提高隧道二衬表观质量一次施工合格率323.docx
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提高隧道二衬表观质量一次施工合格率323
2010年度石油工业
QC小组活动成果
提高苇水隧道二衬表观质量
施工一次合格率
小组名称：
隧道项目QC小组
单位：
中原油田建设集团公司
发布人：
方虎
小组类型：
现场型
二00九年十二月三十日
一、工程概况
苇水隧道是中石化重点工程榆林-济南输气管道工程12条隧道之一。
隧道全长1637.8m,高差约26.90m。
坡度3.4%、0.5%的人字坡。
隧道结构按新奥法原理进行设计，采用复合衬砌，以锚杆、湿喷混凝土（钢筋挂网）、钢拱架等为初期支护，管棚、超前注浆小导管、超前锚杆等为施工辅助措施，充分调动和发挥围岩的自承能力，在监控量测信息的指导下施作初期支护和二次模筑衬砌,二次衬砌厚度为30cm的C30普通防水砼。
隧道的二次衬砌采用液压混凝土衬砌台车与泵送混凝土施工技术相结合的施工工艺。
图1隧道断面设计图
二、小组概况
本小组成立于2007年2月，主要由工程技术人员组成，为现场型小组。
小组从建立至今已获得国家级优秀成果一项，省部级优秀成果一项。
小组每月根据隧道施工情况有针对性地开展QC活动，小组成员接受全面质量管理教育和ISO9000族标准培训在115小时以上。
表1QC小组成员组成概况表
小组名称
隧道QC小组
小组类型
现场型
活动时间
2009.5—2009.12
小组成员
10人
平均年龄
33岁
序号
姓名
性别
年龄
文化程度
技术职务
小组分工
1
方虎
男
31
本科
工程师
组长
2
徐振东
男
38
本科
高级工程师
副组长
3
米长利
男
37
本科
高级工程师
技术顾问、组员
4
曾祥志
男
30
本科
工程师
组员
5
付志萍
女
39
本科
工程师
组员
6
刘继光
男
39
本科
工程师
组员
7
李伟
男
31
本科
工程师
组员
8
魏丽
女
30
专科
助理工程师
组员
9
闫涛
男
32
本科
工程师
组员
10
孙孝峰
男
31
本科
工程师
组员
三、选题理由
四、现状调查
苇水隧道于2009年8月20日贯通，贯通后立即转入了二衬施工阶段。
为了使苇水隧道二衬表观质量施工一次合格率在前期我们已完成的遮峪隧道二衬的基础上再上一个台阶，我们QC小组于2009年9月20日，对相邻的遮峪隧道和苇水隧道浇筑的120m的二衬外观质量进行了调查，其中遮峪隧道施工二衬45模（一模6板），苇水隧道施工10模（一模6板），共计55模（330板），调查总面积达4897㎡，发现存在质量缺陷的二衬混凝土总面积881㎡，主要存在气泡、泛砂、错台、干裂、蜂窝等质量缺陷，具体情况见调查表2《隧道二衬外观质量调查表》。
表2隧道二衬外观质量调查表
序号
外观质量缺陷项目
问题出现
频数
累计频数
频率
累计频率
1
气泡
623
623
70.72%
70.72%
2
泛砂
176
799
19.98%
90.7%
3
干裂
35
834
3.97%
94.76%
4
蜂窝
26
860
2.95%
97.62%
5
错台
21
881
2.38%
100%
合计
881
100%
制表：
曾祥志制表时间：
2009.9.21
根据调查后的统计情况，对现场存在的质量缺陷进行排列，以便于更进一步确定主要问题（见图1）。
绘图：
方虎绘图时间：
2009.9.22
图1二衬外观质量缺陷排列图
通过调查结果统计表和排列图，我们可以看出，气泡现象在隧道二衬外观质量缺陷中出现频率最高，占70.72%，这是影响隧道二衬外观质量的最主要的因素。
五、确定活动目标
根据业主的要求及企业施工形象的需要，我们将活动目标确定为：
隧道二衬外观质量施工一次合格率达到92%以上。
可行性分析：
1、由于榆林—济南天然气输气管道工程是创国家优质工程的项目，苇水隧道也在其创优规划范围内，业主要求隧道二衬混凝土必须做到内实外美，隧道二衬混凝土外观不得有明显修饰痕迹，施工一次合格率必须达90%以上。
2、通过现状调查可以看出我们当前的施工一次合格率是82%，并不是每一板都存在外观缺陷，而且通过进一步调查发现，没有缺陷的板块大多都是连续的，如果我们通过QC活动能够将成功的经验总结出来，则施工一次合格率必然可以大幅提高，从而达到或超过业主要求的90%的目标要求。
3、通过遮峪隧道和苇水隧道二衬试验段的施工，工人们对隧道二衬施工工艺已熟练掌握。
关键工序的人员业务熟练，责任心强。
通过分析认为，虽然任务艰巨，但通过QC小组的努力，小组活动目标是可以实现的。
六、原因分析
分析出影响隧道二衬混凝土外观质量的主要因素为气泡现象后，小组采取了查阅混凝土浇筑记录、混凝土配合比，询问现场工人施工细节等方法对造成气泡现象的原因进行了调查，于2009年9月25日在施工现场会议室运用头脑风暴法展开热烈的讨论，集思广义找出了二衬表面发生气泡现象的各种原因，通过归纳整理，绘制出因果分析图（见图2）。
绘图：
高磊绘图时间：
2009.9.25
图2二衬表面发生气泡现象的因果分析图
从因果分析图中，可以清晰地看到12条末端因素，包括：
部分施工人员质量意识不强，检查监督不到位，混凝土搅拌时间短，水灰比不适当，初凝时间短，没有分层浇筑，拆模早，浇筑速度控制不当，模板光洁度差，附着式振捣器数量少，下雨增大了砂石含水量，洞内外温差大。
七、要因确定
为了尽快解决隧道二衬混凝土表面气泡多的现象提高隧道二衬外观质量施工一次合格率，我们对因果图中归纳出的12条影响因素进行了详细的分析，以便于找出问题的主要原因：
1、部分施工人员质量意识不强
隧道二衬施工队伍共有54名操作工人，2009年9月22日小组采用问卷调查的方法对这54名工人进行了调查，调查具体情况以饼分图表示（见图3）。
图3现场工人调查结果示意图
通过问卷调查证实了这个问题确实存在，但通过调查，我们也可以看出，74%的操作工人对施工工艺比较熟练，对隧道二衬的外观质量重要性认识不够的工人占总人数的26%，这说明责任心问题不是造成隧道二衬外观气泡现象多的直接原因。
因此可以将其确定为非要因。
同时我们也立即根据调查问卷的结果加强了标准宣贯力度，重新组织了现场技术交底，并制定了一系列的奖惩措施，以进一步提高全体人员的外观质量意识。
2、检查监督不到位
9月22日小组还对现场的施工记录和检查记录进行了检查，通过检查发现了9月1日和9月16日两天的施工记录和检查记录没有检查人签字，这说明现场存在检查监督不到位的问题。
我们随后又查看了与这两天相对应的施工部位，发现9月1日施工的K0+058桩号的二衬混凝土表面并没有大量气泡，这也表明偶尔的检查监督不到位与二衬混凝土表面的气泡数量没有直接联系，因此我们将其确定为非要因。
同时也对现场质检员和施工员进行了处罚，并专门安排小组成员闫涛、祝怀强常驻现场，对隧道二衬施工质量进行全过程监督。
3、混凝土搅拌时间短
苇水隧道二衬混凝土浇筑采用混凝土罐车运输混凝土，洞内运输距离最长达到了900m，在现场观察时发现搅拌机操作手经常在罐车司机的催促下每盘料仅仅搅拌30-40s就放入罐车的罐内，而罐车再向洞内运输时又不保持存储罐一直处于滚动搅拌状态。
这样直接导致了砂浆和骨料不能均匀裹挟，混凝土和易性很差，这种混合料入模后其中空气很难释放，从而形成了气泡。
经过分析这一问题的主要原因还是由搅拌机操作手和罐车司机不负责任造成的，因此我们通过对操作手进行岗位教育，来解决这一问题。
问题已解决，因此将其确定为非要因。
4、水灰比不适当
通过查阅有关资料，我们得知模板内已经振捣好的混凝土由于水泥水化热的作用，在静止时也会自行泌出混合料内多余水分，而模板表面由于涂有脱模剂，会和混凝土之间有一定的不均匀空隙，泌出的水分沿着这些空隙向下渗，并带走混凝土表面的水泥浆，从而造成气泡现象。
因此合理的控制混凝土的水灰比例，尽量减少混合料泌出多余水分就显得尤为重要。
为了要取得较好的混凝土流动性能，苇水隧道二衬试验段的混凝土配比的水灰比值为0.51，比常用的经验数据0.4要大，而且现场混凝土为大批量拌制，与试验室中的样本拌制有一定的差异，导致现场拌制的混凝土泌水量较大，严重影响了混凝土外观质量，因此我们需要通过进一步试验分析确定合适的水灰比，所以我们将其确定为主要因素。
5、初凝时间短
苇水隧道二衬混凝土配合比设计的初凝时间为1.5h（规范建议时间为2h），而由于受到苇水隧道浇筑环境的限制，混凝土从出仓到入模就需要70min，入模后混凝土流动性较差，振捣时混凝土中的空气也不易排出，从而造成该处气泡较多。
经过分析，这一因素虽然是客观存在的，但是毕竟出现这种情况的几率较小，一般是在特殊情况下出现，如输送泵堵管、罐车运料途中故障等。
因此将其确定为非要因。
6、没有分层浇筑
由于泵送混凝土流动性较好，且苇水隧道边墙只有1.8m，高度较小，因此在刚开始施工时，没有特意要求施工人员分层浇筑，输送泵将混凝土直接
由模板台车拱顶的进料口泵送入模板台车内，每次打入3m3后振捣一次。
这种浇筑方法产生了较多的不确定性，如无法确定左右两边边墙内的混凝土是否均衡、无法观察被振捣的混凝土的振捣效果等。
这样就不能保证混凝土表面不出现气泡现象。
因此必须要研究一套分层浇筑的施工工艺，所以将这一因素确定为主要因素。
7、拆模早
由于苇水隧道施工工期非常紧，为了提高模板台车周转频率，施工现场一般在混凝土浇筑完8h后混凝土强度达到7MPa以上时开始拆模，这样在正常情况下不会产生粘模或落顶的问题，但当混凝土水灰比大，外界气温突然降低时8h拆模就会产轻微粘模现象，导致表面气泡或石子外露。
这一问题我们通过采用试压同条件养护试块确定其强度的方法加以解决，在试块强度达到7MPa以上时再通知模板工拆模。
因此将该问题确定为非要因。
8、浇筑速度控制不当
苇水隧道现场施工采用的是HBT60型输送泵，最高输送压力达到16MPa，浇筑效率为60m3/h。
隧道边墙厚度仅为30cm，快速浇筑的混凝土直接导致了下层混凝土中的空气来不及排除就被上层混凝土覆盖了，由于厚度较薄，加强振捣也无法使下部混凝土中的空气完全排出，从而导致了气泡的产生。
而苇水隧道由于采用混凝土输送车向输送泵内供料，确定一个合理的浇筑速度也是分层浇筑工艺需要研究的一个方面，所以将其确定为非要因。
9、模板表面光洁度差
9月24日，在为了分析二衬混凝土表面为何经常有气泡现象出现
而进行的现场调查中，小组顾问米长利无意间发现工人正在给模板台车涂刷脱模剂，而模板表面由于经过多次周转光洁度很差，表面存在星星点点的细小杂物。
经过进一步的调查发现，由于模板台车与隧道岩石面之间的距离很薄（最厚处不超过40cm），清理模板非常不方便，因此工人就很少对其进行清理，从而导致模板表面杂物越积越多，而这些杂物由于不够光滑，在拆模时又会粘掉新混凝土的表皮水泥浆或导致混凝土中的空气不能顺利逸出，从而造成气泡出现。
这个问题只有通过施工过程中加大监督力度来解决，因此我们将其确定为非要因。
10、附着式振捣器数量少
模板台车出厂时，由于担心振捣器激振力过大对模板造成损坏，厂家仅配备了8台0.75KW附着式振捣器，其中拱顶2台，两侧边墙各3台，当浇筑速度快，水灰比大时，振捣力就相对显得比较缺乏，虽然能够保证混凝土的密实度，但不能使与模板内表面接触的混凝土内空气完全排出，这些空气聚集在模板表面形成气泡。
由于这一问题可以在研究分层施工工艺时一起考虑，所以将该问题确定为非要因。
11、下雨增大了砂石含水量
8、9月份正值施工当地的雨季，下雨过后，砂石料的含水量远大于正常的5%，而现场施工时没有及时测定这时砂石料的准确含水量，雨水增大了混凝土的水灰比，从而造成了气泡现象的出现，为了解决这一问题，我们安排蔡濮同志每逢下雨就携带工具驻守现场，采用烧干法测定砂石料中的含水量，及时调整施工用水，确保水灰比。
问题得以解决，因此将其确定为非要因。
12、洞内外温差较大
由于苇水隧道中部埋深较大，导致洞内外存在较大温差。
经魏丽同志连续3天的观测发现，洞内外温度最大可相差13℃。
这一现象导致了混凝土中的空气无法正常排出，从而造成了气泡现象的出现。
由于这一自然现象会随着我们逐渐向洞口方向浇筑而解决，因此将其确定为非要因。
通过以上的分析，我们确定了造成苇水隧道二衬混凝土表面出现气泡现象的主要原因有：
①水灰比不适当，②没有分层浇筑。
分析出主要原因后，我们绘制要因确认表如下表3《要因确认结果》所示：
表3要因确认结果表
序号
原因
与气泡现象的关系
结论
1
部分施工人员质量意识差
间接关系
非要因
2
检查监督不到位
间接关系
非要因
3
混凝土搅拌时间不足
直接关系，但易于解决、控制
非要因
4
水灰比不适当
直接关系，不易于解决、控制
要因
5
初凝时间短
间接关系
非要因
6
没有分层浇筑
直接关系，不易于解决、控制
要因
7
浇筑速度过快
直接关系，但可通过调整浇筑工艺解决
非要因
8
拆模早
间接关系
非要因
9
模板表面光洁度差
直接关系，但易于解决、控制
非要因
10
附着式振捣器数量少
直接关系，但已于解决。
非要因
11
下雨增大了砂石含水量
直接关系，但易于解决、控制
非要因
12
洞内外温差大。
自然因素，无法改变
非要因
制表：
蔡濮 制表时间：
2009.9.26
八、制定对策
根据要因确认中找出的主要原因，QC小组制定了若干对策，然后对其进行逐一地分析，最后确定对策措施如对策表所示：
表4对策表
序号
要因
对策
目标
措施
负责人
负责人
完成时间
地点
1
水灰比不适当
调整配合比
最大限度降低设计水灰比不高于0.5
①将现场材料送至山西省建筑科学研究院建材实验室重新做配比试验；
②将试配结果在现场实地试验；
③确定最终配合比，并在现场挂牌，质检员监督混凝土搅拌。
曾祥志、蔡濮
徐振东
2009.10.15
苇水隧道
2
没有分层浇筑
根据现场情况编制分层浇筑方案并交底
明确分层厚度，使振捣和浇筑过程处于可控状态。
①调查现场情况；
②确定分层厚度；
③确定振捣方式方法；
④确定浇筑速度；
方虎、高磊、陈飞
米长利
2009.10.15
苇水隧道
制表：
刘继光 制表时间：
2009.9.27
九、对策实施
对策实施一解决水灰比不适当的问题
2009年9月28日，与山西省建筑科学研究院建材实验室联系后，小组成员曾祥志从现场随机抽取了中砂、碎石、水泥、泵送剂等样品赶往太原，配合实验室人员试做了3组配合比。
三组配比的水灰比分别为0.4、0.45、0.5，由于试验过程中的拌合规模较小，且没有经过泵送，无法测定其最终效果，10月1日曾祥志同志电话告知了实验室的试配情况。
现场立即根据试配的情况在进、出口连续浇筑了3模，10月3日小组对这3模混凝土进行了检查评价，通过检查和对比，我们发现水灰比为0.45时，混凝土的和易性和成品外观质量最好，现场的操作工人也反映，水灰比为0.45的混凝土和易性较好，入模后容易振捣，泌水率较小，因此我们评定这一组综合效果较好，确定选用该组配比为最终的施工配合比。
对策实施二解决没有分层浇筑的问题
1、调查分析现场情况
为了编制现场可操作性强的施工方案，小组成员方虎、高磊、陈飞对现场的混凝土搅拌设备、运输设备、浇筑设备重新进行了调查和统计。
（1）搅拌设备分析
根据统计洞内最高峰用量时，每小时需求混凝土量约40m3。
现场采用JS1000型混凝土搅拌机、P800配料机进行混凝土拌制，现场平均生产能力可达每小时65m3完全可以满足现场混凝土供应要求；
（2）运输设备分析
由于受洞内空间限制，混凝土运输使用的是3m3的混凝土输送罐车，为了保证运量项目租赁了4台罐车，高峰时每台罐车平均运送10m3/h，即每小时往返运输3次，平均每次20分钟，每盘料可经过2分钟以上搅拌，这样也是能够满足施工要求的。
而HBT60输送泵每小时输送混凝土可达60m3也能够满足要求。
（3）振捣设备分析
台车上安装的0.75Kw附着式振捣器的振动影响深度为50cm，有效作用半径为75cm。
而台车出厂所配的8个附着式振捣器在边墙部位的安装间距为3m，因此混凝土在浇筑时存在作用间隙，当混凝土搅拌很均匀和易性好时，这个作用间隙中的混凝土受到模板的振动，空气会顺利排出，当浇筑速度快，水灰比稍大时空气就无法全部逸出从而形成了气泡。
而拱部的混凝土由于是在混凝土的下方进行振捣，考虑到混凝土的自重和模板的振动，仅需要施加较小的振动力就可以满足将混凝土振捣密实的要求。
隧道边墙的高度为1.8m，附着式振捣器无论安装在哪个高度都会存在作用间隙，通过计算我们认为无论如何在边墙浇筑时都应采取插入式振捣器配合的方式。
（4）选择插入式振捣器解决附着式振捣不足的问题
由于模板与隧道石壁之间的间距仅为30-40cm，所以必须选用直径较小但振动管较长的插入式振捣器，由此我们购置了2台ZN35型软轴插入式振捣器，其棒头长度为45cm，作用半径35cm，通过人工从浇筑窗口操作可以有效的弥补附着式振动器的作用间隙。
2、确定分层浇筑工艺
这些设备分析完后，我们制定了分层浇筑工艺的基本步骤如下：
①边墙混凝土不再从拱顶入料口浇筑，改由边墙模板开窗口浇筑，窗口间距3m，为了便于关闭，窗口以起拱线为中心线。
②为了便于振捣发挥振动器最大效率，边墙混凝土分5层浇筑，分层厚度分别为45cm、40cm、40cm、30cm、30cm，浇筑完第五层后关闭边墙浇筑窗口，改由拱部入料口浇筑。
③第一、二层振捣采用振动棒振捣，振捣器移动的距离不超过其作用半径的1.5倍，第三层至第五层浇筑时先开附着式振捣器，振动4—5次，每次不超过1min，然后再用插入式振捣棒振捣至表面稳定，不翻汽包为止。
④浇筑过程中为了节约浇筑时间，可以采用平行斜向浇筑的方法，但每层需要保持4-5m距离，为振捣环节留出足够时间，本层没有振捣完时严禁在其上铺筑下一层。
依照这个步骤我们编制了隧道二衬斜向水平分层浇筑方案和技术交底资料，于2009年10月14日在现场会议室组织了浇筑工艺的交底会议，由高磊同志对现场施工工人进行了交底工作。
10月18日台车改装完毕后，小组成员轮班到现场监督，严格按照既定的方案开始进行苇水隧道的二衬浇筑工作，至11月20日顺利实施了二衬浇筑480m。
通过实施我们制定的措施和方案，现场浇筑的混凝土与活动前有了很大改善，气泡现象大幅度减少，混凝土外观质量有了较大提高。
十、效果检验
1、现场检查
为了评定活动效果，QC小组于2009年11月25日对现场进行了检查，本次检查范围为10月18日至11月20日浇筑的40模共240板，共3561㎡，存在质量缺陷的混凝土表面积约为183㎡，占受检总面积的5.13%，外观质量施工一次合格率达到了94.8%，超过了预定的92%，具体情况如表5活动后调查表所示
活动后
二衬边墙
表5活动后的调查表
序号
外观质量缺陷项目
缺陷出现
面积
累计频数
频率
1
气泡
85
85
46.45%
2
泛砂
78
163
42.62%
3
干裂
4
167
2.19%
4
蜂窝
6
173
3.28%
5
错台
10
183
5.46%
合计
183
制表：
刘继光 制表时间：
2009.11.26
通过上表可以看出气泡的出现频率占缺陷问题总频率的46.45%，比活动前降低了24.27%，同时也使存在质量缺陷的混凝土表面积大大降低，仅占受检总面积的5.13%，隧道二衬外观质量完好率达到了94.8%，本次活动完全达到了预定目标。
活动前后二衬表面发生气泡出现频率情况对比
2、经济效益
通过本次QC活动，我们也取得了良好的经济效益，具体分析如下：
a.工时节约价值＝（原定额工时3840小时－改进后定额工时120）×前一年平均工时费用13元/小时－工艺改革费用4000元=4.436万元。
b.白水泥、107胶、环氧树脂、小型空压机等节约价值＝（原实际平均先进单位消耗定额150000元－改进后实际单位消耗20000元）－工艺改革费用15000元=11.5万元。
c、节约混凝土外观缺陷鉴定费和检测费用：
本次活动不仅减少了隧道二衬混凝土表面的气泡现象出现，也减少了裂缝的出现，避免了请专业机构来对裂缝进行检测和治理的费用，按照每测点的检测治理费用12000元计算，按照《铁路隧道施工技术规范》要求的检测频率计算，苇水隧道需检测6点，由此节约费用约为：
6×12000=7.2万元。
d、节约工期的费用
由于在分层施工工艺中采用了平行流水作业思路，加快了混凝土浇筑速度，提高了台车周转率，使每模二衬施工循环时间由原来的平均17小时缩短到13小时，使二衬比原计划提前20天完成。
由此节约费用：
20天×17500元/天=35万元。
综合效益共计：
58.136万元
3、社会效益
通过活动，苇水隧道的二衬混凝土表观质量有极大程度提高，得到了业主和监理单位的好评。
并将此次活动的成果在全线进行了推广，获得了良好的效果，使得全线12条隧道的表观质量都有大幅度提高。
为此特授予了中原油田建设集团公司隧道项目部“2009年度先进集体”称号。
十一、巩固措施
1、通过本次活动，我们总结了一整套隧道二衬施工的方法，编制了《苇水隧道二衬施工作业指导书》，并严格控制各工序按照技术交底及作业指导书实施操作，实现了作业标准化。
2、加强了现场跟踪检查力度，要求项目经理或总工在混凝土浇筑过程中必须进行现场监督，及时反馈质量信息，随时处理存在的问题和缺陷。
3、对换班的新工人及时进行培训，使其熟练掌握隧道二衬施工技术及施工工艺后才能正式上岗。
十二、遗留问题和今后打算
通过对本次QC活动我们大幅度降低了混凝土表面的气泡现象出现频率，有效提高了隧道二衬混凝土外观质量，但通过检查表还是可以很明显的发现混凝土表面仍存在泛砂现象，我们在以后的活动中仍将通过QC活动，运用QC方法决这些问题。
我们对小组活动前和活动后的各个方面进行了自我评价。
并且绘制了雷达辐射图。
由此图可以看出通过组织QC活动，小组在解决问题能力、技术水平、团队精神、QC知识、解决问题信心等方面都有了较大提高。
对比 项目
自我评价分数
活动前
活动后
解决问题能力
2
4
技术水平
3
4
团队精神
2
5
QC知识
2
4
解决问题的信心
2
5
图4自我评价雷达辐射图
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