柱、张勇2011.1.152、按照对对策实施施根据设计计要求，，提出材材料计划划，对相相关配合合人员进进行技术术交底和和培训，，让课题题小组成成员充分分熟悉各各要点后后开始实实施对策策。实施一：：折叠式式模板A、按照折折叠式模模板方案案，采用用大块整整体钢膜膜，6m长定型模模，以减减少板缝缝过多或或拼装模模板错台台的机率率根据方方案绘制制模板方方案图交交物设部部；B、物设部部寻找有有专业生生产资质质的模板板厂家“金钢模板板厂”定做模板板，我方方工程部部审核厂厂家模板板细节设设计和验验算结果果。C、对已完完成加工工的模板板进行试试拼，验验收。实施结果果：折叠式模模板实现了方方案目标标。A、工程部部计算定定位系统统的主要要构件桁桁架的结结构受力力，选用用Ⅰ20b型工字钢钢后，交交中铁二二局二公公司工程程部复核核。B、物设部部按照材材料计划划采购材材料C、项目工工程部对对作业班班组交底底，作业业一队焊焊接车间间按照设设计图加加工。实施结果果：桁架架式顶撑撑实现了了方案目目标。⑵实施二：：定位系系统A、项目工工程部计计算栈桥桥的结构构受力，，选用对对应的材材料后，，交中铁铁二局二二公司工工程部复复核。B、物设部部按照材材料计划划采购材材料。C、项目工工程部对对作业班班组交底底，作业业一队焊焊接车间间按照设设计图加加工。实施结果果：栈桥桥实现了了方案目目标。⑶实施三：：20m分离式双双车道栈栈桥A、由QC小组联合合机械部部对仰拱拱施工班班组员进进行仰拱拱快速设设备操作作步骤进进行培训训，书面面交底，，现场演演示。B、由安全全总监对对作业人人员书面面交底安安全注意意事项。。C、仰拱快快速施工工设备开开始试运运行。⑷实施四：：组装仰仰拱快速速设备各各部分，，现场试运运行七、效果果检查（一）目目标值检检查从2011年1月15日到3月9日，经现现场试用仰仰拱快速速施工设设备，统统计相关关数据后后，汇总总如下：：隧道仰拱拱施工与与开挖进进度对照照表序号检查日期掌子面开挖进度仰拱进度仰拱平均每循环6延米时间（h）第1周2011-1-15～2011-1-21453726.2第2周2011-1-22～2011-1-28404322.9第3周2011-2-10～2011-2-16354320.5第4周2011-2-17～2011-2-23383719.7第5周2011-2-24～2011-3-2434319.1第6周2011-3-3～2011-3-9434319.3从以上仰仰拱快速速施工备备的试运运行期间间的数据据统计可可以看出出：A:能与开挖挖进度保保持一致致；B:当工人熟熟练运用用该设备备后，仰仰拱6延米施工工时间为为约19.3h照这样计计算，每每月可完完成223延米仰供供，满足足每月200～220延米的目目标。结论：完完全达到到了预期期的目标标（二）经经济效益益前期使用用的拼装装小模板板，每8延米需要要320kg以上的钢钢筋来加加固和支支撑，需需要10个专业木木工4小时以上上的工作作时间来来完成安安装工作作，快速速施工设设备仅需需5个人3小时完成成模板安安装。采采用快速速施工设设备，每延米直直接节约约成本约约210元。节省207万元经济效益益计算表表项目计算公式效益结果仰拱模板安装工时使用前10人×4h—使用后5人×3h

节约25工时人员劳动强度使用前模架相关材料需人工搬运，使用后用机械整体移动，速度更快

劳动强度明显降低每循环时间使用前58小时—活动后19小时

加快39小时节省模板加固用材料使用前每延米需要40kg锚固钢筋-使用后0kg

每延米节约钢筋40kg经济效益总计每延米工时节省：25工时×10元/工时÷6延米=41.6元/延米每延米材料节省费用：40×4.2=168元/延米每延米节省费用：41.6＋168=209.6元/延米本项目可节省费用：209.6×9896≈2074202元

节省费用约

207万元该隧道采采用仰拱拱快速施施工设备备后，经经现场检检验，施施工快捷捷，作业业面整洁洁、结构构美观，，在质量、进进度、成成本、文文明施工工等方面均均取得了了良好效效果，解解决了铁铁道部机械化配配套快速施工工课题中中仰拱施工工进度无法在安安全步距距内与掌掌子面进进度保持持一致的的关键性性问题。。1.仰拱快速速施工设设备在贵贵广铁路路油竹山山隧道的的使用引引起了业业界的广广泛关注注。中铁铁二局贵贵广铁路路指挥部部首先组组织了本本标段的的施工单单位进行行观摩学学习及总