QC提高悬臂式隧道掘进机 详细.docx
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QC提高悬臂式隧道掘进机详细
提高悬臂式隧道掘进机在凝灰质砂岩地段的掘进速度
中铁隧道集团杭州公司杭绍台高速公路8标QC小组
一、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（YK0
91+610～YK095+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7~23°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1-1线路平面图
二、
QC小组简介
表2-1小组概况
小组名称
中铁隧道集团杭州公司
小组成立时间
2016年6月
杭绍台高速公路8标QC小组
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2-2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
陈
航
男
30岁
项目总工
技术指导
工程师
大本
2
马政印
男
32岁
项目副总工
总体协调
工程师
大专
小组
3
权三锋
男
32岁
工程部长
编写发布
技术员
大专
4
吴
谦
男
28岁
设物部长
现场实施
助理工程师
大本
人员
5
刘
洋
男
27岁
技术室主任
数据采集
助理工程师
大专
概况
6
刘
何
男
26岁
调度室主任
数据分析
助理工程师
大专
7
冯文敏
男
44岁
测量主管
现场实施
技术员
大专
8
蔡子勇
男
29岁
地质预报组长
数据分析
助理工程师
研究生
9
刘少红
男
23岁
质检员
现场实施
质检员
大专
三、
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。
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，选择以下两个课题进行分析：
1、提高控制爆破在凝灰质砂岩地段的施工速度。
2、提高悬臂式隧道掘进机在凝灰质砂岩地段的掘进速度。
课题一分析：
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3-1控制爆破施工断面布置图图3-1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7~20°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：
提高悬臂式隧道掘进机在凝灰质砂岩地段的掘进速度!
四、现场调查
悬臂式隧道掘进机做为新型的隧道施工设备，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4-1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
）
）
）
2016/11/6
Ⅴ级围岩
6.36
48
1.20
第1周6个循环平均
，凝灰质粉砂
2016/11/13
5.98
48
1.38
第2周5个循环平均
岩，岩质较软，
2016/11/20
抗压强度为28.
6.16
48
1.49
第3周5个循环平均
1KPa
2016/11/27
5.83
48
1.25
第4周6个循环平均
2016/12/4
6.01
48
1.37
第5周6个循环平均
2016/12/11
5.71
48
1.29
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4-2悬臂式隧道掘进现场各项时间统计表
掘进（1.5
断面面
净掘进
其它损耗时间（h）
围岩情
备注
掘进机
非正常
日期
m）总用
积（㎡
时间
通风降
况
移位用
掘进用
时（h）
）
（h）
尘用时
时
时
2016/11/6
Ⅴ级围
6.36
48
5.16
0.62
0.33
0.25
第1周6个循环平均
岩，凝
2016/11/13
5.98
48
4.60
0.58
0.44
0.36
第2周5个循环平均
灰质粉
2016/11/20
砂岩，
6.16
48
4.67
0.76
0.38
0.35
第3周5个循环平均
岩质较
2016/11/27
5.83
48
4.58
0.63
0.42
0.20
第4周6个循环平均
软，抗
压强度
2016/12/4
6.01
48
4.64
0.70
0.35
0.32
第5周6个循环平均
为28.1K
2016/12/11
5.71
48
4.42
0.63
0.41
0.25
第6周5个循环平均
Pa
2016/12/18
6.05
48
4.63
0.78
0.37
0.27
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
现场循环时间关系图
12%6%
5%
降尘
掘进机移位
非正常掘进
77%
净掘进
五、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Ⅴ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QC小组活动目标为：
提高悬臂式隧道掘进机掘进速度至1.5m/4.5h。
六、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、
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
技能、岗
培训考试针对性
，考试合格率达
1
人员培训不到位
内业确认
前培训考
会议室
刘何
非要因
2016-12-22
到100%，80分以
试
上不低于90%。
2
渣土运输不及时
现场确认
现场施工
施工现场
确保有专门机械
吴谦
非要因
2016-12-22
机械
设备配合
3
地质软硬不均
现场确认
现场查看
施工现场
现场查看并进行
刘洋
非要因
2016-12-22
地质情况
强度测试
施工粉尘大、遮挡
机械性能
能见度能清楚的
4
调查分析
施工现场
看到前后方设备
吴谦
要因
2016-12-22
视线
。
的正常运转。
技术交底
严格按照机械造
机械操作方法不正
会议室、
作说明操作，现
5
现场确认
和施工现
冯文敏
非要因
2016-12-22
确
施工现场
场指示屏幕显示
场确认
正常
6
切割线路不适合掌
调查分析
施工现场
会议室、
按照隧道围岩节
刘何
要因
2016-12-22
子面围岩
检查
施工现场
理方向切割
开挖断面尺寸不正
会议室、
测量队现场测量
7
现场确认
现场测量
，断面控制在±5
蔡子勇
非要因
2016-12-22
确
施工现场
cm
8
机械缺乏保养
现场确认
施工现场
施工现场
确保专人保养，
吴谦
非要因
2016-12-22
检查
运转记录正常
许艳华
9
截齿材料不合格
现场确认
验收截齿
施工现场
截齿合格证
、刘少
非要因
2016-12-22
红
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：
隧道出口围岩破碎，为凝灰质粉砂岩，掘进机自带喷水系统半径较小
，喷水为股状水，且掌子面围岩遇水迅速软化。
当掘进时切割部与围岩摩擦产生灰尘瞬间增大时，降尘效果较差，影响操作人员的视线，导致掘进速度降低。
经QC小组确认为
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：
现场为围岩为凝灰质粉砂岩，围岩较破碎。
采用悬臂式隧道掘进机现
场掘进，切割线路不适合围岩破碎段开挖，是导致悬臂式隧道掘进机掘进速度低下的
主要原因。
经QC小组确认为主要原因。
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隧道出口一次性切割面积为（12.68×4.8m（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、制定对策
结合以上2个原因，我QC小组进行了认真总结分析；
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、达到降尘
1、选择合理的雾
1
施工粉尘大
安装雾喷
时间0损耗。
喷装置；2、安装
施工
吴
谦
2016.11.10
、遮挡视线
装置
2、能见度达
到最佳位置，喷射
现场
到30m范围
半径达到最好。
切割线路不
1、切割时间
1、按照划块分部
结合现场
减少40分钟
切割。
施工
2
适合掌子面
刘
洋
2016.11.10
围岩调整
，挪动掘进
2、切割线路依据
现场
围岩
切割线路
机1次。
围岩节理调整。
九、对策实施
要因一实施：
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。
位置2
位置1
原喷水装置
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
。
要因二实施:
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“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
要因二实施效果：
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、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9-1QC活动后悬臂式隧道掘进机掘进循环时间统计表
掘进（1.5
断面面
净掘进
其它损耗时间（h）
围岩情
备注
掘进机
非正常
日期
m）总用
积（㎡
时间
通风降
况
移位用
掘进用
时（h）
）
（h）
尘用时
时
时
2017/1/6
Ⅴ级围
4.32
48
4.01
0
0.16
0.15
岩，凝
2017/1/7
4.35
48
4.09
0
0.15
0.11
灰质粉
2017/1/7
砂岩，
4.42
48
4.18
0
0.12
0.12
岩质较
2017/1/8
4.43
48
4.20
0
0.10
0.13
软，抗
2017/1/9
压强度
4.38
48
4.16
0
0.12
0.10
为28.1K
Pa
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*24/19.5*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、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、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。
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