顶管机刀具的改进

顶管机刀具的改进

浙江宝田环境建设有限公司QC小组

一、工程概况

兰溪市城南污水转输临江污水厂工程起点位于330国道与S315（往建德方向）交叉口东侧，

终点位于330国道与金华杭金衢高速南侧，全长约9km。拟建工程为一污水管线，管径为DN400,

一般地段采用开挖敷设，埋深约1.5-

2.0m；遇河流遇路（主干道）时采用非开挖穿越。另外全线设置3个泵站（泵站为全地下式，开挖

深度约4m）＜,

本标段为非开挖穿越段，范围为2#提升泵站（W84井）〜3#提升泵站和"5井~106井倒虹管

。具体工程量为DN800钢筋磴顶管67m,DN1000钢筋险顶管3061m,DN1200钢筋碎顶管1335%拟

定内净尺寸4.5mx7m顶管工作方井14个，内净尺寸3.5mx4n顶管接收方井16个。

根据现场情况，顶管工作井、接收井采用U型拉森式钢板桩围护，型号为SP-

iHA400xl50xl3.1,钢板桩长度为9%,H型钢200x200x8x12作4个内角支撑和围橡，施工降水采

用管井方式。顶管井前后靠墙体采用500厚C30P8抗渗钢筋混凝土，内配中20@15（）双层双向钢筋

,顶管井底板采用400厚C30P8抗渗钢筋混凝土，内配①18@200双层双向钢筋。根据上海市政工

程设计研究总院（集团）有限公司设计的本工程施工图，本标段2#提升泵站（W84井广3#提升泉

站管道埋深在L829~6.262n。地层分布由上至下依次为：卜1杂填土、素填土、1-2耕土、：-

3塘泥、2粉质粘土、37粉砂、3-2中砂、3-3圆砾、4-2强风化泥质粉砂岩、4-

3中风化泥质粉砂岩。

二、小组简介

表1QC小组新介

小组注册号

小组名称浙江宝田环境建设有限公司QC小组ZJBT201601

课题注册号ZJBT2016QC01

成立时间2016年9月26日活动时间2016.10v2016.11

课题名称顶管机刀具的改进

小组成员7人课题类型攻关型

活动频次每周一次，出勤率100%TQC教育时间72小时

QC小组成员概况一览表

姓名性别年龄学历职称组内职务组内分工

吴添财男39本科工程师组长/OC诊断师全面食.责

王静安女34本科工程师副组长QC诊断师全面协调

王建华男50专科助理工程师副组长技术指导

赵英祥男45专科工程师现场实施

吴子淼男50专科助理工程师组员现场实施

周小平男47专科助理工程师组员质量检查

徐晓源女25本科助理工程师组员资料收集

制表人：徐晓源制表时间：201阵9月26日

QC小组活动计划表

项目2016年10月2016年11月

时间上旬中旬下旬上旬中旬下旬

选择课题1.

现状调查

设定目标—

原因分析

要因确认

制定对策

实施对策

效果检查

巩固措施

总结和打算

制表人：徐晓源制表时间：2016年9月26日

三、选题理由

理由一:现顶管工作时，刀具的磨损情况影响着工程施工进度。

%7%68顶管段顶距92m,2016年9月10日开始顶进施工，顶进速度每分钟8cm,至9月12日

共顶进24.6nl后顶进速度降为每分钟3cm,至9月13日18时,顶进速度直线下降至无法进行。此时

累计顶进47.3m。在机头位置打板桩围护结构，结合深井降水，长臂挖机掘土使机头刀盘全面暴

露查明。根据现有情况只能换刀、补刀后继续顶进，W67~W68顶管92m,中途换刀一次。

理由二:W134飞135顶管158m,需穿越G60高速公路，中途没有条件换刀，所以对现有顶管

机刀具的改进工作非常迫切。

四、现状调查

1、在W67W68顶管段施工中，现场观察到顶距92米的中心刀磨损16mm,切削刀合金刀头

碎裂掉刀，刀座磨损4cm。先行刀磨损最大，距刀盘边缘25cm内的先行刀已磨平。

2、换刀工作费用支出情况：

序号项目单价数量合计（元）

1板桩打拔、土方填挖//22406.24

2中心刀264012640

3先行刀7603224320

4切削刀480167680

5总计57046.24

制表人：王建华制表时间：2016年10月9日

2016年10月9日组织全体小组成员召开了分析会议。在熟悉工程所在地的地质勘测报告，现场

施工机头的设计图及机头施工过程中的各项控制参数，对g7、68顶管段机头刀盘磨损情况进

行现场调查和研讨分析。刀具总数242只，其中：先行刀156把，切削刀74把，四刀刃中心刀1把.

边缘刀8把。绘制调查表、排列图。如表3所示。

表3刀具磨损调查表

序号调查项目磨损数频率累计频率

1先行刀14279%79%

2切削刀2614.4%93.4%

2

3边缘刀844%978%

4中心刀42.2%100%

5合计180100%

制表人：王建华制表时间：2016年10月9日

图1刀具磨损情况饼分图（制图人：王建华，制图日期：2016.10.9）

通过图表及分析可以看出：主要刀具磨损问题在于先行刀，占79队故以先行刀为调查项

目，分析并作出排列图。

表4先行刀损坏调查表

序号调查项目频数频率⑸累计频率（给

1刀座磨损845656

2刃口碎裂433288

3刃口磨损1512100

4合计142100

制表人：王建华制表时间：2016年10月9日

•刀座磨根.刃口碎裂.刃口磨根

图2先行刀磨损情况饼分图（制图人：王建华，制图日期：2016.10.9）

先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合

协同工作。先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好的切

削条件。先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高。采用先行刀，可显著增加切削土体

的流动性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。在松散质地层,尤其

是砂卵石地层先行刀的使月效果十分明显。

3

通过先行刀磨损情况调查饼分图看出刀座磨损占比56%,刀头碎裂占比32

%,刃口磨损占比12%。

五、设定目标

2016年10月U日QC组长吴添财召集小组成员召开全体会议，组织讨论分析根据调查得出

的结论确定本次活动的目标。

通过前期调查小组成员一致认为已找到刀盘在顶进施工过程中磨损的根源，如能解决先

行刀磨损问题的80灯则整个刀盘的磨损率将大大降低。

刀盘磨损率：[142*(1-80%)+26+8+4]/242*100%=27%

故本小组确定本次活动的目标为:确保泥水平衡顶管顶头每顶进100m,先行刀磨损率控

制在20%以内，成本节约60孔如图3所示。

图3小组活动目标柱状图(制图人：徐晓源，制图日期：2016.10.11)

六、原因分析

小组成员根据调杳统计结果中得出的主要问题进行讨论，广泛收集小组成员及现场施工

员、班组长的意见。对刀盘磨损的主要原因进行了分析，得出了九条末端因素，见图4。

为了找出哪些是真正影响问题的主要原因，小组制定了要因确认计划，见表5,并按计划

进行确认。

表5要因确认计划表

4

序

号末端因素确认内容确认方法确认标准负责人B炯

检塞技术交底记录和接接受交底

技术交底不明确现场调查吴子淼2016.10.13

1受交底率率100%

检直管理人员对公司各执行率100

2管理人员思想不重视现场调查吴子淼2016.10.13

种制度等执行情况%

操作人员质量安全意检音员工专业知识和实成绩良好

3现场测试吴子淼2016.10.13

识不强操能力率100%

卵石通过

4刀盘进渣口太小现场验证刀盘进渣口现场测试吴子淼2016.10.16

率299%

检查顶管机PLC存储器方案执行

5顶进参数设定不准确现场测试吴子淼2016.10.10

内各项设定参数率100%

先行刀合金刀头数量先行刀高

检查刀盘刀具数量，高

6少耐磨不够,刀具高现场测试于切刀15m吴子淼2016.10.19

度进行现场尺量

度过低m

刀盘正面干摩擦致刀检查地下水位,测试机水位覆盖

7现场测试吴子淼2016.10.10

具磨损内供水压力率100%

洞口建筑垃圾清理不洁净率285

8检查施工日志现场调查吴子淼2016.10.9

干净%

切刀、中心刀耐磨刚

HB硬度仪检测现场测试吴子淼

9度不够IIB>360NF2016.10.18

制表人：王建华制表时间：2016年10月20日

1、要因确认一:技术交底不明确

2016年10月13日由吴子淼等对工程资料进行查看，抽查班组技术交底记录资料内容齐全、完整

,并有操作工人的签字。技术交底覆盖率为100%,满足要求。

结论:非要因

2、要因确认二:管理人员思想不重视

2016年10月13日由王静安、吴子淼等对现场管理人员对公司制度、质量检查制度、交底制度、

考核制度等执行情况进行抽查。管理人员严格执行公司及项目部的相关制度，无违章记录。

结论:非要因

3、要因确认三:操作人员质量安全意识不强

2016年10月13日由吴子淼对两位操作人员的质量安全知识情况进行现场考

核.考核结果满足要求。质量责任落实到位，并对操作人员进行教育、培训，熟悉操作流程。

结论:非要因

4、要因确认四：刀盘进渣口太小

2016年10月16日由吴子淼带领工程技术人员对刀盘进渣口进行现场验证，原设计刀盘进渣口

为34个3cn冲5cm的方形进渣口，而施工断面地层中含有粒径约5%的6cm~9cm的卵石无法通过进

渣口，导致大量卵石在到盘正面堆积，致使刀具磨损。

结论:要因

5

5、要因确认五:顶进参数设定不准确

2016年10月10日由吴子淼、王建华对顶管机PLC存储器内各项设定参数进行检查确认无误。顶

管机系统为PLC自动化控制系统，且针对该工程编制详细施工方案，并通过专家组审批。

结论:非要因

6、要因确认六:先行刀合金刀头数量少、耐磨不够，刀具高度过低

2016年10月19日由吴子淼、王建华等对刀盘刀具数量、高度进行现场尺量、分析，原设计先行

刀高度为6cm,每个刀座只有一个合金刀头，先行刀超前挠动撕裂破碎原土层，磨损最大,

结论:要因

7、要因确认七：刀盘正面干摩擦致刀具磨损

2016年10月1()日由吴子淼对现场地下水位，机内供水压力进行实测。施工作业面位十水位以下

2.8m处，地下水丰富，机内供水压力为0.03MPa,满足顶进要求。

结论:非要因

8、要因确认八:洞口建筑垃圾清理不干净

2016年10月9日由吴子淼对现场施工日志进行查看，日志记录为2016年9月3日W67工作井洞口

外围用砂土置换，塌陷处填充沙置换量26n)3。

结论:非要因

9、要因确认九:切刀、中心刀耐磨钢度不够

2016年10月18日由吴子淼等对切刀、中心刀耐磨刚度进行测试，HB<360NF。讨论分析进清口卵

石堆积，造成切刀、中心刀挤压摩擦，使刀具磨损严重。小组成员一致同意需提高刀具刚度。

结论:要因

根据以上要因确认，我们得出三个主要原因：

1、刀盘进渣口太小

2、先行刀合金刀头数量少、耐磨不够，刀具高度过低

3、切刀、中心刀耐磨纲度不够

八、制定对策

6

QC小组针对上述三条要因进行专项研究.制定以下对策表，见表6。

表6对策表

序

号要因对策目标措施地点负责人完成时间

1、由材料员负责联系生产厂

小于10cm粒

改进刀盘进家，根据QC小组的要求设计仓库

径的卵石顺

刀盘进渣2016.10.

1渣口几何形刀盘,绘制加工图2、在机修检修赵英祥

口太小利切削进入

状班组中选择多名技术能力强车间25

泥水破碎仓的工人按图加工制作刀盘

先行刀合改进先行刀1、由材料员购买高强碳钢（4

金刀头数座的几何形切向施加3005#）刀座材料，及陋5型高耐

仓库

量少耐磨状和尺寸.kn冲击荷截磨合金刀头

2检修赵英祥2016.10.

不够，刀选择高耐磨到头、刀座2、赵英祥负责精加工先行刀

车间27

具高度过W15型合金无损伤座

低刀头3、机修班组钎焊合金刀头

切刀、中心外加

1、由机修班组长负责施焊工杭

刀每个与土

切刀、中2、专人负责1225。（:恒温炉恒州机

体摩擦面堆洛氏硬度HB>

心刀耐磨温8小时。从1600久降温至25床厂赵英祥2016.10.

3焊E46高耐

钢度不够450Nf久需12小时，严格按照降温调质29

磨焊材提高

时间曲线控制时间车间

耐磨刚度

制表人：王建华制表时间：2016年10月30R

九、实施对策

实施一:针对进渣口太小

1、由材料员联系机头生产厂家，技术部根据QC小组要求于II月5日根据设计图购买1800

*4000*32Q325钢板。

2、机修班组调整下料作业平台，水平误差3n明依据厂家图纸尺寸在Q325钢板上钻中心

定位孔，进渣口平面划线、外圆周线、中心花链轴套定位线。QC小组成员周小平校验、检查、定

位划线，进渣口定位误差小于2mm,边缘半径+3mm,检验合格后进入下道工序一

下料。挑选技术能力强的机修班组成员操作自动割焊下料.力求割缝顺直无反边、无毛刺、表

面光滑,如图5。

图5下料（制图人：徐晓源，制图日期：2016.11.5）

实施效果：改进刀盘进渣口的几何形状尺寸，由相对独立的54个50mm*50nlm（图6）的进渣口

改成8个100*478mm（图7）的条幅型进渣口，解决了粒径大于50nlm的卵石不能进入泥水仓而在到

盘面堆积的问题。

7

图6gOmm*gOmm刀盘进渣口示意图图LL00mm*vL8mm刀盘进渣口示意图

实施二:先行刀合金刀头数量耐磨不够，刀具高度过低

先行刀是超前切削，挠动土体,超前切削布置平面高出切刀20~30mm,先行刀与切刀组合

协同工作。先行刀在切刀切削土体之前先行将土体切割分决，为切刀创造良好的切削条件，减

少切刀的磨损，所以先行刀的疲劳强度最大。本小组成员干2016年11月13日召开小组讨论会制

定了以下措施：

1、设计多刀头型先行刀，王静安绘制先行刀设计图，材料员采购高强碳钢刀座材料和高

耐磨TV15型合金刀头（图8）。

{A;­•>一,&*«<I

2、由赵英祥组织精干的设备维修班组加工焊接,确保钎焊合金刀头的焊接质量。

实施效果:原刀盘的先行刀为单刀头式塔形先行刀，此种刀具只适用于黏土、粉质粘土，粉砂图

层中施工。在砂质砾石图层中掘进磨损很快，丧失切削功能。改进后刀座形状为贝型，贝型冠

顶镶嵌五只W15硬质合金刀头，整体高度达9cm,切口为6ch提高了先行刀切削效率，增强耐磨

性能至8倍。（图9）

8

图9先行刀改进前后对比图（制图人：徐晓源，制图日期：2016.11.13）

实施三:切刀、中心刀耐磨钢度不够

1、对切刀、中心刀的切削面堆焊口6耐磨焊材。

2、堆焊成型后的切刀、中心刀送去杭州机床厂调质车间进行调质热处理。

实施效果:实施前的切刀、中心刀的实测HB=230Nf

实施后的切刀、中心刀的实测HB=520Nf

整体提升了一倍多。（图10切刀，图11中心刀）

图10切刀（制图人：徐晓源，制图日期：2016.11.13）

图11中心刀（制图人：徐晓源，制图日期：2016.11.13）

十、效果检查

1、质量效果:通过我们QC小组一个多月的努力，在项目部全体员工的大力协作下，针对

对策表中的各项措施逐一落实。改进后的机头于2016年11月7日进行m134〜晅35顶管段的施工.

于2016年11月22日全线贯通，顶进里程158m。经调查统计刀具的磨损率如表7所示。

表7先行刀磨损率调查表

序号调查项目调查总数磨损数磨损率

1先行刀座3000%

2刀头碎裂2827.05%

3刀头磨损1400%

4刀头脱落1616.25%

5合计88213.3%

制表人：徐晓源制表时间：2016年11月22日

9

图12小组活动前后对比柱状图（制图人：徐晓源，制图日期：2016.11.22）

如上图所示，达到目标值.泥水平衡顶管顶头每顶进10（仙，先行刀磨损率控制在20%以内，为13.

3%o

2、经济效益

本次刀盘改进费用支出：1、刀盘面板：1.8*4*0.032*7.95*3200=5861.4元

2、刀座：32*0.063*3200=6451.2元

3、E46电焊条:40*12=480元

4、调质加工费：1500元

5、其他费用：2500元

合计：16792.6元

在同样的地质条件下，活动前顶进158川需换刀两次，每次费用54406.24兀，可节约成本54406.2

4*2-16792.6=92019.88元。换算成100m,节约成本69.4%o

通过QC小组PDCA循环，改进后的机头施工质量明显提高，缩短了施工工期。

3、社会效益

QC小组活动后提高了顶管机的使用效率，加快了施工进度，优化了项目资金，降低了周围环境

的影响。同时增强了企业竞争力，为按期完成业主工期目标奠定了基础。

十一、巩固措施

1、认真整理本次QC活动的有关技术资料，已将本次QC的主要内容纳入施工总结，并将总

结内容编制成作业指导书，以便在以后的工程当中灵活应用。

2、形成技术交底制度并创建成立QC教育文件纳入公司工程项目管理制度。

3、在现阶段成果的基础上，持续进行PDCA循环，更进一步消除顶管施工过程中对周围环

境的影响。

4、改进后的先行刀已运用于顶管施工，将继续改进加强，提高刀具利用率。

10

IIU

MlllilN(

UH

iei：hllUHN

iim，int9

<HIHIMb

iiKIIIHttllt

十二、总结及下一步打算

本QC小组活动提供了组员之间相互学习的机会和气氛，提高了顶管顶进工作的效率，对

提高员工质量意识起到了较大的促进作用。在公司以后类似的结构施工中将大力推广应用，以

提升企业良好的社会效益和经济效益。对提高员工质量活动自我评价打分如表8所示。

表8小组活动自我评价打分表

自我中的（总分5分）

项目

活动前（分）活动后（分）

团队精神44.5

质量意识34

QC知识34.5

进取精神35

改进意识3.54

工作热情干劲3.55

制表人：徐晓源制表时间：2016年11月22日

图13自我评价雷达图（制图人：徐晓源，制图日期：2016.11.30）

从雷达图可以看出:

11

小组团队精神一直保持稳步提高，体现了持续发展的良好状态。

在进取精神方面有明显提高。

在质量意识、QC知识、改进意识和工作热情上比活动前有所进步。但在改进意识上进步不

是很明显，说明小组在这方面还有差距，今后应在大胆改进上有所突破。

成立QC小组，有计划地开展QC活动，提高工程质量是QC小组所有参与者的共同目标，且全

体成员的行为之间相互依存、相互影响，并能很好地合作以追求集体成功的人的组合。而QC小

组的精神是小组成员为了小组的利益于目标而相互合作、尽心尽力的意愿与作风。小组精神表

现为成员对团队的强烈归属感，以QC小组成功为骄傲，为QC小组困境而忧虑;成员之间互敬互

容，竭诚合作，彼此促进;对团队失误积极主动，尽职尽责，充满活力与热情。

现已申请专利：一种机械顶管机刀具结构。

TP中华人民共和国国家知识产权局

及工H：

310015

板制—区万达农业中心4帏3♦元1019%

阮州淅料C句事务所（科通含攸）加轴月师

lllilllllllllllllllllllIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIUII

中UPJ赤。利明加72WM-2&U发文库叫