盾构隧道弧形二衬预埋筋快速定位装置

盾构隧道弧形二衬预埋筋快速定位装置中国·武汉CONTENTS目录01项目概况02小组概况03选择课题04设定目标及目标可行性分析05提出方案并确定最佳方案06制定对策07对策实施08效果检查09标准化10总结和下一步打算项目概况01武汉地铁12线越江1标区间隧道全长3373.667m，盾构机直径12.56m采用单洞双线形式，管片外径12.1m，内径11.1m，管片厚度为0.5m，环宽2m。隧道内部结构中间箱涵两侧采用素混凝土填充，填充顶面预埋弧形二衬钢筋。预埋钢筋的深度、外露钢筋长度、钢筋净距、距离管片距离等直接影响后期二衬钢筋质量与保护层。中间箱涵两侧填充深2.2米、浇筑混凝土方量大、预埋筋靠近管片侧预埋、中间箱涵与管片之间为“V”型开口空间等因素造成预埋筋安装困难，钢筋预埋质量不可控，给内部结构施工带来很大困难，对此，本QC小组决定攻克这一难题。制图人：

制图日期：2022年7月2日制图人：

制图日期：2022年7月2日小组概况02QC小组活动由项目经理牵头，项目总工、生产副经理等人员配合，工程部、设备部、安质部等部门参与，共同构建一支具有战斗力的团队，具体工作安排见表。猛龙过江QC小组介绍制表人：

制表日期：2022年7月3日序号姓名职称文化程度岗位组内分工1高级工程师本科项目经理监督指导，资金保障2工程师本科技术负责人总体策划，技术指导3助理工程师本科部员成果撰写，数据分析4工程师本科机械总工协调配合，监督实施5助理工程师本科土木副总协调配合，监督实施6助理工程师本科部员信息分析，专业指导7助理工程师研究生部员对策执行，数据分析8助理工程师本科部员现场记录，对策执行9助理工程师本科部员现场记录，对策执行10助理工程师本科内业现场记录，对策执行小组名称中铁隧道股份有限公司猛龙过江QC小组活动课题盾构隧道弧形二衬预埋筋快速定位装置研制课题类型创新型组长小组注册时间2022年7月1日小组成立时间2022年7月1日小组注册编号QCXZ/2022-08课题注册编号QCKT/2022-08小组成员10人活动频率每月平均4次活动次数10次活动时间2022.7.1～2022.9.15出勤率100%QC教育时间平均接受TQC教育达72小时QC小组成员一览表制表人：

制表日期：2022年7月3日小组概况02制表人：

制表日期：2022年7月3日QC小组活动计划表计划进度线任务2022年7月2022年8月2022年9月1234123412选择课题

确定目标与可行性分析

提出方案并确定最佳方案

制定对策并实施

效果检查

标准化

总结和下一步打算

QC小组活动计划表选择课题033.1课题需求分析制图人：

制表日期：2022年7月5日本工程隧道内部结构采用现浇与预制结合的施工方式，内部结构主要包含中间预制箱涵、箱涵两侧填充、管片弧形二衬、中隔墙、烟道板等结构。弧形二衬主要作用为辅助管片受力及二次防水是隧道内部主要结构，弧形二衬钢筋设计为单层钢筋网片，弧形二衬环向主筋需预埋到箱涵两侧填充内部，预埋深度80cm。弧形二衬预埋筋的安装效率与质量直接决定着箱涵两侧填充的施工效率与弧形二衬的结构质量。预埋筋安装存在定位困难、焊接量大、安装时间长等问题。需要一种新的施工方式用于解决预埋筋施工效率低的难题，从而提高箱涵填充施工效率，节约成本、降低风险。（1）能够高质量、高效率的进行二衬预埋筋的定位安装；（2）能够方便快捷的进行二衬预埋筋的安装。选择课题033.1.1安全需求制图人：

制表日期：2022年7月5日在未进行两侧填充施工前管片运输车、中间箱涵运输车、砂浆运输车、施工作业人员会在3.9m宽的中间箱涵顶面频繁交汇，有极大的车辆运输、物体打击、高空坠落安全隐患。制图人：

制表日期：2022年7月5日选择课题033.1.2施工需求根据设计要求预埋钢筋埋置深度80cm、水平间距20cm、与管片间距离23.8cm且为单层钢筋网片。传统的管片植筋焊接桁架做筋定位的方式，桁架筋无法重复利用资源浪费较多、焊接量大、钢筋定位困难。且在施工时无相互参照对象人工操作误差较大，需要对每跟钢筋进行定位，定位时需要两个人相互辅助定位焊接，焊接质量定位准确性直接影响二衬预埋筋成型质量。2022年7月1日~2022年7月6日QC小组成员对现场预埋筋安装进度及成型预埋筋质量进行统计检查，经现场实测记录71环（共10组）二衬钢筋安装用时得到安装速度平均29min/延米。对成型预埋筋主控项目抽查60处，合格数52处合格点合格率仅有86%。预埋件主控项目检查记录表记录人第

一

组编号1234567891011121314151617181920排距（cm）20.320.619.620.320.519.619.820.320.119.820.819.619.619.419.519.220.119.520.419.6锚固深度（cm）80.180.179.579.079.680.380.280.480.280.180.580.279.879.179.580.480.579.380.280.5距离管片间距（cm）23.823.32323.524.123.523.423.223.423.523.523.223.623.623.623.423.523.224.124.3第

二

组编号1234567891011121314151617181920排距（cm）2120.619.620.320.519.619.820.320.119.820.819.619.619.419.519.220.119.520.419.6锚固深度（cm）80.580.179.579.079.680.380.280.480.280.180.580.279.879.179.580.480.579.380.280.5距离管片间距（cm）23.223.32323.524.123.523.423.223.423.523.523.223.623.623.623.423.523.224.124.3第

三

组编号1234567891011121314151617181920排距（cm）2120.619.620.320.519.619.820.320.119.820.819.619.619.419.519.220.119.520.419.6锚固深度（cm）80.580.179.579.079.680.380.280.480.280.180.580.279.879.179.580.480.579.380.280.5距离管片间距（cm）23.223.32323.524.123.523.423.223.423.523.523.223.623.623.623.423.523.224.124.3预埋筋安装进度统计表序号时间长度(延米）用时（min）记录人12022.7.11029322022.7.11646132022.7.21234642022.7.21646452022.7.31852462022.7.31234872022.7.41440582022.7.41646392022.7.518525102022.7.610287制图人：

制图日期：2022年7月6日制图人：

制图日期：2022年7月6日选择课题033.2网络查新借鉴序号1234检索网站查新关键词：“二衬预埋钢筋”“钢筋定位卡具”“预埋件定位系统”“二衬钢筋快速定位”序号名称申请人申请号1一种隧道二衬钢筋定位卡具甘肃路桥建设集团有限公司CN212898536U2一种隧道二次衬砌钢筋安装快速定位架中铁二十二局集团第三工程有限公司CN216342195U制表人：

制表日期：2022年7月7日

小组成员通过查阅专利检索平台及各大学术网，搜索“二衬预埋钢筋”“钢筋定位卡具”“预埋件定位系统”“二衬钢筋快速定位”等关键词，以及海量搜索同行行业类似项目的施工技术，共查得有效借鉴专利文本2个，为小组活动的创新活动，提供了借鉴思路。（1）借鉴1：“二衬钢筋”、“定位卡具”（2）借鉴2：“预埋件定位系统”“二衬钢筋快速定位”

借鉴1：“一种隧道二衬钢筋定位卡具”，利用所设计的定位卡具完成钢筋排距的调节，钢筋排间距均可以根据具体施工要求进行调节，无需多个不同规格的卡具，大大减小成本且调节方便，减小施工周期。

借鉴2：“一种隧道二次衬砌钢筋安装快速定位架”。通过定位架，按照钢筋间距制作定位孔，根据需求，通过旋转调节螺母，伸缩调节螺杆，从而可调节双排钢筋间距，从而保证钢筋间距及保护层厚度。专利名称一种隧道二衬钢筋定位卡具专利号CN212898536U主要内容专利名称一种隧道二次衬砌钢筋安装快速定位架专利号CN216342195U主要内容选择课题03选择课题033.2网络查新借鉴同时QC小组成员通过各大网站找到了一些常用的物品即省力、又能得到妥善保护的方法图片，这些图片给予我们关于隧道弧形二衬预埋筋定位方法的启发。如油管夹具照片，通过在油管上安装专门的夹具将油管固定，且固定牢固，油管不晃动，起到较好固定姿态作用。工地上常用模板加固方式采用对拉螺杆加蝴蝶扣卡到钢管上起到线性加固连接作用。制图人：

制表日期：2022年7月7日制图人：

制表日期：2022年7月7日模板加固次楞选择课题033.3确定课题为保障中间箱涵两侧填充进度、预埋筋安装质量、施工安全，经济效益，小组结合本工程特点对上述借鉴组合优化，研制一种弧形二衬预埋筋快速定位装置。盾构隧道弧形二衬预埋筋快速定位装置研制我小组确定了此次活动的课题为：设定目标及目标可行性分析044.1设定目标使用二衬预埋筋快速定位装置提高预埋筋安装效率，使得每延米二衬预埋筋安装时间为11min。制图人：

制表日期：2022年7月9日设定目标及目标可行性分析044.2目标可行性分析1物资基础公司对本工程施工工艺改进和创新十分重视，并出台各种奖励措施，以激发技术人员积极创新研发，公司各职能部门对本工程全方位的支持和配合，为本课题的实施创造了良好的外部条件，奠定了物质基础。本小组是一支年轻化技术型团队，配备的专业技术管理人员文化层次高，小组成员有多次高层建筑施工经验，质量管理、技术管理、技术创新、技术攻关等各方面经验极为丰富。技术保障课题具体务实“盾构隧道弧形二衬预埋筋快速定位装置研制”话动课题具体务实，贴近施工实际，花费成本低，操作安全便捷，体现“准、快、简、新”原则，只要大家的齐心协力，严谨精细地策划施工方案，合理、科学地组织实施，必定能够实现小组目标，实现这种新型工具的研制。外部力量本工程为湖北省重点工程，社会各方关注度高，湖北省住建厅领导、省建协领导、多次莅临项目部指导工作，公司和项目高度重视创新技术研究，QC小组与建设单位和设计单位就此进行了多次考察与试验，一致认为该装置可以满足现场施工要求。设定目标及目标可行性分析044.3目标可行性分析2制表人：

制表日期：2022年7月9日

小组成员通过查阅专利检索平台及各大学术网，搜索“盾构隧道弧形二衬预埋筋快速定位装置研制”并未发现有相关文献和专利，证明提出的总体方案具有较好的创新性。提出方案并确定最佳方案055.1提出方案QC小组成员针对如何实现既定目标，运用头脑风暴法尽可能多的提出实施方案，在确保安全质量的前提下进一步讨论，根据各方面的要求，形成多种意见、观点和想法，采用亲和图进行汇总整理，共提出了2种方案。方案一先进行预埋筋安装中间箱涵两侧填充一次性浇筑先利用简易活动支架作为活动平台，将带有二衬预埋筋的装置固定到管片上，再进行混凝土填充，通过单次施工达到设计标高方案二分层施工中间箱涵两侧填充预留预埋筋安装位置根据预埋筋的安装位置，现将口型构件两侧填充施工至预埋底部位置，待工人固定好预埋筋位置后再进行二次浇筑，施工至设计标高制图人：

制表日期：2022年7月20日制图人：

制表日期：2022年7月20日提出方案并确定最佳方案055.2方案比选针对以上2种方案，小组成员从施工难易程度、工期、经济合理性、节能环保四个方面进行分析，以确定最佳方案。

考虑角度方案一：制作固定装置填充单次成型方案二：填充多次成型方案分析评分方案分析评分施工难易程度先用简易活动平台将带有安装好钢筋的预埋筋定位工装固定到管片相应位置，加固完成后进行混凝土一次性施工，此过程能够减少混凝土的周转次数与施工占道时间。9通过先浇筑一层填充到预埋筋底部，再进行预埋筋安装，安装完成后再进行后续混凝土的浇筑。此过程增加了一次混凝土的周转与施工占道时间7工期使用简易活动平台对弧形二衬预埋筋的固定不影响主线道路的运输，且施工长度不受填充的影响，可提前将弧形二衬预埋进行安装，紧跟盾构掘进施工。9先进行第一层填充施工再进行预埋筋的安装，预埋筋的施工长度受第一层填充的影响，不能超前施工。且两次填充都将占道施工，隧道内部混凝土罐车为砂浆罐车，要与掘进施工错开时间段。多一道施工需要就会占用掘进时间，同时填充施工受掘进状态影响。8经济合理性简易活动平台轻便、移动方便在与管片与中间箱涵接触面安装滑动轮组，行走方便，经济成本低。8分层浇筑填充施工预埋筋，无需投资活动平台，但增加了人工与机械的消耗，经济成本较高。7节能环保混凝土车辆运输次数少，尾气排放量较小，对空气污染小。9混凝土车辆运输次数多，尾气排放量较多，对空气污染较大。7提出方案并确定最佳方案055.3确定最佳方案序号项目施工难易程度工期经济合理性节能环保综合得分（共40分）1方案一9989352方案二787729

通过对以上两种方案的综合对比分析，认为方案一在施工难易程度、工期、经济合理性、节能环保方面更具优势，因此我们把“快速定位预埋筋混凝土一次成型”定为最佳方案。召开技术讨论会，确定最佳方案制表人：

制表日期：2022年7月21日制图人：

制表日期：2022年7月21日提出方案并确定最佳方案055.4方案细化盾构弧形二衬预埋筋快速定位安装与管片定位筋连接方式固定装置焊接绑扎拉杆+蝴蝶扣+螺帽高强螺栓+蝴蝶扣+螺帽针对盾构弧形二衬预埋筋快速定位装置设计，并利用系统图与现场功效对方案一进行细化分解，其中固定预埋筋装置采用方管+拉杆/螺栓+压片+螺帽的方式进行固定，固定工装可重复利用，其他部位分解如下：横梁装置铝材方管钢制方管制图人：

制图日期：2022年7月22日提出方案并确定最佳方案055.4方案细化制表人：

制表日期：2022年7月22日优化对比分析连接方式方案优点缺点结果钢筋绑扎1、方便快捷、污染小1、绑扎质量要求高。采用钢筋焊接1、通过电焊焊接，使得预埋筋与管片定位筋连接牢固。1、需增加焊机及专业焊工；

2、钢筋刚接需进行临电使用，增加触电风险；

3、钢筋焊接污染大；不采用固定装置拉杆+蝴蝶扣+螺帽1、成本低。1、强度不足易损坏。不采用高强螺栓+蝴蝶扣+螺帽1、可直接从市场上购买成品，无需特殊加工。

2、强度高，固定牢固

3、重复使用次数多1、原材成本相对较高采用支撑装置钢材钢管1、管材自身强度高；

2、不易变形；

3、原材便宜。1、单位相同截面钢材质量大采用

铝材方管1、重量相对较小。1、铝材价格相对较贵；

2、强度低，易变形。不采用提出方案并确定最佳方案055.4方案细化隧道弧形二衬预埋筋快速定位装置与管片定位筋连接方式固定装置绑扎高强度螺栓+蝴蝶扣+螺帽最优方案细化分析的结果，得出最佳实现方案如下图所示横梁装置钢材方管制图人：

制图日期：2022年7月24日制定对策067月27日，小组成员根据细化方案按照“5W1H”原则制定了对策表，如下表：制表人：

制表日期：2022年7月27日序号项目对策目标措施地点负责人完成时间1确定钢管截面尺寸与单根长度根据单根钢筋重量、钢筋间距、作业人员的施工情况，计算确定方管截面尺寸与单根方管长度。确定单根方管长度，在固定钢筋后方管能够保持原状不发生形变（≤2mm），选取的单根长度悬挂钢筋后单人/双人能够进行转运操作。1、根据单根方管上固定钢筋的数量，在弯矩最大点确保方管不发生形变；2、工人通常搬运能力为25-30kg，确定安装钢筋后总重量不超过30kg。施工现场2022.7.312固定配件与钢管开孔计算固定弧形二衬预埋筋的力，确定高强度螺栓配套蝴蝶扣，根据螺栓型号进行方管开孔。确保高强度螺栓能够牢牢的固定预埋筋，稳定无晃动，固定变形（≤1mm），且蝴蝶能够扣紧钢筋无晃动。按照设计刚进间距对方管开孔，偏差≤5mm。1、根据受力情况选择合适的膨胀螺栓和蝴蝶扣；2、市场采购高强度螺栓和蝴蝶扣；3、根据螺栓型号进行方管开孔；4、将配套的螺栓与蝴蝶扣组装到方管上试安装钢筋确定钢筋稳固性。施工现场2022.8.23确定定位筋的直径与在管片内的锚固深度根据单根方管上部固定钢筋数量计算总重。然后再计算定位筋直径与锚固深度。将弧形安装有二衬预埋筋的工装绑扎到管片定位上，能够稳固的固定且定位不发生变形松动，间距偏差（≤±5mm），确保100％安装准确。1、根据实际位置确定确定管片上定位筋的数量；2、确定好定位筋的直径和长度数量，安排钢筋加工人员进行加工。施工现场王伟2022.8.5对策实施07对策实施一确定方管型号及膨胀螺栓的型号2022年7月26日QC小组成员根据现场实际情况、设计图纸、单/双人协同搬运能力确定单个工装的长度，单根长度为1m，可安装5根二衬预埋筋，总重量约30kg。然后再根据钢筋固定受力情况确定方管截面尺寸为40*40*2mm，材质为Q235B。制图人：

制图日期：2022年7月28日制图人：

制图日期：2022年7月28日对策实施07通过现场固定测试，将弧形二衬预埋筋用电动扳手紧固完成后，方管未发生形变。能够满足现场使用需求。实施效果一制图人：

制图日期：2022年7月29日方管形变量检查表检查记录变形量（mm）是否合格检查时间记录人检查一0合格2022.7.29检查二0合格2022.7.29检查三0合格2022.7.29检查四0合格2022.7.29检查五0合格2022.7.29检查六0合格2022.7.29对策实施07对策实施二确定膨胀螺栓的螺杆长度、蝴蝶扣及工装加工2022年7月29日QC小组成员通过现场组装方管+钢筋+蝴蝶扣+螺帽+预留长度总厚及钢筋总重，最终采用Φ10高强螺栓，螺杆长10mm。然后根据钢筋直径与螺杆直径配备合适的蝴蝶扣。按照图纸要求弧形二衬单层钢筋网片的位置及间距，在方管中部开孔及背部进行支撑杆的焊接，确保钢筋间距和保护层能够有效控制。制图人：

制图日期：2022年7月30日制图人：

制图日期：2022年7月30日对策实施07通过现场安装测试，所选高强螺栓及蝴蝶扣能够较好的将钢筋固定，同时将固定好钢筋的工装安装管片上部，测量支撑点与钢筋外皮的间距，经现场量测工装到位后保护层能够满足设计要求.实施效果二制图人：

制图日期：2022年7月31日制图人：

制图日期：2022年7月31日预埋件主控项目检查记录表分组数据记录时间记录人第

一

组编号12345排距（cm）20.320.519.620.320.52022.7.31锚固深度（cm）80.180.179.58079.6距离管片间距（cm）23.823.323.423.524.1是否合格合格合格合格合格合格第

二

组编号123452022.7.31排距（cm）19.620.219.720.320.5锚固深度（cm）80.580.179.579.779.6距离管片间距（cm）23.423.324.223.524.1是否合格合格合格合格合格合格对策实施07对策实施三根据工装总重确定定位筋

2022年8月10日QC小组成员现场模拟实测预埋筋工装与管片定位筋相对位置，得到数据后使用CAD根据实测尺寸按比例绘制衬砌管片与工装相对位置关系，进而模拟出定位筋的位置。并根据单个装置钢筋+工装总重量，计算出单个装置支撑点数4个、支撑筋直径12mm、锚固深度8cm。根据二衬预埋距离管片位置确定位筋的总长350mm，然后进行加工。制图人：王伟

制图日期：2022年8月3日对策实施07通过现场安装测试定位筋，定位筋既能满足承重要求，又有较好的稳固性对策实施三达到了既定目标。实施效果三制图人：王伟

制图日期：2022年8月5日制图人：王伟

制图日期：2022年8月5日锚固筋变形量检查表检查记录变形量（mm）是否合格检查时间记录人检查一1.0合格2022.8.5王伟检查二0.5合格2022.8.5王伟检查三0.5合格2022.8.5王伟检查四0.5合格2022.8.5王伟检查五1.0合格2022.8.5王伟检查六1.0合格2022.8.5王伟效果检查08经现场实测操作人员能够轻松准确的将钢筋安装到装置上，且快速的安装到钢管片上定位。安装效率较高，根据现场记录71环（共10组）预埋筋安装用时得出安装速度平均10min/延米超过目标值，且安装牢固、质量高、线性平顺。制图人：

制图日期：2022年8月10日01实用效果预埋筋安装进度统计表序号时间长度（延米）用时（min）记录人12022.8.101097王伟22022.8.1016166王伟32022.8.1012114王伟42022.8.1016158王伟52022.8.1018182王伟62022.8.1012115王伟72022.8.1014143王伟82022.8.1016165王伟92022.8.1018177王伟102022.8.1010100王伟效果检查08预埋筋主控项目水平间距、预埋深度、距离管片垂直距离偏差均按照±5mm控制，现场成型结构抽查60处，合格57处合格率达到95%。制图人：王伟

制图日期：2022年8月8日02实用效果预埋件主控项目检查记录表记录时间记录人第

一

组编号12345678910111213141516171819202022.8.8王伟排距（cm）20.320.619.620.320.519.619.820.320.119.820.819.619.619.419.519.520.119.520.419.6锚固深度（cm）80.180.179.579.079.680.380.280.480.280.180.580.279.879.679.580.480.579.380.280.5距离管片间距（cm）23.823.32323.524.123.523.423.323.423.523.523.223.623.623.623.423.523.524.124.3是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格否合格合格合格合格合格合格合格合格第

二

组编号12345678910111213141516171819202022.8.8王伟排距（cm）2120.619.620.320.519.619.820.320.119.820.819.619.619.519.519.220.119.520.419.6锚固深度（cm）80.580.179.579.079.680.380.280.480.280.180.580.279.879.679.580.480.579.780.580.5距离管片间距（cm）23.223.32323.524.123.523.423.224.323.523.523.223.623.623.623.423.523.224.124.3是否合格否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格第

三

组编号12345678910111213141516171819202022.8.8王伟排距（cm）20.220.419.620.320.519.619.820.320.119.820.219.619.619.419.519.220.119.520.419.6锚固深度（cm）80.580.179.579.079.680.380.280.780.280.180.580.279.879.179.580.480.579.780.280.5距离管片间距（cm）23.423.32323.524.123.523.423.323.423.523.523.223.623.623.623.423.523.224.124.3是否合格合格合格合格合格合格合格合格否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格制图人：王伟

制图日期：2022年8月5日效果检查08经济效益通过本次QC小组活动，不仅保证了盾构弧形二衬预埋筋的预埋质量安全，同时也加快的填充施工的进度，为公司创造了可观的经济效益。仅考虑二衬预埋筋施工节约成本51万.制图人：

制图日期：2022年8月25日51万盾构隧道全长3373.667m，QC活动之前每延米二衬预埋筋安装用时29min,单班需钢筋工4人，电焊工1人、电工1人。QC活动之后每延米二衬预埋筋安装用时10min,单班需钢筋工2人。则工期节约3373.667*29/60/8-3373.667*10/60/8=134（天），单班节约钢筋工2人，焊工1人、电工1人，工价为320元/班。（1）人工费用：节约人工费用；（204*320*6）-（70*320*2）=346680元（2）材料费用管片定位筋QC活动前后均存在不计入材料费用，QC活动之前采用直径18mm桁架筋固定上下两排。钢筋损耗费：0.00617*18*18*3374*2*2/1000*4500=121408元电