广州市220kV奥林变电站电力隧道工程南段QC小组.docx
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广州市220kV奥林变电站电力隧道工程南段QC小组
减少泥水盾构施工用水量
一、工程简介
本课题以广州市220kV奥林变电站电力隧道工程南段为背景设定,区间隧道线路南起东圃变电站,穿越中山大道,沿大观南路西侧地下向北,穿越黄村路,经过地铁四号线,再穿越大观路沿着大观路向北到达广深铁路南面的盾构吊出井。
本区间采用一台Φ4350三菱复合泥水平衡盾构机进行盾构掘进,从始发井分体吊装下井掘进至盾构吊出井结束,掘进总长度为1135.651m。
区间穿越的地层主要为砂层、粉质粘土层及风化岩层等,地下水埋深2m。
泥水加压平衡盾构机工法的基本原理是通过向盾构机土仓输送泥浆,利用泥浆将盾构机切削后的渣土经采石箱、环流泵输送至泥浆处理设备,然后分离出渣土。
将分离出的渣土和多于泥浆池容量的废浆进行外运,这部分渣土及余泥大量排放带走大部分可利用水,给项目部成本控制造成较大压力。
图1-1泥水盾构机环流示意图
制图:
韦成林日期:
2013年1月2日
名词解释:
泥水加压平衡盾构:
泥水加压盾构法施工,指在盾构开挖面的密封隔仓内注入泥水,通过泥水加压和外部压力平衡,以保证开挖面土体的稳定。
盾构推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室,经搅拌装置进行搅拌,搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面,泥水在地面经过分离,然后进入地下盾构的泥水室,不断地排渣净化使用。
二、小组概况
表1-1小组概况
小组概况
小组名称
广州市220kV奥林变电站电力隧道工程南段QC小组
课题名称
减少泥水盾构施工用水量
小组类型
攻关型
注册号
HSQC2012009
本次活动时间
2013.2~2013.6
小组组长
陈钦东
小组成员
10人
QC教育时间
120小时以上
格言:
攻克技术难关,服务现场,提高质量,提高效率
小组名单
序号
姓名
年龄
性别
文化程度
职称职务
组内职务
TQC培训
1
陈钦东
41
男
本科
经理
组长
合格
2
李飞
33
男
本科
副经理
副组长
合格
3
李果炜
28
男
本科
总工
副组长
合格
4
陈俊山
29
男
本科
工程部长
组员
合格
5
冯胜利
29
男
本科
机电部长
组员
合格
6
韦成林
28
男
本科
设备工程师
组员
合格
7
庄国清
25
男
本科
质检员
组员
合格
8
武营军
25
女
本科
资料员
组员
合格
9
吴栋贤
25
男
本科
技术员
组员
合格
10
张顺良
23
男
本科
安全员
组员
合格
制表:
武营军日期:
2013年2月1日
三、QC活动计划
按照项目部施工计划,QC小组特制定本次活动计划。
表3-1活动计划表
日期
项目
2013.2
2013.3
2013.4
2013.5
2013.6
选择课题
现状调查
目标确定
原因分析
要因确定
制定对策
对策实施
效果检验
巩固措施
计划时间实际时间
制表:
冯胜利日期:
2013年2月2日
四、选题理由
根据公司其它标段的施工经验,4350泥水平衡盾构机每掘进10环(每环1.2m)平均施工用水量为:
72~78m³,但本项目在推进的前100环中实际用水量远远大于上述用水范围,情况如下表4-1:
表4-1前100环用水量统计表
序号
位置
环数
用水量m³
1
电力隧道区间1-10环
10
112
2
电力隧道区间11-20环
10
104
3
电力隧道区间21-30环
10
111
4
电力隧道区间31-40环
10
103
5
电力隧道区间41-50环
10
111
6
电力隧道区间51-60环
10
113
7
电力隧道区间61-70环
10
108
8
电力隧道区间71-80环
10
112
9
电力隧道区间81-90环
10
102
10
电力隧道区间91-100环
10
105
平均
10
108
制表:
李果炜日期:
2013年2月5日
由上表可知,每10环泥水盾构施工用水量比经验值多了30m³以上,用水量大给成本控制造成较大压力,另外用水量增大后无形增加余泥排放量,给施工及环境造成负面影响:
1.成本要求:
超额用水及过量的余泥排放花费昂贵的运输费,增加工程成本。
2.场地要求:
本工程施工场地狭小,超额用水产生过量的余泥占用了大量的施工场地,导致施工场地不足。
3.环境保护要求:
超额用水产生过量的余泥排放造成环境的污染,违背节能环保的原则。
综上,减少泥水盾构施工用水量,是我们QC小组本次活动的主要方向。
五、现状调查
泥水盾构施工用水主要形式为:
泥浆循环系统用水、搅拌站拌单液浆用水、场地文明施工用水(包括地面清洗、渣土车进出冲洗等)、盾构井口用水(包括作业人员日常清洗、机械设备清洗及洞口冲洗等)等,为了调查泥水盾构施工用水量大于理论量的原因,QC小组成员对泥水盾构机在推进201-300环中以每10环为一节点对用水量做了以下统计:
表5-1泥水盾构施工用水调查表
序号
项目
每10环平均用水量m³
比例
1
泥浆循环系统用水
93
87%
2
搅拌站拌单液浆用水
5
5%
3
场地文明施工用水
3
3%
4
盾构井口用水
5
5%
合计
106
100%
制表:
吴栋贤2013年2月9日
由泥水盾构施工工艺可知,现场施工工序与泥浆戚戚相关,因此场地清洗用水相对较频繁,作业人员清洗及机械设备清洗等用水相对增加,经调查场地文明施工及盾构井口用水量约8m³,与理论量相差不大;搅拌站拌单液浆用水与理论量吻合,而泥浆循环系统用水93m³偏大,成为解决问题的关键。
图5-1泥水盾构施工用水量饼分图
制图:
吴栋贤日期:
2013年2月5日
从饼分图可以看出:
造成泥水盾构施工用水量过大的主要因素是由于泥浆循环系统用水量大,比例达到87%,成为解决问题的主要对象。
六、目标确定
理论值计算:
奥林南段采用外壁直径为4350mm的泥水平衡盾构机,管片长度h=1.2m,10环管片的h=12m,推进10环余泥的理论量=πr²h=3.14×2.175²×10≈178m³。
根据以往排浆经验,一般泥浆稠度为23s时排浆,此时泥浆比重为1.25。
由地质资料分析盾构区间土层的平均比重为1.7,因此推进10环泥浆稀释理论用水量=178×(1.7/1.25-1)=64m³,每10环搅拌站拌单夜浆理论用水5m³,施工场地清洗及盾构井口用水等经验值7m³,即施工用水量理论值为64+5+7=76m³/10环。
目标确定:
根据现状调查可知现阶段施工用水量平均10环消耗达到了106m³,超出理论量30m³,现以每10环作为一个阶段,目标是活动后每掘进10环用水量从106m³减到75m³。
施工用水量目标值与理论值较为接近,因此把目标设定在75m³/10环是合理的。
75m³/10环
106m³/10环
图6-1活动目标图
制图:
李果炜日期:
2013年3月7日
七、分析原因
图7-1因果分析图
制图:
冯胜利时间:
2013年4月5日
八、要因确定
表8-1要因确认计划表
序号
末端因素
确认方法
确认内容
标准
负责人
完成时间
1
操作手培训不到位
现场确认
泥水处理器操作手操作规范性
考核成绩达到优秀,通过率达到100%
陈钦东
13年4月16日
2
清洗隧道用水量大
现场确认
是否需要拆管,拆管后用自来水清洗隧道用水量
每10环清洗隧道用水量小于3
m³
李飞
13年4月21日
3
盾构机刀盘注水量大
现场确认
盾构机刀盘清洗是否直接注水
每10环盾构机刀盘注水量小于5
m³
韦成林
13年4月19日
4
泥浆泵水密封用水量大
统计对比
泥浆泵水密封用水是否会增大余泥排放量
每10环泥浆泵水密封用水量小于2m³
陈俊山
13年4月23日
5
废浆稀释过度
现场确认
废浆进行过稀处理
每10环用于稀释废浆用水量小于15m³
冯胜利
13年4月20日
6
泥浆穿透砂层损失量大
计算校核
刀盘切口水压与掌子面水土压力的对比
两者压力差绝对值小于10kPa
吴栋贤
13年4月20日
7
地质粘土含量大
确认现场地质中各地层的比例
分析地质资料和现场出泥情况
粘性土所占比例不超过50%
李果炜
13年4月26日
8
膨润土质量问题
现场检测
确认质量参数
造浆率>15m³/t
庄国清
13年4月27日
制表:
吴栋贤日期:
2013年4月5日
要因确认
(一)
末端因素:
操作手培训不到位
确认方法:
现场确认
标准:
考核成绩达到优秀,通过率达到100%
实测:
该项由项目经理陈钦东负责,对当班泥浆处理器操作手进行泥水处理器操作情况抽查考核,抽查结果如下:
表8-2泥浆处理器操作手考核情况表
序号
姓名
掘进环数
操作时间
操作不当次数
考评
1
孙广明
10
12小时
0
优秀
2
蔡文祥
11
12小时
0
优秀
3
蔡顺元
10
12小时
0
优秀
4
鄢尧
11
12小时
0
优秀
N=42
48小时
0
优秀
制表:
陈钦东时间:
2013年4月17日
结论:
泥浆处理器操作手严格按照泥浆处理器操作指导书操作,能准确操控泥浆处理设备,通过率达到100%,证明培训达到目的。
要因确认
(二)
末端因素:
清洗隧道用水量大
确认方法:
现场检查
标准:
每10环清洗隧道用水量小于3m³
实测:
2013年4月20日~2013年4月21日,项目部副经理李飞对施工现场每10环清洗隧道用水量进行统计,如下表:
表8-3清洗隧道用水量统计表
序号
位置
环数
清洗隧道用水量
1
电力隧道区间401-410环
10
15m³
2
电力隧道区间411-420环
10
13m³
3
电力隧道区间421-430环
10
14m³
制表:
李飞时间:
2013年4月22日
结论:
清洗隧道用水量远远大于计划的3m³,说明泥水盾构掘进过程中送排泥管堵塞严重,因此导致拆管排查频率高,无形中使大部分泥浆排放在隧道内,为了保持隧道工作面整体干净及稀释溢出的泥浆以有利于外排回泥浆处理场地,隧道施工人员直接采用自来水清洗隧道,导致用水量偏高,此为主要原因。
要因确认(三)
末端因素:
盾构机刀盘注水量大
确认方法:
现场确认
标准:
每10环盾构机刀盘注水量小于5m³
实测:
在盾构掘进331环到390环中,韦成林统计每10环用于盾构机刀盘泥饼冲刷的水量值,如下表:
表8-4刀盘注水量统计表
序号
位置
环数
实际用水量m³
1
电力隧道区间331-340环
10
18
2
电力隧道区间341-350环
10
18
3
电力隧道区间351-360环
10
20
4
电力隧道区间361-370环
10
19
5
电力隧道区间371-380环
10
20
6
电力隧道区间381-390环
10
17
制表:
韦成林时间:
2013年4月20日
结论:
由现场收集的数据显示,盾构机刀盘注水量大大超过5m³,此为主要原因。
要因确认(四)
末端因素:
泥浆泵水密封用水量大
确认方法:
现场确认
标准:
每10环泥浆泵水密封用水量小于2m³
实测:
在盾构掘进411环到470环中,陈俊山组织每隔10环停用泥浆泵水密封用水,与前10环的用水量做对比,对比情况如下表:
表8-5泥浆泵水密封开启与关闭时用水量对比
序号
位置
环数
是否开泥浆泵水密封
实际用水量m³
1
电力隧道区间411-420环
10
是
0.5
2
电力隧道区间421-430环
10
否
0
3
电力隧道区间431-440环
10
是
0.5
4
电力隧道区间441-450环
10
否
0
5
电力隧道区间451-460环
10
是
1
6
电力隧道区间461-470环
10
否
0
制表:
陈俊山时间:
2013年4月23日
结论:
经实际监测对比,发现开启泥浆泵水密封用水,对整体用水量影响不大,均没超过2m³,非主因。
要因确认(五)
末端因素:
废浆稀释过度
确认方法:
现场确认
标准:
每10环用于稀释废浆用水量小于15m³
实测:
在361到410环期间冯胜利对盾构隧道废浆外运前用于稀释泥浆的水量进行统计,结果如下表:
表8-6稀释废浆用水量统计表
序号
位置
环数
稀释废浆用水量m³
1
电力隧道区间361-370环
10
25
2
电力隧道区间371-380环
10
24
3
电力隧道区间381-390环
10
26
4
电力隧道区间391-400环
10
25
5
电力隧道区间401-410环
10
23
制表:
冯胜利时间:
2013年4月20日
结论:
废浆外运前过度稀释导致用水量增加,此为主要原因。
要因确认(六)
末端因素:
泥浆穿透砂层损失量大
确认方法:
计算复核
标准:
刀盘切口水压与掌子面水土压力差绝对值小于10kPa
实测:
刀盘切口水压过大会造成土仓内泥浆往砂层地质渗漏,造成泥浆损失,因此为确保掌子面稳定需采取措施造浆弥补,而造浆需要用大量水,从而导致用水量增大。
技术人员吴栋贤结合地质资料参数,进行切口水压复核:
理论水土压力值:
P=P1+P2+P3=γw·h+Ka·[(γ-γw)·h+γ·(H-h)]-2·C·sqr(Ka)
=10×8.2+0.37×[(18.66-10)×8.2+18.66×1.8]-2×4.27×sqr(0.37)+20
=115.51kPa
盾构实际切口水压值:
见下图8-2:
图8-2中控室盾构机操作平台
结论:
刀盘切口水压与掌子面水土压力差绝对值为0.51kPa,远远小于10kPa,非主要原因。
要因确认(七)
末端因素:
地层粘土含量大
确认方法:
分析地质资料和现场出泥情况
标准:
粘性土所占比例不超过50%
实测:
李果炜根据勘探部分提供的地质资料,对地层进行分析,统计相关数据,并作出排列图。
表8-7地层统计表
序号
土层编号
土层名称
隧道长度(m)
折算后土层长度(m)
所占
比例
1
<3-1>
细砂
300
95.6
10.01%
2
<3-2>
中砂
300
106.2
11.12%
3
<3-3>
砾砂
300
117.5
12.31%
4
<4-1>
粉质粘土
300
349.7
36.65%
5
<5-1>
残积土层
300
16.7
1.75%
6
<5-2>
残积土层
300
21.4
2.24%
7
<6>
全风化泥质粉砂岩
300
35.6
3.73%
8
<7>
强风化泥质粉砂岩
300
117.3
12.29%
9
<8>
中风化泥质粉砂岩
300
94.2
9.9%
100.00%
制表:
李果炜日期:
2013年4月26日
图8-3地质分析图
制图:
李果炜日期:
2013年4月26日
据以上资料得知粘性土所占比例为48.6%
结论:
地质粘土含量大不是主要原因。
要因确认(八)
末端因素:
膨润土质量问题
确认方法:
现场检测
标准:
造浆率>15m³/t
实测:
2013年4月27日,庄国清对膨润土进行抽查。
经抽查,膨润土具备检验报告,使用中由专人进行监督。
图8-4膨润土检测报告图8-5膨润土合格证
结论:
经过确认膨润土无质量问题。
通过QC小组的活动确定出如下3个主要原因:
1冲洗隧道用水量大;
②盾构机刀盘注水量大;
③废浆稀释过度。
九、制定对策
针对主要原因,经过小组成员共同研究制订了对策措施,见表9-1。
表9-1对策措施
序号
要因
对策
目标
措施
地点
(部门)
完成时间
负责人
1
清洗隧道用水量大
定期开启逆循环冲洗管道
每10环清洗隧道用水量小于5
m³
1.对中控手及现场值班人员进行交底
2.每2天对环流系统进行逆循环一次
3.隧道渣土采取装袋处理
盾构隧道
(工程部/
机部)
13.5.3
~
13.5.9
李果炜冯胜利
2
盾构机刀盘注水量大
改用P0泵冲刷刀盘泥饼
每10环盾构机刀盘注水量小于5
m³
1.改用P0泵冲刷刀盘
2.在刀盘边缘加设2条小S管进行冲刷
刀盘
(工程部/机电部)
13.5.10
~
13.5.25
韦成林
庄国清
3
废浆稀释过度
废浆使用压滤机进行处理
每10环废泥排放量减少50m³以上,节约水量30m³以上
1.采用压滤机对废浆进行压滤
2.压滤出清水可供造浆使用
泥浆处理场(机电部/工程部)
13.5.20
~
13.5.30
韦成林
吴栋贤
制表人:
武营军2013年5月2日
十、对策实施
实施一:
定期开启逆循环冲洗管道
本工程的地质状况容易造成送排泥管堵塞,导致拆管时造成大量泥浆直接流进隧道,为了保持隧道工作面整体干净及稀释溢出的泥浆以有利于外排回泥浆处理场地,隧道施工人员直接采用自来水清洗隧道并稀释隧道内泥浆,导致用水量偏高。
因此,我QC小组采取了一下措施:
1.交底
对盾构机及环流系统操作手和现场值班人员进行技术交底:
图10-1盾构逆循环操作技术交底
摄影人:
吴栋贤日期:
2013年5月1日
图10-2对项目部相关人员进行技术交底
2.逆循环冲洗管道
每2天对环流系统进行逆循环一次,确保送排泥管通畅。
3.隧道渣土采取装袋处理
隧道内多余泥浆待沉淀后利用编织袋装运到隧洞口,连同渣土场的渣土一起外运,这样可以减少稀释隧道内泥浆的用水量,同时确保部分好泥浆抽回泥浆处理场地进行二次循环再利用。
实施效果验证:
通过对盾构机及环流系统操作手和现场值班人员进行技术交底后,送排泥管堵塞频率比原来减少了一半,加上隧道渣土采取装袋处理,经观察,隧道内盾构施工用水大大减少,达到了预期的效果。
并将第521-550环冲洗隧道用水量(开启逆循环冲洗管道后)与之前第401-430环冲洗隧道用水量(开启逆循环冲洗管道前)进行对比绘制出折线图:
表10-1清洗隧道用水统计表
序号
位置
环数
用水量
1
电力隧道区间521-530环
10
1.5m³
2
电力隧道区间531-540环
10
2m³
3
电力隧道区间541-550环
10
1m³
制表:
李果炜时间:
2013年5月8日
表10-2清洗隧道用水量统计表
序号
位置
环数
清洗隧道用水量
1
电力隧道区间401-410环
10
15m³
2
电力隧道区间411-420环
10
13m³
3
电力隧道区间421-430环
10
14m³
制表:
李飞时间:
2013年4月22日
制图:
李果炜时间:
2013年5月8日
图10-3开启盾构逆循环冲洗管道前后用水量对比折线图
结论:
每10环冲洗隧道用水量减少到3m³以内,达到预期目标。
实施二:
改用P0泵冲刷刀盘防泥饼
刀盘在粘土层注水的主要目的是防止刀盘结泥饼,但是刀盘注水直接进入泥浆循环系统,会大量增加余泥排放量,改用P0泵抽采石箱的泥浆冲刷刀盘,P0泵的冲刷效果和刀盘注水的不相上下,但是机外的循环流量不变,不会产生多余的废浆,如图所示。
图10-4P0泵流量图
制图人:
韦成林2013年5月10日
1.采用P0泵抽排泥管的泥浆返回冲刷刀盘:
先安装P0泵,再连接P0泵到刀盘之间的管路如下图所示:
摄影人:
庄国清日期:
2013年5月15日
图10-5P0泵照片
2.在刀盘边缘增设2条2.5寸的S管:
由于P0泵的管路对刀盘的冲刷只是管路中心部分,无法对刀盘四周进行冲刷,为加大冲刷面积,特在P0泵管路开2个口加设2条S管加大冲刷面积。
摄影人:
庄国清日期:
2013年5月20日
图10-6S管照片
经改造完成后,中控手开机启动环流系统进行调试,检查各环节运行状况,无问题后开始正常掘进。
实施效果验证:
经改用P0泵抽采石箱的泥浆冲刷刀盘后,不仅达到预防刀盘结泥饼的良好效果,而且有利于土仓泥浆排出,现在只有在采石箱被大块土石堵住或者P0泵出现故障时才采用注水冲刷刀盘来防泥饼,因此用水量大大减少。
通过第661-700环用于刀盘冲刷的水量进行统计:
表10-3改用P0泵抽浆冲刷刀盘后用水量统计表
序号
位置
环数
实际用水量m³
1
电力隧道区间661-670环
10
3
2
电力隧道区间671-680环
10
4
3
电力隧道区间681-690环
10
2
4
电力隧道区间691-700环
10
3
结论:
每10环盾构机刀盘注水量小于5m³,达到预期目标。
实施三:
废浆用压滤机进行处理
1.压滤机简介
压滤机作为一种成熟的脱水设备,被广泛应用到环保领域,成为污水污泥处理的重要设备。
泥水盾构施工过程中,采用泥浆处理时,泥浆压滤可大大减少泥浆的堆积场地、节约运输过程中发生的费用;同时压滤出的泥饼和滤液可重复利用,减少了能源的消耗,减轻因排放泥浆而产生的环境污染,同时节省大量稀释废浆用水。
压滤机施工工艺见图10-8:
摄影人:
庄国清日期:
2013年5月20日
图10-7压滤机照片
图10-8压滤机施工工艺
2.压滤机的使用
当废浆池泥浆过量时,开启浆泵将废浆抽到压滤机,接通电路、气管后,启动开关对泥浆进行压滤处理。
摄影人:
韦成林日期:
2013年5月25日
图10-9压滤机压滤出清水照片图10-10压滤机压滤出泥饼照片
当沉淀池泥浆量过量时把泥浆抽到压滤机进行过滤,过滤完的清水可循环利用,主要用于造浆、洗车和场地的其他用水。
实施效果验证:
表10-4使用压滤机后泥浆排放减少及节约用水量统计表
序号
位置
环数
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- 广州市 220 kV 奥林 变电站 电力 隧道 工程 南段 QC 小组
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