1、提高悬臂式隧道掘进机提高悬臂式隧道掘进机在凝灰质砂岩地段的掘进速度在凝灰质砂岩地段的掘进速度杭绍台高速公路8标QC小组一、一、工程概况工程概况杭绍台高速公路工程HST-TJ08标位于浙江省新昌县境内，我标段承担陈家山隧道施工任务3500m，迄止里程（YK091+610YK095+100）。出洞口段围岩主要为紫红色强中风化凝灰质粉砂岩、凝灰质砂岩互层，薄层中厚层状结构，地层走向与隧道洞轴线小角度相交，倾角723节理发育，岩层破碎，围岩遇水易软化。隧 道洞口段645m浅埋段，浅埋段穿越鱼塘、道路、村庄等。为确保施工安全质量，减少对围岩的扰动、减小收敛变形，有效控制隧道的开挖成型，提高围岩的自身承载2、力。因此陈家山隧道洞口浅埋段上台阶采取EBZ160隧道掘进机掘进+控制爆破。图图1-11-1 线路平面图线路平面图二、二、QCQC小组简介小组简介表表2-12-1 小组概况小组概况小组名称中铁隧道集团杭州公司杭绍台高速公路8标QC小组小组成立时间2016年6月小组注册号2016-ZSHZ-04小组注册日期2016年6月课题注册号2016-ZSHZ-06课题登记时间2016年9月课题名称提高悬臂式隧道掘进机在凝灰质砂岩地段的掘进速度课题类型问题解决型组长陈 军小组格言发挥团队作用，发现问题，解决问题，服务现场施工活动时间2016年10月13日至2017年1月9日小组成员9人活动次数8表表2-223、-2 小组成员简介小组成员简介QC小组名称中铁隧道集团杭绍台高速公路工程HST-TJ08标QC小组顺序姓名性别年龄职务组内职务职称学历1男30岁项目总工技术指导工程师大本2男32岁项目副总工总体协调工程师大专3男32岁工程部长编写发布技术员大专4男28岁设物部长现场实施助理工程师大本5男27岁技术室主任数据采集助理工程师大专6男26岁调度室主任数据分析助理工程师大专7男44岁测量主管现场实施技术员大专8男29岁地质预报组长数据分析助理工程师研究生小组人员概况9男23岁质检员现场实施质检员大专三、三、课题选择课题选择业主要求：陈家山隧道为全线控制性工程，出口为浅埋段，隧道穿越鱼塘、村庄及不良地质4、。工期紧、压力大，业主在招标文件中要求该段采用悬臂式隧道掘进机掘进+控制爆破施工快速通过。项目要求：项目为了响应招标文件的要求，在进度、安全、质量等方面赢得很好的效益。项目采用悬臂式隧道掘进机掘进+控制爆破施工快速通过。施工现状：在施工过程中，采用悬臂式隧道掘进机掘进+控制爆破施工进度不理想，需要解决。基于以上几点理由，基于以上几点理由，选择选择以下两个以下两个课题进课题进行分析：行分析：1 1、提高控制爆破在凝灰、提高控制爆破在凝灰质质砂岩地段的施工速度。砂岩地段的施工速度。2 2、提高、提高悬悬臂式隧道掘臂式隧道掘进进机在凝灰机在凝灰质质砂岩地段的掘砂岩地段的掘进进速度。速度。课题一分析：5、控制爆破是采用悬臂式隧道掘进机在隧道断面正中间开挖一部分，增加爆破临空面，然后在周围进行钻孔爆破。如图3-1所示。图图3-13-1控制爆破施工断面布置图控制爆破施工断面布置图 图图3-13-1悬臂式隧道掘进机切割线路示意图悬臂式隧道掘进机切割线路示意图课题一存在的问题：1、浅埋段，地表震感明显，风险较大；2、围岩差，炮眼孔身遇水软化出现塌孔、卡钻、装药困难，占用时间较长；3、地层走向与隧道洞轴线720小倾角相交，不利于爆破施工；4、采用控制爆破，司钻工和悬臂掘进机使用率不高，工序转化复杂，损耗时间占用大。课题二分析：悬臂式隧道掘进机掘进是对整个断面从扫底开始截割，再按S型或Z型左右循环向上的截6、割路线逐级截割以上部分。如图3-2所示。课题二存在的问题：1、掘进时间过长；2、优点是静态开挖、超挖可控，可连续施工。分析结论：课题一：施工风险大，地质条件客观存在、工序调整复杂，设备人员投入大，利用率不高，工序衔接组织较麻烦，爆破不适合小倾角围岩，实现紧迫性、可行性不强。课题二：静态开挖，施工风险小，掘进速度较慢，但成型较好，施工连续，节约人员，组织协调简单，总的循环时间较课题一多用时约30分钟。通过以上分析对比，我们确定本次活动的最终课题为：提高提高悬悬臂式隧道掘臂式隧道掘进进机在凝灰机在凝灰质质砂岩地段的掘砂岩地段的掘进进速度速度!四、四、现场调查现场调查悬臂式隧道掘进机做为新型的隧道施7、工设备，在我杭州公司首次使用，公司及业主的高度关注，虽然悬臂式隧道掘进机可以做到切削和装运同步进行，具有连续掘进，对围岩扰动小，减小超欠挖，便于施工配套和其它工序平行作业等优点，但实际施工中施工速度不理想，现场统计周平均开挖循环时间如下表表表4-14-1悬臂式隧道掘进机掘进周平均时间统计表悬臂式隧道掘进机掘进周平均时间统计表日期围岩情况掘进1.5m用时（h）断面面积（）其它损耗用时（h）备注2016/11/66.36481.20第1周6个循环平均2016/11/135.98481.38第2周5个循环平均2016/11/206.16481.49第3周5个循环平均2016/11/275.834818、.25第4周6个循环平均2016/12/46.01481.37第5周6个循环平均2016/12/11级围岩，凝灰质粉砂岩，岩质较软，抗压强度为28.1KPa5.71481.29第6周5个循环平均结论：2016年11月6日至2016年12月25日，连续7周，其中平均每循环损耗占总掘进用时的22.38%，最大占总掘进用时的24.2%，最少占总掘进用时的18.8%。经过现场调查统计，现场损耗时间主要为通风降尘、掘进机移位和非正常掘进用时较多，损耗统计时间如下。表表4-24-2悬臂式隧道掘进现场各项时间统计表悬臂式隧道掘进现场各项时间统计表其它损耗时间（h）日期围岩情况掘进（1.5m）总用时（h）断面9、面积（）净掘进时间（h）通风降尘用时掘进机移位用时非正常掘进用时备注2016/11/66.36485.160.620.330.25第第1周周6个循环平均个循环平均2016/11/135.98484.600.580.440.36第2周5个循环平均2016/11/206.16484.670.760.380.35第3周5个循环平均2016/11/275.83484.580.630.420.20第4周6个循环平均2016/12/46.01484.640.700.350.32第5周6个循环平均2016/12/115.71484.420.630.410.25第6周5个循环平均2016/12/18级围岩，凝10、灰质粉砂岩，岩质较软，抗压强度为28.1KPa6.05484.630.780.370.27第7周5个循环平均结论：2016年11月6日至2016年12月25日，连续7周，周平均循环时间各占用时间如下12%6%5%77%降尘掘进机移位非正常掘进净掘进现现场场循循环环时时间间关关系系图图五、五、设立目标设立目标陈家山隧道为全线控制性工程，施工难度大，公司及业主严格按照施工组织设计的进度指标考核级围岩的进度指标60m/月，但目前我项目实际的进度基本在55m/月左右。为提高悬臂式隧道掘进机的掘进速度，确保施工进度指标的完成，保证悬臂式隧道掘进机在掘进中无障碍施工，找出影响掘进机掘进速度的原因，小组进行11、认真讨论，必须压缩悬臂式隧道掘进机的掘进时间，现场确定切实可行的措施。制定了本制定了本QCQC小小组组活活动动目目标为标为：提高：提高悬悬臂式隧道掘臂式隧道掘进进机掘机掘进进速度至速度至1.5m/4.5h1.5m/4.5h。六、六、原因分析原因分析我QC小组认真总结，现场实际跟班作业调查，从人、机、料法、环等方面分析悬臂式隧道掘进机效率低下的原因如下图6-1。图6-1 原因分析鱼刺图七、七、确定要因确定要因表7-1要因确定计划表序号 末端因素 确认方法确认内容 确认地点确认标准负责人确定结果确认时间1人员培训不到位内业确认技能、岗前培训考试会议室培训考试针对性，考试合格率达到100%，80分以12、上不低于90%。刘 何非要因2016-12-222渣土运输不及时现场确认现场施工机械施工现场确保有专门机械设备配合吴 谦非要因2016-12-223地质软硬不均现场确认现场查看地质情况施工现场现场查看并进行强度测试刘 洋非要因2016-12-224施工粉尘大、遮挡视线调查分析机械性能。施工现场能见度能清楚的看到前后方设备的正常运转。吴 谦要因2016-12-225机械操作方法不正确现场确认 技术交底和施工现场确认会议室、施工现场严格按照机械造作说明操作，现场指示屏幕显示正常冯文敏非要因2016-12-226切割线路不适合掌子面围岩调查分析施工现场检查会议室、施工现场按照隧道围岩节理方向切割刘 13、何要因2016-12-227开挖断面尺寸不正确现场确认现场测量会议室、施工现场测量队现场测量，断面控制在5cm蔡子勇非要因2016-12-228机械缺乏保养现场确认施工现场检查施工现场确保专人保养，运转记录正常吴 谦非要因2016-12-229截齿材料不合格现场确认验收截齿施工现场截齿合格证许艳华、刘少红非要因2016-12-22末端因素一：在工人上岗前，本项目均对工人进行技能岗前培训，考试合格后方能上岗，特殊岗位均持证上岗，经QC小组确认为非要因。末端因素二：悬臂式隧道掘进机在施工过程中，现场安排专用挖掘机和运输车辆进行碴土运输，不占用隧道正常掘进时间，满足现场出碴运输能力，经QC小组确认为14、非要因。末端因素三：由于我标段隧道围岩地质情况比较复杂，节理发育，经常出现软硬不均的地质情况等，操作手对地质情况难以掌握，属于客观因素，经QC小组确认为非要因。末端因素四：隧道出口末端因素四：隧道出口围围岩破碎，岩破碎，为为凝灰凝灰质质粉砂岩，掘粉砂岩，掘进进机自机自带喷带喷水系水系统统半径半径较较小小，喷喷水水为为股状水，且掌子面股状水，且掌子面围围岩遇水迅速岩遇水迅速软软化。当掘化。当掘进时进时切割部与切割部与围围岩摩擦岩摩擦产产生灰生灰尘尘瞬瞬间间增大增大时时，降，降尘尘效果效果较较差，影响操作人差，影响操作人员员的的视线视线，导导致掘致掘进进速度降低。速度降低。经经QCQC小小组组确确15、认为认为主要原因主要原因末端因素五：通过现场实际检查，现场操作严格按照EBZ-160悬臂式掘进机使用说明操作，现场操作显示屏显示各项指标正常运行，经QC小组确认为非要因。末端因素六：末端因素六：现场为围现场为围岩岩为为凝灰凝灰质质粉砂岩，粉砂岩，围围岩岩较较破碎。采用破碎。采用悬悬臂式隧道掘臂式隧道掘进进机机现现场场掘掘进进，切割，切割线线路不适合路不适合围围岩破碎段岩破碎段开开挖，是挖，是导导致致悬悬臂式隧道掘臂式隧道掘进进机掘机掘进进速度低下的速度低下的主要原因。主要原因。经经QCQC小小组组确确认为认为主要原因。主要原因。末端因素七：结合技术部门的技术交底和现场调查，悬臂式掘进机在陈家山16、隧道出口一次性切割面积为（12.684.8m（宽高）为48.经现场测量开挖断面高度按照悬臂式隧道掘进机参数布置，经QC小组确认为非要因。末端因素八：现场查看检查，班组严格按照悬臂式隧道掘进机管理办法执行，保养到位，机械运转记录集全，经QC小组确认为非要因。末端因素九：对现场调查发现，现场所用截齿为购买悬臂式隧道掘进机时，厂家原装配件,质量符合要求。针对目前掌子面围岩平均每3个循环损耗1个截齿，属于正常消耗，经QC小组确认为非要因。综上论证，得出：1、施工粉尘大、遮挡视线。2、切割线路不适合掌子面围岩。导致悬臂式隧道掘进机效率低下的主要原因八、八、制定对策制定对策结合以上2个原因，我QC小组进行17、了认真总结分析；1、依据现场掘进循环时间的的统计，施工中降尘占用时间较长，直接影响掘进速度。因此对悬臂式隧道掘进机喷水系统进行改进、安装雾喷功能，进行降尘。2、现场围岩变化较大，悬臂式隧道掘进机切割线路按照习惯性的切割线路施工，是导致开挖速度低下的主要原因。因此依据现场实际情况调整切割线路，按照划块分部、依据围岩节理方向切割可提高施工掘进速度。表8-1 对策实施计划表序号要因 对策 目标 措施 地点负责人 完成日期 1施工粉尘大、遮挡视线安装雾喷装置1、达到降尘时间0损耗。2、能见度达到30m范围1、选择合理的雾喷装置；2、安装到最佳位置，喷射半径达到最好。施工现场吴 谦2016.11.10 18、2切割线路不适合掌子面围岩 结合现场围岩调整切割线路1、切割时间减少40分钟，挪动掘进机1次。1、按照划块分部切割。2、切割线路依据围岩节理调整。施工现场 刘 洋 2016.11.10 九、九、对策实施对策实施要因一要因一实实施施：悬臂式隧道掘进机原喷水装置位置比较靠前，喷水半径过小，喷水射程较近，为股状水，对现场降尘效果不大如图8-1。原喷水装置。位置1位置2图8-1 掘进机原喷水装置图 图 8-2 喷水装置调整后安装图QC小组成员经过多次讨论，进行市场调查，定做了雾喷装置，进行安装，经过多次位置调整。位置1距离较远，雾喷有盲区，效果不佳。位置2可直接喷射到掌子面，不及起到降尘作用，还对掌子19、面进行润湿，为最佳位置如图8-2。要因一实施效果：安装雾喷装置后，作业环境得到了改善，实现了降尘时间0损耗、掌子面能见度达到30m。进行无障碍施工，使得悬臂式隧道掘进机施工效率得到了很大的提高。要因二要因二实实施施:针对切割线路不适合现场掌子面围岩，QC小组经过认真讨论，针对地勘不详，邀请了中南大学为我项目掌子面前方围岩进行了补勘；试验检测人员对每循环围岩进行取样试压，并取得了客观的数据。通过以上数据的收集，QC小组制定了2种切割线路方案。方案一:切割采取划块分部切割（右图），切割顺序：先切割1部，再切割2部，最后切割3部。切割总体顺序为由左到右，自下而上沿箭头方向（基本与围岩节理方向一致）呈20、“Z”字型切割，如图8-3。方案二：切割采取划块左右分开切割（右图），切割顺序：先切割左侧，再切割右侧。切割总体顺序为由左到右，自下而上沿箭头方向（基本与围岩节理方向一致）呈“Z”字型切割切割，如图8-4。图8-3 方案一：切割线路示意图 图8-4 方案二：切割线路示意图要因二要因二实实施效果施效果：通过以上两种切割对比如下。方案一：切割线路施工方便快捷，在出现机械故障或者停电的情况下，3部可起到稳固掌子面的作用(如图8-5)。掘进机挪动1次，施工速度大大提高。方案二：切割线路施工方案较整个断面切割难度降低，但掘进机左右切割范围较小，移动掘进机频繁，时间损耗较多（如图8-6）。图8-5 方案一21、现场施工照片图 图8-6 方案二切割头左右摆动较小 通过切割线路两种方案的对比，方案一可行，方案二不可行。十、十、效果检查效果检查通过本次QC活动的开展，效果非常明显，实现了1.5m/4.5小时的目标，大大提高了作业效率，同时减少了辅助材料的损耗（如截齿），实现了效率提升和损耗下降的双赢。通过1个月的验证，证明QC活动是成功的。表9-1 QC活动后悬臂式隧道掘进机掘进循环时间统计表其它损耗时间（h）日期围岩情况掘进（1.5m）总用时（h）断面面积（）净掘进时间（h）通风降尘用时掘进机移位用时非正常掘进用时备注2017/1/64.32484.0100.160.152017/1/74.35484.22、0900.150.112017/1/74.42484.1800.120.122017/1/84.43484.2000.100.132017/1/9级围岩，凝灰质粉砂岩，岩质较软，抗压强度为28.1KPa4.38484.1600.120.10 安全方面：采用悬臂式隧道掘进机施工大大减小对围岩的扰动，施工安全度较高，在浅埋段施工减少了对地表建筑物的震动，提高了围岩自稳能力和隧道的安全系数。质量方面：悬臂式隧道掘进机施工开挖成型比较圆顺、洞壁光滑、超挖可控。在初支作业中钢筋网片能密切围岩，有效的杜绝了钢筋网片背后空洞的质量隐患。施工进度方面：进度得到提升，每循环节约1.67h，每月每洞30*24/123、9.5*1.5=55.38m 提升到30*24/17.83*1.5=60.57m，进度提升5.2m进度。每月节约1.97万元。在社会效益方面：通过本次QC活动，悬臂式隧道掘进机施工速度得到了较好的提升，受到了建设单位以及社会各界的高度关注，先后有浙江卫视等多家媒体进场采访，并在黄金时段进行报道，为我公司在华东区域市场树立了良好的企业形象！十一、十一、制定巩固措施制定巩固措施为巩固QC活动成果，项目部编写了悬臂式隧道掘进机试验段施工总结，并通过了业主和监理单位的评审，为后续掘进施工取得了宝贵的数据支持和积累的丰富的经验，在后续工作中我们将继续保持本次QC成果。十二、十二、总结与下部打算总结与下部打算通过QC活动的开展，EBZ160悬臂式隧道掘进机施工从施工完成后的各项技术指标来看，其优势非常明显，其施工工艺满足质量、安全控制要求。通过本次活动的开展，我项目部总结出了较为完整的施工方法，使人员及机械得到了很好的磨合，这不仅提高了技术人员和管理人员的质量意识、个人能力、团队精神、责任心，同时也锻炼出一个良好的QC队伍。在下部工作中，我们将结合本次总结和设备性能指导现场施工。