降低贝壳层顶管排泥管堵塞率

广州市市政工程维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组- 1 -降低贝壳层顶管排泥管堵塞率一、小组简介广州市市政工程维修处先锋 QC 小组成立于 2002 年 7 月份。通过QC 活动解决了泥水平衡式顶管出洞口止水圈改造、降低顶管机控制系统故障率、减少扬州一号顶管机工作净空要求等问题，取得显著成果，并分别获得 2003 年全国市政工程和建设工程优秀质量管理小组称号。该小组主要由第六项目部技术人员组成,小组成员均具有大专以上学历，本 QC 小组接受过 TQC 教育，技术力量雄厚，组员专业知识丰富。小组简介如下表所示：小 组 简 介 表单位名称 广州市市政工程维修处土木工程公司 注册登记号 TM-XF-2002小组名称 先锋 QC 小组 活动时间 2013 年 1 月2013 年 6 月课题名称 降低贝壳层顶管排泥管堵塞率小组类型 现场型 活动次数 每月 1 次成员姓名 性别 年龄 学历 技术职称 小组职务组内职责宋树祥 男 35 本科 高级工程师 顾问 组织知道熊颖 男 29 硕士 工程师 组长 方案策划实施吴金河 男 44 本科 高级工程师 副组长 协助方案实施刘桂贤 男 25 本科 助理工程师 组员 资料分析陈建林 男 27 本科 助理工程师 组员 协助实施李恒 男 22 本科 助理工程师 组员 资料搜集、制图表杨浩 男 23 大专 助理工程师 组员 信息反馈魏承移 男 22 大专 技工 组员 现场改造制表：杨浩 时间：2013 年 1 月 10 日广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组2小组活动计划如下表所示：时间项目2013 年1 月2013 年12 月2013 年2 月2013 年23 月2013 年3 月2013 年34 月2013 年4 月2013 年5 月2013 年6 月选题制定活动计划现状调查目标设定原因分析要因验证制订对策分工实施一分工实施二效果检验体会和打算计划 实际 制表：杨浩 时间：2013 年 1 月 11 日二、情况概况在顶管施工中，常常会碰到各种不同的地质情况。作为有经验的顶管施工队伍，在开工前，必须通过查阅地质勘探报告、垂直钻探、水平物探等各种手段了解每段顶管的土质分布情况，对顶进设备及施工工艺作出有针对性的改造调整，有的放矢，才会提高顶进效率，降低风险；反之，则会被各种困难包围，严重降低顶进效率，增加风险。2013 年，我单位承建南头镇东福北路至东福南路污水管道工程，该工程的顶管任务主要为 DN1200 钢筋混凝土管。该工程有三个特点：1、管道埋深较深。2、管段距离较长。3、工期紧。其中，广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组3W1W5,W5W9,W21W24，W41W44 四个顶管段，在顶进过程中遭遇到了富含密集贝壳层的特殊地质，极易造成排泥管堵塞，给顶进施工带来了极大的困扰。为了排除困难，降低顶进失败风险，先锋 QC 小组开始着手研究如何通过改造设备和改进施工工艺，达到最大程度降低排泥管堵塞率的目的，从而保证顶管施工顺利开展。三、选题理由四、现状调查（1） 、现场情况调查小组成员认真汇总过往工程资料，发现排泥管堵塞通常发生在三个部位：一是泥水仓内，二是机头内软管与机内旁通之间，三是外接的排泥管中。泥水仓内堵塞主要原因是土质问题，一些未经破碎充分的异物，随着机头向前推进挤压进入泥水仓内部，将泥水仓大部分空间占据，只有泥水管出入口附近不被堵塞，造成排泥效率大幅下降。机头内软管与机内旁通之间堵塞主要原因是旁通过流能力下降的制图：熊颖 时间：2013 年 1 月 15 日 贝壳堵塞顶管机排泥管机头前方土体不断掏空顶进泥水平衡无法建立市政道路被破坏顶进无法进行解决排泥管堵塞问题 选题理由 广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组4问题，大的物体卡在了旁通球阀出入口处，随着顶管机往前推进，泥水仓出来的泥土无法及时排出，甚至越积越多，最后将软管彻底堵死。外接的排泥管发生堵塞的主要原因是循环水的携带能力减弱，顶管机主要是用循环水把机头前方切削下来的土体通过泥水管排出地面，而当循环水的携带泥沙的能力下降时，泥沙就很容易在排泥管中沉淀下来，造成堵塞。(2)、统计分析从过往项目情况来看，当碰到这种含密集贝壳层的特殊土质时，造成的危害是非常巨大的，轻则堵塞排泥管、顶管效率下降，重则路面塌陷、甚至顶管机无法顶进，开挖机头。如果没有预先采取有效的解决办法，出现堵塞后只能采取比较被动的策略，等土质改变及外界异物很有偶然性的脱落带出、或者采取机头内部用钢筋通过泥水管去捅泥水仓以及频繁拆管疏通等办法打通有限的通道。QC 小组必须采取合理、有效的措施去降低贝壳层顶管排泥管堵塞率。五、目标设定与可行性分析（1） 、目标设定理想的顶进是破碎均匀、速度适中，顶力缓慢上升，泥水循环正常，没有出现堵塞排泥管的现象。但在这种含密集贝壳层的特殊土质情况下，很难按照完全理想的状况进行施工。因此，本 QC 小组设定的目标为降低排泥管堵塞率为从 3 次/管节到 0.25 次/管节。广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组5制图：熊颖 时间：2013 年 2 月 2 日（2） 可行性分析六、分析原因经 QC 小组全体成员分析总结，认为造成贝壳层顶管排泥管堵塞的原因如下页（采用 4M1E 法）：本 QC 小组成员有着丰富的 TQC 理论知识和施工经验，有信心达到预定目标目前主要设备性能良好，且可改造的余地较大，市场上刀具材料可选择余地较大，造泥浆材料准备充足，配方先进公司领导十分重视，多次召开专题会议；公司组织骨干学习，同行交流，有机会接触到新工艺新方法目标可行广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组6七、要因确认要因确认因素一：管理人员责任心不强、疏于管理经过现场调查，施工人员都严于管理，质量控制意识强，责任心强。结论 “管理人员责任心不强、疏于管理”是 非要因制图：李恒 时间：2013 年 2 月 20 日贝壳层顶管排泥管堵塞人员顶管机操作工人责任心不强和技术不够熟练，在发现排泥表压力异常波动，有堵管前兆时，没有及时排除，等管道彻底堵死了，才进行处理，难度增大数倍。人员责任心不强、疏于管理工人责任心不强、忽视教育工人技能不好，培训不足材料刀盘刀具太脆，分布不合理，偏心块挤压破碎贝壳的能力较差流砂土质，地下水丰富机具机内旁通球阀开度不够，过流能力较弱刀盘格栅结构设置不合理方法循环水太清，携带能力较差没有往机头前方打高压水环境工作井接收井设置不合理，一次性顶进距离过长原有设备为出厂标准配置，没有针对该种特殊土质进行改造排泥管内空不够大，过流能力不够广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组7因素二： 工人责任心不强、忽视教育工人素质较高，且经过数次教育，责任心强，并有严格的管理制度结论 “工人责任心不强、忽视教育”是 非要因因素三：工人技能不好，培训不足公司对操作人员的素质和经验非常重视，招聘时均要求有相关工作经验 2 年以上，通过查阅档案，操作人员相关工作工龄如右表。结论 “工人技能不好，培训不足”是 非要因因素四：刀盘刀具太脆，分布不合理，偏心块挤压破碎贝壳的能力较差 刀盘刀具采用的是普通合金刀，硬度低而脆，反复切削较硬的贝壳片时刀头合金部分容易磨损和崩断，失去切削功能；而且，对付该种贝壳含量密集的特殊土质，刀盘大臂刀具的分布密度太低，切削能力较弱，同时，刀盘偏心块间隙过大，还未来得及破碎的贝壳片很容易就夹杂在泥沙中进入泥水仓，从而进入泥水循环系统，造成排泥管堵塞。结论 “刀盘刀具太脆，分布不合理，偏心块挤压破碎贝壳的能力较差”是 要因因素五：排泥管内空不够大，过流能力不够排泥管道属于非均质流输送，即垂向固体浓度分布存在一定梯度。循环水是由固体颗粒和水组成，如循环水管内净空过大，当顶进姓名 相关工龄 姓名 相关工龄曹诗东 3 李有肆 4魏承移 6 文贤军 3贺清照 4 万作平 5制表：吴金河，2013 年 3 月 10 日广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组8距离过长时，阻力上升，循环水流速下降，容易发生固体颗粒沉降，管道堵塞的现象；排泥管道的直径一般由所排出泥土的最大粒径和泥水的浓度等决定，正常情况下，只要机头刀盘有一定的破碎能力，排泥管内空不宜过大。目前顶管机市场上进水排泥管大多都是采用四寸PE 管。结论 “排泥管内空不够大，过流能力不够”是 非要因因素六：机内旁通球阀开度不够，过流能力较弱顶管机通过液压装置控制机内旁通球阀的张开闭合，从而实现对系统进水排泥的控制。但在含密集贝壳层的这种特殊土质下，传动销遇到硬物和流速较快的泥沙水反复挤压冲刷，容易发生磨损和变形，与阀芯之间形成错位和空隙，影响阀芯的旋转精度，使球阀的开度不够，甚至不及正常开度的三分之二。开度不够，导致破碎不充分的贝壳片卡在阀芯前方，越集越多从而导致整个排泥管堵塞。结论 “机内旁通球阀开度不够，过流能力较弱”是 要因因素七：刀盘格栅结构设置不合理 顶管机刀盘采用的是固定格栅，与机头壳体之间的空隙较大，未经完全破碎的贝壳片很容易通过，从而进入到泥水系统，造成堵塞。 结论 “刀盘格栅结构设置不合理”是 要因因素八：循环水太清，携带能力较差顶管机在顶管过程中是依靠进水将刀盘前方土体溶解在水中排出，因此在淤泥或者粘土土质情况下，循环水越清越好。但是，在富含贝壳片的粉砂这种特殊土质下，贝壳片被粉砂包裹，由于砂土的渗透系数广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组9较大，土体黏粒含量较少，随着泥水在循环利用的过程中粘土含量不断减少，太清的循环水和刀盘前方地下水被排泥泵带出，而富含贝壳片的粉砂被死死地裹在排泥管中无法正常排出，造成排泥管堵塞。结论 “循环水太清，携带能力较差”是 要因因素九：没有往机头前方打高压水高压水是由高压水管接到刀盘前端，从针孔状喷嘴射出一条条细小水柱，主要用来冲刷刀盘大臂与壳体之间的土体，并不能从根本阻止贝壳片进入机头内部泥水仓。当时，我们采取了该措施，事实证明虽降低了刀盘电流，但管道堵塞的现象并未得到好转。结论 “没有往机头前方打高压水”是 非要因因素十：工作井接收井设置不合理，一次性顶进距离过长本工程所在地东福路是中山市南头镇的主干道，路两侧厂房林立，为避免对周围交通的影响，顶管距离必须既满足工艺要求，又尽量拉长，减少开挖。从完工后情况来看，只要排泥顺畅，顶进正常，停顶时间压缩，一次顶进该长度不存在问题。附各顶进段长度表 顶管段 管径 长度W1W5 1200 240 米W5W9 1200 220 米W21W24 1000 210 米W41W44 1000 200 米结论 “工作井接收井设置不合理，一次性顶进距离过长”是非要因广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组10因素十一 流砂地质，地下水丰富在富含地下水或者流砂地质的的地层中进行顶管作业，必须提前采取正确的措施，只要设备改造科学、顶进方法得当，是可以保证顶进顺利的。结论 “流砂地质，地下水丰富”是 非要因8、制定对策序号 要 因 对策 目 标 措 施 负责人 地点 完成时间1刀盘刀具太脆，分布不合理，偏心块挤压破碎贝壳的能力较差改用破碎能力更好的刀盘刀具，重新设计刀具的布局，增强偏心快的破碎能力破碎能力增强一倍在刀盘大臂上间距5 公分焊接硬质白钢刀替代原先的周边刀和主刀头，在偏心块上加焊白钢刀吴金河魏承移W9号井2013 年 4月 10 日2机内旁通球阀开度不够，过流能力较弱增大旁通球阀开度 过流能力达到 3英寸改用手动碟阀替代原来的液压驱动旁通吴金河魏承移W9号井2013 年 4月 17 日3刀盘格栅结构设置不合理改造格栅结构 降低格栅的堵塞改固定格栅为活动格栅，并在泥水仓内加刮板吴金河魏承移W9号井2013 年 4月 26 日4循环水太清，携带能力较差改进配方，增大循环水稠度循环水带出粉砂和被破碎的贝壳片的能力增强一倍在循环水中加入由黏土、膨润土和 CMC等组成的稳定剂刘桂贤 W9号井 2013 年 5月 7 日制表：杨浩 2013 年 5.月 10 日九、对策实施1）实施一：针对刀盘刀具太脆，分布不合理，偏心块挤压破碎贝壳的能力较差的问题，由副组长吴金河组织，技工魏承移具体实施，在综合比较了市面上各种车床用切割刀具后，决定采用韧性较高的硬质广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组11白钢刀代替原有刀具。具体实施步骤为：（1）用氧气乙炔割掉原有主刀头和周边刀；（2）用耐磨焊条每 5 公分等间距焊接硬质白钢刀在刀盘大臂处；（3）在偏心块和机头壳体位置牙形分布焊接白钢刀，缩小间隙，增加切削能力。2）实施二：针对机内旁通球阀开度不够，过流能力较弱的问题，小组成员首先对原有液压旁通相关配套设备进行检修。经技工魏承移具体实施，发现机头内液压系统包括液压泵、各种控制液压阀及液压油缸都运转正常，但由于频繁地开合和粉细砂的挤压，旁通球阀传动销磨损与壳体间产生松动，导致阀芯无法旋转到位，开度只有正常情况下的一半，大量大的贝壳片卡在球阀前端，无法排出，需要人工用钢筋才能捅穿。在找出原因后，为了使旁通球阀的开度达到正常水平，保证足够过流能力，小组成员决定首先对传动销进行更换，更换后效果明显，但在该特殊土质下，很快传动销就再次磨损，为彻底解决该问题，经小组成员现场讨论，决定自制手动蝶阀手动控制开闭替代原有旁通。改造前 改造后广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组123）实施三：针对刀盘格栅结构设置不合理的问题，本小组对机头进行了改造，由组长熊颖负责，魏承移具体落实。将泥水仓格栅切下来，焊接在刀盘上，使得格栅随着刀盘的转动而转动，同时在泥水仓内侧增加两块泥水仓刮板， 。这样一方面减小了刀盘间隙，未充分破碎的贝壳片难以通过；另一方面泥水仓内部不易发生堵塞，如需人工疏通时，能对格栅的各个部位进行充分疏通。 （人工疏通就是在机头内部通过机头的进排泥管用钢筋去捅前方的土体，甚至能穿过格栅捅刀盘前方土体）4）实施四：针对循环水太清，携带能力较差的问题。本小组分析认为，在这样的特殊土质中进行施工，改变循环水的性能，使其具有一定的黏性和一定的相对密度是关键。这就需要在循环水中加入由黏土、膨润土和羧甲基纤维素钠（英文简称 CMC）等组成的稳定剂，使包裹着贝壳片的粉砂能够悬浮在循环水中，被均匀输送至地面。在添加稳定剂的过程中，应注意以下细节：1、搅拌时间必须大于 30 分钟，发酵期间（6 小时）保持搅拌。2、经反复试验，得出理想配比为粘土：膨润土：CMC：水=10Kg：50Kg：1Kg：800Kg。 广州市市政工程 维修处 顶管工程项目部先锋 QC 小组133、要使用质量较好的钠基膨润土十、效果检验及效益评估1）效果检验改造完成后，我们使用该套顶管设备顺利完成了接下来的W5W9,W21W24，W41W44 三段顶管任务。在顶进过程中，同样是遇到了该种贝壳片的干扰，但排泥情况比较正常，完全破碎的贝壳片包裹在粉砂中被顺利排出，泥水管的堵塞率由原来的 3 次/管降至0.25 次/管，达到了预期目标。2）效益评估经济效益：QC 活动前，在顶进 W1W5 顶进段（240 米）时，排泥管经常堵塞，泥水循环破坏，不得不停止顶进进行处理，共耗时 20 天，日均顶进12 米，同时由于不断的掏管掏砂，顶进轴线混凝土路面出现大面积沉降，事后进行修复共修复 350 平方米，花费 8