中铁24局杜绝盾构出轨

发表单位：中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司小组名称：TBM第二QC小组课题编号：ZTS-201002发表人：张彦鹏发表时间：二○一一年三月1中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司目录一、工程概况..........................................................................................1二、小组概况..........................................................................................2三、选择课题..........................................................................................4四、设定课题目标......................................................................................6五、提出方案、选择最佳方案............................................................................8六、制定对策.........................................................................................12七、对策实施.........................................................................................13八、效果检查.........................................................................................20九、巩固措施.........................................................................................21十、遗留问题及今后的打算.............................................................................221中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司一、工程概况由我集团公司承建的上海轨道交通12.5标顾戴路站-东兰路站下行线区间盾构隧道工程，总长1653.64m，里程范围为XK+411.526~XK5+079.911，短链14.745m（XK+885.255~XK+900.000），共有五段曲线，曲线半径依次为350m、1200m、650m、900m、1000m。线路纵断面最小坡度2‰，最大坡度25‰。隧道覆土最小为10.0m，最大为22.2m。衬砌采用通缝管片拼装，每环管片分为D、B1、B2、L1、L2及F等6块，环宽1.2m，厚度350mm，管片螺栓采用29套M30直螺栓连接。本工程采用一台直径6340铰接式土压平衡盾构(如图1-1)掘进，从顾戴路东端头井以小半径350从顾戴路转向万源路掘进，然后沿万源路掘进到东兰路站南端头井结束。根据以往经验盾构台车由于线路平曲线半径过小及其他原因，时常会出现台车轨轮出轨的现象，轻则影响施工进度，重则导致台车变形等机械事故以及伤人等安全事故。因此项目部成立QC活动小组，运用QC活动的管理思想及方式，研究出适合于本工程的控制盾构台车出轨方法。提高管理和技术水平，从而保证工期目标的顺利完成，减小安全、设备事故，增加经济效益.图1-1盾构始发拍摄:张彦鹏拍摄时间：2010年9月10日2中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司二、小组概况本QC小组成立于2010年5月，小组组成成员详见表2-1。表2-1：小组成员简介表选题控制曲线段盾构台车出轨方法研究课题注册号ZTS-201002成立时间2010.5.20活动起止时间2010.4-2011.3活动次数16次小组类型创新型姓名性别学历专业小组职务职务组内分工杨勇男本科地质工程组长项目总工兼副经理全面领导操琪男本科土木工程组员工程部长技术、工艺组织实施张彦鹏男本科土木工程组员质量员现场QC管理实施费军辉男中专建筑工程组员施工员现场QC管理实施李海涛男大专机械工程组员设备部长现场QC管理实施杨虎男本科建筑工程组员盾构司机现场QC管理实施陈刚男中专工程机械组员值班长现场QC管理检查章伟男本科土木工程组员值班长现场QC管理实施徐刚男高中盾构掘进队长现场QC管理实施制表人:张彦鹏制表时间：2010年5月1日3中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司活动之前小组成员受QC培训教育都在16小时以上。部分成员参加过上海市工程质量协会组织的“QC小组活动深化研讨班的培训”，以及上海市质量协会组织的“上海市质量管理小组活动诊断师的培训”并取得“上海市质量管理小组活动诊断师”资格证书。本次QC活动次我们小组共计活动16次，每次出勤率都在90%以上，平均达到95.5%。出勤情况如见表2-2。序号培训内容课时培训时间参加人数1QC小组概述43小时102QC活动流程介绍43小时103QC方法运用43小时114QC活动成果发表43小时11序号QC活动阶段次数活动时间参加人数1P阶段53小时45分112D阶段64小时30分113C阶段33小时94A阶段21小时30分11表2-3QC活动出勤情况表图2-2QC活动制表人:张彦鹏制表时间：2010年12月31日制表人:张彦鹏制表时间：2010年12月31日表2-2QC培训出勤情况表图2-1QC培训摄像:张彦鹏时间：2010.10.12摄像:张彦鹏时间：2010.10.304中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司三、选择课题(一)、问题的提出盾构施工是一项高风险的施工项目，采用盾构机进行施工，施工过程高度机械化，盾构机由主机和后续台车部分组成（如图3-1），本工程采用IHI盾构机由6节台车组成，向前移动采用轮轨形式，而成型隧道是圆弧形的，因此施工时在管片内弧面要安装轨道和轨枕满足台车的行走需要（如图3-2）。由于台车轨枕及轨道是临时性的，轨道及轨枕加工及安装精度相对不高等原因，尤其是在平曲线段盾构台车容易出轨，台车出轨造成水平运输通道不畅以及修正需要一定时间，就会直接影响到施工进度，甚至出现安全及设备问题，浪费工期成本，在施工因此采取一定的措施严加管理，应尽可能的避免。(二)、课题确定由于盾构机的不同，台车的轮轨，台车的长度、宽度等设备不同。并考虑一定的经济性、施工便捷性以及安全性，台车轨枕及轨道的外型、安装方式各家施工单位不尽相同。因此控制台车出轨的方法没有办法复制，只能根据设备自身的特点以及施工的需要，综合各种因素研制出一套量身定做的方法，避免盾构出轨。因此。本QC小组确定“控制盾构台车出轨的方法研究”为本小组活动的主题。图3-1盾构机后续车架部分拍摄:张彦鹏拍摄时间：2010.9.13控制曲线段盾构台车出轨方法研究5中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司图3-2盾构台车轨枕、轨道位置示意图制图:张彦鹏制图时间：2010年12月31日控制曲线段盾构台车出轨方法研究6中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司四、设定课题目标4.1、目标通过QC活动，制定出控制盾构台车出轨的方法，并在施工保证盾构台车在施工过程中不出轨。盾构台车出轨次数控制为“0”。不影响工程施工进度，不发生安全、设备事故。4.2、目标可行性分析4.2.1、有利条件1）、通过上海轨道交通11.4标祁连山路站-真南路站上行线工程，上海轨道交通10.10标上海动物园路站-龙溪路站区间上下行线工程，上海北京西路-华夏西路电力电缆隧道1标4#-3#盾构区间工程，苏州轨道交通1号线TS-12标区间隧道工程，上海轨道交通10.9标水城路站-龙溪路站区间隧道上下行线工程，上海轨道交通12.5标顾戴路站-东兰路站上行线等六个工程的盾构台车出轨事件的调查发现盾构平均推进300m台车出轨一次，控制不好的每推进100m就出轨一次。控制最好的整个区间没有一次台车出轨事件，同类工程有盾构台车出轨事件控制次数为“0”的先例；2）、本台盾构机为日本石川岛6340土压平衡盾构。盾构机最小适应曲线半径为250m，盾构机主体及后配套台车都是按此曲线设计，满足最小半径350m平曲线施工要求。考虑了台车的安全行驶。3）、同过上述五个工程台车轮轨及轨枕及轨道的调查，掌握了大量的轨枕、轨道的资料及控制台车出轨的方式。为制图4-1盾构台车急曲线段拍摄:张彦鹏拍摄时间：2010年10月12日控制曲线段盾构台车出轨方法研究7中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司定本工程控制台车出轨的方法提供依据。4.2.2、不利条件1）、本隧道结构采用通缝管片，通缝管片拼装易产生错缝、错台、旋转、张角及喇叭口等拼装缺陷，对控制台车轨枕、轨道的定位精确性产生影响，导致轨道平整度不好，诱发出轨。2）、本工程曲线多，而且急曲线段（350m半径）比较长（将近400m），由于在曲线段盾构台车与轨道，轨道与曲线拟合情况不好，台车车轮将产生额外的弯矩及应力，如果过大将直接导致台车出轨。控制曲线段盾构台车出轨方法研究8中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司五、提出方案、选择最佳方案控制曲线段盾构台车出轨的方法是系统方法，主要划分为以下6个系统：盾构台车尺寸的设计，盾构台车轮轨的选择与设计，盾构台车轨枕的选择与设计，盾构台车轨枕的选择与设计，盾构台车轨枕、轨道安装控制方法、盾构台车间以及盾构主机与第一节台车曲线拟合情况控制方法，如图5-1所示。其中盾构台车尺寸的设计，盾构台车轮轨的选择与设计是盾构选型时选择的不是本QC小组能解决的，因此只需对后四个系统提出方案，选择合理的方案。根据目前盾构施工常见的盾构台车轨枕及控制出轨方法以及盾构机的特点及本工程施工特点，小组成员通过调查及采用头脑风暴法找出了控制台车出轨四个系统的几种方法，如表5-2所示，根据综合评估选择了合理方案，如表5-3所示。控制曲线段盾构台车出轨方法盾构台车轨枕的选择与设计盾构台车轨道的选择与设计盾构台车轨枕、轨道安装控制方法盾构台车轮轨的选择与设计盾构台车外形尺寸的设计盾构台车间以及盾构主机与第一节台车曲线拟合情况控制方法图5-1：控制曲线段台车出轨系统方法制图人:张彦鹏制图时间：2010年5月2日控制曲线段盾构台车出轨方法研究9中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司一、盾构台车轨枕的选择与设计项目方案内容经济性适用性施工便捷性方案优劣评价方案一台车轨枕和电机车轨枕共用一个轨枕，采用20号工字钢，工字钢下面焊接马凳支撑在管片落地块水平启口处。如图5-2费用较大适用不方便优点是轨枕、轨道刚度大，受力合理，但是工作量非常大，不经济，施工也不方便。方案二台车轨枕和电机车轨枕分离，机车轨枕采用12号槽钢，台车轨枕加工成“牛腿”形状，并固定在管片螺栓孔里。台车轨枕不断向前可周转使用。如图5-3费用较低较适用方便受力没有方案一好，但是工作量小，经济，施工也便捷。二、盾构台车轨道的选择与设计项目方案内容经济性安全性施工便捷性方案评价优劣方案一选用30kg/m的轨道，台车轨道长度分割为每3m一节费用较大较安全不方便能更好的和成型隧道的曲线拟合，但连接接头较多，质量控制困难。方案二选用24kg/m的轨道，台车轨道长度为12.5m费用较小较安全方便由于轨道长度较长，因此与成型隧道的拟合较难控制，但是由于连接接头较少，施工较便捷，质量易控制。三、盾构轨枕、轨道安装控制方法表5-2：控制曲线段台车出轨方法各系统评估控制曲线段盾构台车出轨方法研究10中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司项目方案内容经济性安全性施工便捷性方案评价优劣方案一1、轨道与轨枕用轨道压板固定。轨道和轨枕为一个固定系统，台车轮轨严格按照定型轨道行走2、严格控制轨道、轨枕安装质量，控制好轨枕的位置，轨道间