研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法小组名称：盾构队QC小组课题类型：创新型发布人：刘会强实施单位：中铁七局集团第五工程有限公司申报时间：2018年7月11日目录一、工程概况 (1)二、小组简介 (2)三、选择课题 (2)四、设定目标及目标可行性分析 (4)五、提出方案并确定最佳方案 (6)六、制定对策 (11)七、对策实施 (12)八、效果检查 (16)九、标准化 (18)十、总结和下一步打算 (19)研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法中铁七局五公司盾构队QC 小组一、工程概况哈尔滨市轨道交通1号线三期工程镜泊路站～渤海路站～新疆大街站区间、郑州轨道5号线土建08标经开第八大街站～经开第三大街站区间共有3台盾构机在施工，均为土压平衡盾构机，盾尾长度均为3890mm ，管片拼装机轴向移动油缸最大行程均为2000mm ，两标段共计6次盾构机接收施工。
见图1、图2。
镜泊路站～渤海路站～新疆大街站区间示意图经开第八大街站～经开第三大街站区间示意图图1 两标段盾构机接收位置示意图图2 盾构机主机结构图2次接收2次接收2次接收二、小组简介小组简介表1制表人：赵勇制表时间：2017年1月20日三、选择课题根据总体工程筹划，哈尔滨市轨道交通1号线三期工程镜泊路站～渤海路站区间右线盾构机贯通后，转场至左线进行施工，左线盾构机下井节点日期为2017年3月15日，而右线盾构机于2017年3月10日贯通，仅有5天的拆机、转场时间，但是以往施工中拆机、转场最短时间需要7天时间，节点工期无法实现。
通过对盾构机拆机、转场整个施工过程讨论分析，发现只有盾尾与成型管片分离的时间可以缩短，其他工序的时间已经无法缩短，经计算，只有将盾尾与成型管片分离时间控制在4小时以内，才能实现左线盾构机下井的节点工期。
以往盾构接收时采用拼装两块临时管片的方法将盾构机与成型管片进行分离，但由于分离后管片拼装机抓举板达不到临时管片吊装头位置，导致临时管片无法用管片拼装机进行拆除（见图3），只能依靠人工进行临时管片的拆除及外运，工作量大，过程繁琐，工作效率低，经统计采用传统方法分离时工作时间共计48小时（见表2）。
采用传统方法分离时各工序工作时间统计表表2工作内容运送临时管片吊运、拼装推进人工拆除管片管片外运存放合计制表人：刘会强制表时间：2017年1月20日图3 分离后管片拼装机与临时管片吊装头关系示意图安 安全高效的新方法？图4 盾尾与成型管片分离示意图抓举板不能到达吊装头位置经讨论，小组成员提出构想：能否研发一种新方法，有效利用管片拼装机进行施工，进而实现操作简单，安全高效？小组成员在国家科技图书文献中心、国家科技成果网、维普资讯、万方数据、中国学术期刊网、中国知网中查找类似文献，共检索到4篇类似文献（见表3）：其中，“盾构机推进油缸撑靴头安装使用的改向架”可以借鉴，使本小组萌发了创新思路，该改向架分别采用螺栓与推进油缸撑靴头、管片拼装机抓举板进行连接，利用管片拼装机旋转进行推进油缸撑靴头的安装工作（见图5）。
文献检索和查新汇总表 表3序号 文献启发点 1复杂环境下盾构始发与接收综合施工技术［中建市政建设有限公司］.20102 矿山法隧道内盾构接收施工方法（专利号：CN104500082A ）3 盾构机推进油缸撑靴头安装使用的改向架 利用管片拼装机施工4管片吊装孔抗拉拔动态试验方法及试验装置（专利号：CN105043847A ）制表人：牟强 制表时间：2017年1月23日图5盾构机推进油缸撑靴头安装使用的改向架小组成员受文献3中改向架与管片拼装机抓举板连接方式的启发，采用传力装置代替临时管片，通过类似的连接件将传力装置与管片拼装机进行连接，从而实现传力装置的安装、拆除，达到盾尾与成型管片的分离的目的。
由此，小组最终将活动课题确定为：研发盾构接收时盾尾与成型管片分离的新方法。
四、设定目标及目标可行性分析1、确定目标：设计并制作一套传力装置代替传统方法中的临时管片，在盾尾与成型管片分离过程中实现机械化作业，提高施工效率。
推进油缸撑靴头 管片拼装机抓举板改向架2、确定目标值：将盾尾与成型管片分离有效作业时间由48小时缩短为4小时。
3、目标可行性分析：（1）将借鉴改向架相关的数据与设定的目标值进行对比分析根据资料查询结果，采用管片拼装机、改向架进行推进油缸撑靴头安装时，每8分钟可安装1组，小组成员结合自身能力分析，如由现场现有施工人员采用管片拼装机、改向架进行推进油缸撑靴头安装，每10分钟可安装1组。
若根据其改向架的原理设计并制作一套传力装置代替传统方法中的临时管片，分离过程中采用管片拼装机进行传力装置的安装及拆除，类似于推进油缸撑靴头安装过程，可将安装及拆除时间分别控制在40min内。
根据安装推进油缸撑靴头类似施工经验，传力装置加工和运送可提前完成，不占用总工时。
经理论计算，当采用新方法分离时有效作业时间为3.5h（见表4），目标能够实现。
分离时各工序理论有效作业时间计算表表4工作内容制作传力装置运送洞内吊运安装同步推进拆除外运存放合计平均耗时0小时0小时0.7小时 1.6小时0.7小时0.5小时 3.5小时制表人：刘会强制表时间：2017年1月24日（2）分析小组拥有的资源、具备的能力与课题的难易程度本课题受公司领导高度重视，资金、材料、设备有保障。
小组成员来自盾构施工技术、盾构司机等多个岗位，盾构施工经验丰富，动手能力强，曾获得多项盾构方面成果奖励，从人员能力上能满足创新课题要求。
见图6。
图6 本小组参与获得的成果证书综上所述：目标可以实现。
五、提出方案并确定最佳方案（一）提出方案通过借鉴“盾构机推进油缸撑靴头安装使用的改向架”的创新思路，小组提出了新方法的整体方案---设计并制作一套传力装置代替传统方法中的临时管片，进行盾尾与成型管片分离施工。
按研发的工序流程主要由4个技术难点：①设计并制作传力装置，使其能利用管片拼装机进行施工；②安装传力装置，难点是安装位置的选择，使其在推进时传力装置受力均衡；③盾构机推进，重点是选择盾构机推进模式，使其推进保持同步；④拆除传力装置，使其拆除顺序便于操作。
小组首先围绕技术难点确定了研发框架（见图7），并通过方案比选确定最终研发方案。
图7 研发方案框架（二）方案比选 1、一级方案选择 ①设计并制作传力装置2017年2月5日，通过借鉴推进油缸撑靴头安装的施工经验，小组成员针对传力装置与管片拼装机抓举板的连接方式分别进行现场试验，小组成员赵勇、牟强进行现场操作，于东奇负责数据记录。
经现场试验结果对比分析，小组选用“管片吊装头+H 型钢”。
试验结果记录表 表5制表人：于东奇 制表时间：2017年2月5日装置材料和结构大样确定后，小组成员采用现场调研与CAD模拟相结合的方法进行全过程模拟分析，特别是针对传力装置加工尺寸模拟、安装模拟、分离后模拟及拆除模拟，见图8、图9、图10、图11。
图8 传力装置加工尺寸CAD模拟图图9 传力装置安装后剖面CAD模拟图图10盾尾刷脱离管片时CAD模拟图图11盾尾与管片分离完成后的状态CAD模拟图通过全过程CAD模拟分析，利用“管片吊装头＋H型钢”制作的传力装置理论上能够满足施工要求。
小组成员又按照模拟图纸尺寸制作加工一套传力装置，用于现场拼装试验（见图12），经现场试验管片拼装机能对传力装置进行安装、拆除工作，操作简单方便。
因此，采用“管片吊装头＋H 型钢”方案可行。
管片吊机吊运现场试验管片拼装机抓举、拼装、拆除现场试验图12传力装置现场试验影像资料②安装传力装置2017年2月6日，小组成员针对“7#、8#、9#油缸位置”和“6#、8#、10#油缸位置”两种比选方案分别进行现场试验，小组成员张世召、毛付立进行现场操作，谢丽辉负责数据记录。
经现场试验结果对比分析，选用在“6#、8#、10#油缸位置”进行安装。
试验结果记录表表6制表人：谢丽辉制表时间：2017年2月6日③盾构机推进由于刀盘与推进模式互锁，针对在刀盘不转情况下推进模式无法启动的难题，2017年2月6日～8日期间小组积极咨询我局及盾构制造商的盾构专家，为提高施工安全性，专家推荐采用拼装模式进行推进，即在不更改盾构机核心参数设置的情况下完成盾构机的推进前移工作，小组成员结合专家建议分析后确定采用拼装模式推进。
比选方案结果记录表 表7制表人：谢丽辉 制表时间：2017年2月8日图13在不同推进模式下的操作位置、方式测试④拆除传力装置小组以传力构件拆除的难易程度为第一关注点， 2017年2月10日，针对“先两侧后中间”和“先中间后两侧”两种比选方案分别进行现场试验，小组成员张东升、赵勇进行现场操作，牟强负责数据记录。
经现场试验选用“先中间后两侧”拆除顺序。
试验结果记录表 表8制表人：牟强 制表时间：2017年2月10日推进模式下推进拼装模式下推进至此，一级方案全部确定（见图 14）图14 一级方案确定后方案系统图2、二级方案选择由于传力装置两端钢板仅有20mm 厚，经试验传力装置与管片连接时每个螺杆上需要增加至22个钢垫圈方能进行螺栓紧固，现场不易操作。
小组查阅图纸时发现联络通道处钢管片与混凝土管片连接的弧形短螺栓（见图16），经现场试验结果对比分析，该短螺栓的尺寸与弧度满足施工要求，安拆操作简单，因此，采用弧形短螺栓作为传力装置与管片之间的连接件。
图15 弧形螺栓现场测试影像资料 图16 弧形短螺栓加工图试验结果记录表 表9制表人：牟强 制表时间：2017年2月11日短螺栓长螺栓通过上述两级方案比选，新方法的最佳方案全部确定（见图17）。
图17 确定后方案系统图六、制定对策QC 小组依据5W1H 的原则，制定对策表见表10：对策表 表10制表人：赵勇 制表时间：2017年2月11日七、对策实施实施一：设计并制作传力装置1、2017年3月5日～6日，我小组成员赵勇、周燕萍根据CAD模拟尺寸绘制传力装置加工图，并进行下料加工，刘会强对加工完成后的构件进行检查验收，见图18、图19、表11。
图18下料加工图19检查验收传力装置验收表表11制表人：刘会强制表时间：2017年3月6日效果检查：经检查验收，传力装置最大误差5mm，验收合格，分目标实现。
实施二：安装传力装置1、2017年3月12日8:40～8:50期间，小组成员牟强、于东奇在盾构机掘进完成后开启拼装模式，首先将盾体正下方（8#油缸位置）的推进油缸收回，然后通过管片拼装机将一个传力构件摆放到位，用弧形短螺栓将该传力构件一端钢板与成型管片连接，最后将盾体正下方（8#油缸位置）的推进油缸伸出顶紧该传力构件另一端钢板，将弧形短螺栓紧固，盾体正下方的传力构件安装完成。
如图20所示。
图20正下方传力构件安装2、2017年3月12日8:50～9:16期间，采用同样的方法，依次将盾体正下方偏左45°（10#油缸位置）和正下方偏右45°（6#油缸位置）位置处的推进油缸收回，安装第二个传力构件和第三个传力构件，安装完成后将所述管片拼装机复位，如图21、图22所示。