QC成果盾构管片提高外观质量中铁一局.docx
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QC成果盾构管片提高外观质量中铁一局
中铁一局集团有限公司厦门市轨道交通工程管片厂
提高盾构管片外观质量
中铁一局集团厦门分公司
厦门市轨道交通工程管片厂QC小组
发表人：
黄宗兴
提高盾构管片外观质量
一、工程概况
厦门市轨道交通2号线一期工程土建施工总承包3标段自中孚花园站（不含）~五缘湾站（含），共12站12区间，一出入场线及高林停车场，全长11.98km。
盾构隧道单线长度约为11.7km，共需管片0.98万环，盾构掘进工期为：
2016年9月～2018年1月。
盾构隧道采用单层钢筋混凝土管片衬砌设计，通用楔形管片环，每环管片采用“3＋2＋1”型式（即3块标准B型、2块邻接L型、1块封顶F型），管片内径为5500mm，外径6200mm，厚350mm，宽1200mm，楔形量为40mm，管片环缝接触面设凹凸榫，混凝土强度等级不低于C50，抗渗等级不低于P10。
管片采用通用楔形环错缝拼装，管片环与环之间采用16根M30的纵向弯曲螺栓连接，管片的块与块之间以12根M30的环向弯曲螺栓连接。
二、背景
盾构管片作为城市轨道交通建设重要的结构形式，除满足相关的结构力学指标和尺寸设计要求及规范外，对管片的外观质量要求也十分严格。
我厂在管片试生产阶段，存在气泡偏多、弯螺栓套管进浆、外弧面收面较差、修补质量不足、内弧面边角不齐等几项影响管片外观质量的问题。
为全面提高管片外观质量，充分调动管片厂管理人员的工作热情，树立团队精神、协作意识，以及提高创新能力，项目部立即召开管片外观质量研讨会，并成立管片外观质量QC小组。
三、QC小组成员及任务分工
表一.QC小组成员及任务分工
小组名称
中铁一局集团有限公司厦门市轨道交通工程管片预制QC小组
小组类型
现场型
注册号
课题名称
提高盾构管片外观质量
活动时间
2016.03.01～2016.6.10
小组人数
10人
培训学习
小组成员均经过QC学习培训
学习课时
平均108小时
姓名
性别
文化程度
职务
组内任职
职称
任务分工
向金锋
男
本科
厂长
组长
工程师
全面协调、指挥
黄宗兴
男
本科
副总工程师
副组长
助理工程师
QC方案策划
廖晓平
男
本科
试验室主任
副组长
工程师
协助策划
晋恩伟
男
大专
现场负责人
组员
助理工程师
方案实施
卢池
男
本科
质检员
组员
助理工程师
质量检测
卢绍生
男
大专
测量员
组员
施工员
技术措施落实
柯书怀
男
本科
技术员
组员
助理工程师
技术措施落实
洪振辉
男
本科
技术员
组员
助理工程师
数据编制、资料整理
龚洪妃
女
本科
见习生
组员
见习生
数据编制、资料整理
张荣盛
男
本科
施工员
组员
助理工程师
技术措施落实
闫孟强
男
高中
班组长
组员
班组长
班组管理，交底方案落实
四、现状调查
4.1气泡
气泡普遍集中于管片密封槽，且分布无规律、不均匀，气泡≥5mm每500mm范围内多达15个，如图：
图一.管片气泡
现场随机抽取4月20日至24日5天内生产的10片管片，并分别统计大小为3-5mm，≥5mm的气泡在密封槽500mm范围内的数量，如下表：
表二.管片气泡数量统计表
管片编号
左侧
中部
右侧
是否合格
3-5mm
≥5mm
3-5mm
≥5mm
3-5mm
≥5mm
PIB10017
3
3
5
6
4
2
否
PIL10018
5
2
4
7
5
3
否
PIL20019
2
4
2
5
3
3
是
PIB10020
4
7
5
8
6
5
否
PIB30021
3
5
8
6
2
3
否
PIB10022
1
3
5
9
2
4
否
PIL20023
2
3
3
8
4
3
否
PIB20024
4
2
7
4
5
3
是
PIL10025
3
3
3
6
2
5
否
PIL20026
2
1
2
3
3
1
是
记录人：
卢绍生、柯书怀
日期：
2016.4.20-2016.4.24
说明：
我厂在相关规范要求的基础上，对500mm范围内3-5mm气泡大于15个或≥5mm大于5个视为不合格
合格率
30%
通过以上数据发现，管片气泡数量较多，严重影响外观质量，合格率仅为30%，QC小组决定把降低气泡数量作为重要的外观质量问题。
4.2修补质量
1、修补料填充不密实；
2、修补料填充不平齐；
3、修补存在色差。
4.3外弧面收面较差
1、平整度较差；
2、砂眼；
3、四周边角不齐甚至局部边缘偏厚。
4.4弯螺栓套管进浆
部分弯螺栓套管进浆，且进浆程度不一致。
4.5内弧边角不齐、局部沙化
内弧边角不齐表现为边线凹台明显、局部有沙化现象。
五、设定活动目标
质量目标：
管片外观质量验收合格率为95%以上，外观质量验收标准如下：
1、管片混凝土的气泡必须控制密封槽内3-5mm气泡小于10个，≥5mm气泡小于5个，绝对禁止出现蜂窝麻面现象；
2、气泡修补满足填充饱满、平整、无色差；
3、外弧面表面无砂眼，弧面光滑，边角整齐；
4、杜绝弯螺栓套管进浆，保证螺栓孔内畅通、内圆面平整，无塌孔现象，喇叭口形状规则；
5、内弧面边角齐平，无沙化现象。
六、原因分析
6.1气泡
QC小组根据现场实际情况及查阅相关资料，列出管片气泡的可能影响因素如下:
6.2修补质量影响因素
1、修补人员及现场质检员责任心不强、质量意识淡薄；
2、管理措施不当，缺少相应的奖惩制度；
3、修补技术经验相对不足。
6.3管片外弧面收面影响因素
1、混凝土失水过快；
2、收面人员未严格按操作规程执行；
3、模具侧模顶部边缘的泥浆残渣未清理干净；
4、混凝土砂率不当；
5、收面技术相对不足。
6.4套管进浆影响因素
1、模具问题：
模具手孔盒位置不精确，每套模具不统一；
2、弯管问题：
尺寸偏差；
3、胶圈问题：
尺寸、材质不足。
6.5内弧面边角不齐、局部沙化现象影响因素
1、底板胶条设计不合理；
2、脱模剂涂刷不均。
七、要因确认
针对以上影响因素，我们小组经过讨论，认为对于人员因素以及安全文明施工因素可以通过对职工进行质量教育及加强过程控制，让大家树立质量意识，通过制定生产责任制，以及制定合理的奖惩措施加以解决。
而本小组是攻关型QC小组，主要对施工技术进行攻关，确定影响管片外观质量主要因素有以下几点：
7.1气泡
QC小组通过检测原材及现场施工试验，确定了我厂管片气泡较多的主要影响因素包括：
1、骨料级配、大小不合理
2、水灰比较高
3、化学成分因素
4、混凝土搅拌时间
5、振捣工艺
6、配合比
7、脱模剂
7.2修补质量
1、修补工艺
2、修补色差
7.3外弧面收面
1、收面工艺
2、砂率不当
7.4套管进浆
1、套管尺寸偏差
2、胶圈设计不合理
7.5内弧面边角不齐、局部沙化
1、底板胶条设计不合理
表三.要因确认表
序号
项目
调查分析
调查方式
调查人
结论
1
砂含泥量
砂的含泥量均＜2%，符合设计要求
现场调查
廖晓平
龚洪妃
非要因
2
砂细度模数
砂的细度模数在2.5-2.9，符合设计要求
现场调查
廖晓平
非要因
3
碎石针片状含量
碎石针片状含量存在＞5%，与设计要求存在偏差
现场调查
龚洪妃
要因
4
碎石颗粒级配
碎石颗粒级配良好，颗粒饱满
现场调查
张荣盛
非要因
5
砂率
混凝土砂率控制在35-37，处于合理砂率之间
现场调查
廖晓平
非要因
6
坍落度
坍度控制在45-70之间，符合设计规范要求，但和易性存在差别
现场调查
张荣盛
卢绍生
要因
7
搅拌时间
搅拌时间为120s，能保证拌匀
现场调查
廖晓平
非要因
8
脱模剂配比
操作员调配时随意性较强，但均在1：
3-1：
4之间
现场调查
黄宗兴
晋恩伟
要因
9
脱模剂种类
脱模剂共有油性和水性两种，现场使用水性脱模剂
现场调查
洪振辉
非要因
10
脱模剂涂抹方式
涂抹方式有喷涂和刷涂
现场调查
晋恩伟
非要因
11
脱模剂品牌
仅使用过天府、花王两种品牌
现场调查
黄宗兴
要因
12
振捣气压
控制在0.6-0.7mpa，空压机设定在0.65mpa
现场调查
卢绍生
柯书怀
非要因
13
振捣方式
附着式振捣，且振捣按照普遍采用的分层浇筑，但分层量随意性强
现场调查
卢池
洪振辉
要因
14
振捣时间
每片管片浇筑时间控制在5-8分钟，振捣较随意，分层静浇时间不足
现场调查
洪振辉
要因
15
振动频率
与现有的振动器有关，固定不变，无法调节
现场调查
卢绍生
非要因
16
下料速度
浇筑人员下料的速度随意性较强，且下料速度偏快
现场调查
洪振辉
闫孟强
要因
17
混凝土温度
温度与天气温度、加水温度有关
现场调查
张荣盛
非要因
18
模具清理
技术交底齐全，模具清理干净，但无法保证全数监督检查到位
现场调查
柯书怀
非要因
19
修补质量差
质检员无法保证全数监督检查；气泡较多，修补人员不足，且责任心不强；修补料配比交底不完善
现场调查
晋恩伟
廖晓平
要因
20
外弧面收面
部分混凝土和易性较差；收面工艺不完善；侧模顶部未清理干净，造成边缘不齐
现场调查
柯书怀
卢池
要因
21
套管进浆
模具尺寸偏差；弯管种类较多；锥形胶圈与弯管不匹配
现场调查
洪振辉
黄宗兴
要因
22
边角不齐
底板胶条尺寸存在误差、橡胶材质邵尔硬度不合适；涂刷脱模剂过多
现场调查
卢绍生
洪振辉
要因
八、制定措施对策
8.1气泡
1、原材料把关
对材料进行把关，控制骨料大小和针片状颗粒的含量。
备料时，应严格筛选，及时发现不合格材料，并阻止其流入施工作业中。
对施工材料本身的级配进行严格把关，尽量使石料中的针片状颗粒含量合理。
在生产过程中应严格按照实验中的砂率进行作业，避免使用不符合试验的砂率，从而减少混凝土中形成气泡。
2、水灰比适当
实际施工之前，在实验室内多次进行几组水灰比试验，通过几组实验结果相互对比，从而选出其中最优水灰比。
同时在保证混凝土强度的前提下，采用较低或相关物理技术性指标偏差小的一些水泥，从而增大水泥的用量。
用水灰比较低，用水量较少的混凝土进行施工作业。
在进行水泥拌合过程中，时刻严格控制入模时的坍落度。
3、外加剂质量控制
在原料上，应该严格控制外加剂质量。
引气剂的质量对于混凝土的表面所产生的气泡有着本质影响，所以对于高性能和高强度混凝土，则一定要选择引气气泡小、分布均匀稳定的引气型外加剂，避免用产生气泡较多的引气型外加剂。
在满足坍落度要求的前提下，尽量减小水胶比，同时控制外加剂中引气剂的含量，使其不大于规定的标准。
要使得高强度的混凝土控制在3%以内，水胶比越小，产生的气泡将会越少。
4、稠度与和易性适中
施工过程中，适当调整混凝土水灰比、砂率、胶结材料用量以及外加剂的组分，改善混凝土粘稠性也可提高混凝土结构面层的质量。
水灰比是影响了气泡尺寸和间距，通过对不同水灰比引起混凝土气泡尺寸研究，发现混凝土气泡尺寸随水灰比降低而减小，增加而增大。
水灰比对气泡间距的影响也一样，水灰比越大则气泡间距就越大。
5、改善振捣工艺
在混凝土施工过程中，进行振捣应分层布料振捣。
分层的厚度要不大于50mm，否则气泡不容易从混凝土内部向上排除。
混凝土的浇筑应该按照一定的厚度分层浇筑，分层下料和振捣。
上层混凝土必须在下层混凝土振捣密实后方能浇筑，否则会产生不实的状态，影响管片质量。
6、使用合理的脱模剂
施工中，选取合理脱模剂，具有良好效果的脱模剂产品，使混凝土不易产生气泡。
8.2管片修补质量
制作修补色卡，方便根据管片外观颜色配料。
针对填充修补料后出现的修补料失水收缩现象，采取修补前润湿管片工序。
8.3管片外弧面收面
通过单一变量原则进行对比试验，调整混凝土砂率，根据现场情况进行优化。
增加粗收面结束后覆盖薄膜保水措施，增加细收面过程中外弧面混凝土拉毛工序。
8.4套管进浆
通过调整模具手孔盒位置、弯管尺寸、胶圈尺寸及材质，使三者统一，达到密实的效果。
8.5内弧面边角不齐、局部沙化
调整底板胶条尺寸及材质，做到胶条内边与模具内边齐平、脱模剂涂刷后胶条吸附现象不明显。
措施对策汇总如下：
表四.对策表
序号
项目
要因
目标
措施
地点
责任人
1
气泡
碎石针片状含量
碎石针片状含量控制在4%以内
严格控制进场原材检测，做到先检后使用，不合格原材坚决退场
会议室
张荣盛
龚洪妃
坍落度
控制在55-65区间
增加测定砂含水率的频率；专人测每盘料的坍落度
会议室
脱模剂配比
找出不同品牌对应的合理脱模剂配比
征求国内相关管片厂使用的脱模剂品牌及配比，并依次试验，每3环做一组配比
会议室
卢绍生
脱模剂品牌
振捣方式
试验出满足生产节拍、减少气泡的振捣工艺
技术员根据气泡的分布情况，采取不同的浇筑层数、下料速度、振捣方式试验，按每2环一组试验
会议室
卢池
振捣时间
下料速度
2
修补质量
未全数监督检查
修补质量全数合格，不存在色差及漏修补现象
提高管片质量；增加修补人员；
制作混凝土修补料色块；
制定修补人员奖惩制度
会议室
柯书怀
廖晓平
修补人员不足
工艺不完善
3
外弧面收面
混凝土和易性较差
混凝土和易性良好且稳定
试验室控制好砂石料原材，增加坍落度测量频率，及时纠正偏差
会议室
晋恩伟
模具未清理干净
模具清理干净
设置专人清理模具及制定模具维护保养技术交底
会议室
工艺不完善
探索方便快捷的收面技术工艺
与有经验的管片厂交流，学习先进工艺
会议室
4
套管进浆
模具手孔位置偏差
保证手孔位置在合理的误差范围
要求模具厂家到场整改
会议室
洪振辉
弯管种类较多
减少弯管种类
统一供应商
锥形胶圈不匹配
胶圈与弯管、芯棒、模具匹配且提高周转次数
将胶圈内径缩小至与芯棒一致，防止泥浆通过内测渗漏；增加胶圈厚度、硬度；锥形胶圈的斜率与弯管倒角一致
5
内弧面边角不齐
胶条质量问题
提高底板胶条质量
调整胶条尺寸、硬度
会议室
洪振辉
卢绍生
工人责任心
提高操作人员责任意识
增加监督检查力度
九、对策实施及总结
9.1气泡控制
实施一：
控制碎石针片状含量
由试验室对同批次新到场的碎石进行抽样检测，经检测合格后方可投入使用，检测的频率为1组/批。
对存在不达标的碎石坚决退场，且要求供应商对不合格碎石原材进行经济处罚，保证碎石原材质量的稳定。
实施二：
调整砂率、碎石比例
砂率按照37%、38%，碎石比例按照2：
8和3：
7，采用相同的振捣工艺做单一变量试验，每种配比试验1环（6片），减小偶然因素影响。
实施三：
坍落度
由试验室对当天计划投入使用的砂子进行含水率测定，根据砂含水率，砂和水用量，优化混凝土配合比，同时配备专人检测混凝土坍落度，坍落度一旦超出55-65区间，立即作出配合比校正优化，保证混凝土和易性和稳定性。
实施四：
脱模剂品牌及配比试验
我厂尝试使用多种脱模剂品牌，如花王、西卡、广州皖诚和四川天府脱模剂，按照厂家提供的最佳配比区间试验。
采取每3环（18片）做一组管片生产及试块制作试验，并制定试验效果对比表。
为保证试验数据的准确性，脱模剂的品牌及配比均由现场技术员亲自记录和调配，同时使用气动搅拌机搅拌15分-20分钟，保证脱模剂拌匀。
实施五：
振捣方式、振捣时间、下料速度控制
1、振捣方式除了模具的底板含附着式振捣器以外，我厂还采取各种措施排除气泡进行试验，如在侧模增加附着式振捣、增加振捣棒振捣、增加排气孔等。
图二.侧模增加附着振动器图三.增加排气孔
2、借鉴全国管片生产工艺，振捣浇筑方式普遍采用三层浇筑，振捣时间在4-7分钟，下料的速度先快后慢。
我厂根据这些方法进一步改进，采取不同的振捣时间控制。
经大量试验发现，振捣浇筑6-7分钟的管片气泡得到改善，表现为管片密封槽的两侧（靠近端面）气泡基本排除，但中部排除效果不明显。
根据气泡的分布情况，调整每层分层的混凝土量，且浇筑由原来的3层浇筑改为4层浇筑。
图四.浇筑分层设置图
实施效果：
经过大量的单一变量试验、统计分析、工艺改善，管片气泡得到大幅度改善，不仅提高了管片外观质量，积累了大量的混凝土工艺、浇筑工艺、管片预制工艺，还大大减少修补量，提高生产效率。
调整前调整中调整后
图五.气泡改善效果图
9.2提高修补质量
实施一：
通过改善生产工艺，提高管片外观质量，减少修补量，提高修补效率，避免了因抢工造成修补质量下降。
实施二：
由试验室主任提供修补料配比，并制作修补料色块，方便修补人员根据管片外观颜色调配修补料。
实施效果：
通过改善修补工艺，管片的外观质量在一定程度上得到提升，但还需进一步提高。
9.3外弧面收面
实施一：
试验室廖主任主责控制好砂石料原材，根据含水率调整施工配合比，同时做到先测坍落度再施工，以及增加坍落度测量频率，及时纠正偏差，晋恩伟负责现场监督检查，保证工人收面时易于提浆。
实施二：
设置专人清理模具及制定模具维护保养技术交底。
因模具侧模顶部的水泥浆凝结成厚厚的一层，导致收面拉平的混凝土面无法与钢模齐平，外弧面边缘普遍出现凹凸不平整，晋恩伟现场监督指导全面清理模具，并保证细收面时清理干净。
实施效果：
管片外弧面仍在凹凸不平现象，还需进一步改善。
9.4套管进浆
实施一：
通过非标量具全面检测孔台位置，由模具厂家首钢维修人员对存在较大误差（超过1mm）的孔台切割挪位，保证模具孔台的位置精确。
图六.模具维修
实施二：
比较两家弯螺栓套管的使用情况，统一弯螺栓套管供应商，根据弯管的尺寸，调整锥形橡胶圈的规格和材质，具体如下：
1、偏短的弯管统一加长，邻接块斜边角度不合适的重新更改。
2、由专业的锥形橡胶厂家根据弯管的尺寸更改制作，采取减小胶圈内径至与模具芯棒一致，防止水泥浆通过胶圈内侧渗透进去；增加胶圈厚度，保证弯管安装的紧密性；增加胶圈的硬度，使弯管顶实后胶圈不易翻边，保证喇叭口的美观性。
实施效果：
通过两周的改进，弯螺栓套管既做到不漏浆，又保证喇叭口形状的美观，同时也减少了清理套管内进浆的工序，降低生产成本。
图七.胶圈改善效果图
9.5内弧面边角不齐
实施一：
调整胶条尺寸、硬度
根据模具厂家提供的胶条图纸及现场使用情况，我厂对胶条重新设计改进，具体改进如下图：
图八.胶条改进方案
实施二：
由值班人员加强脱模剂涂刷检查，并制定奖惩措施，杜绝过涂现象。
实施效果：
通过对胶条尺寸、材质的改进，底模胶条的密封性能得到很大的改善，表现为合紧侧模后，胶条变形小，胶条内侧与侧模内表面齐平；涂刷的脱模剂不易粘于胶条上，防止胶条吸附过多脱模剂导致混凝土疏松。
图九.胶条改善效果图
9.6结果统计
表五.管片外观质量调查表
管片编号
项目
当期生产总数
N（片）
抽检数量
n（片）
合格
a（片）
不合格
b（片）
合格率
p（%）
备注
管片气泡
180
89
85
4
96
修补质量
180
124
103
11
83
外弧面收面
180
106
89
7
84
套管进浆
180
93
88
5
95
内弧面边角不齐
180
133
128
5
96
加权平均合格率
91%
备注：
1、检查时段：
5月1日~5月10日
2、检查方式：
随机抽检
3、判定方法：
目测、专用工具测量
4、检验依据：
本文第五章中质量目标
5、计算公式：
加权平均合格率=
6、检查人：
洪振辉、龚洪妃、柯书怀
全面实施外观质量改进措施后，于2016年5月1日～10日，小组对该时期生产的30环（即180片）管片进行随机抽样检测，经统计整体管片外观质量合格率为91%（详见表五），其中管片气泡、套管进浆、外弧面边角不齐等问题得到明显的改善，但修补质量和外弧面收面质量改善不明显。
整体管片外观质量未达到设定目标，需进一步对修补和外弧面收面质量进行提高。
十、深入优化
小组针对管片修补存在色差和外弧面收面凹凸不平未达标问题，进一步讨论后制定以下优化措施
10.1优化修补质量
实施一：
改善修补工艺，制定标准化修补工艺流程，规范人员操作标准，降低修补质量浮动性。
具体流程如下：
工序：
确定修补料配比
工具：
比色卡
要点：
根据管片外观颜色，修补人员需将实验室制作的修补色卡与管片的实际颜色比对，确定修补料配比，保证修补料与管片颜色一致。
修补料配比确定
工序：
配料
工具：
电子称、冷冻盘
要点：
修补料配比确定好后，需严格按照比色卡的配合比对修补料进行标准称量，保证管片外观质量及强度要求。
配料
工序：
拌料
工具：
搅拌棒、灰桶
要点：
电子称重量取后，将水泥、修补料（砂）统一放入灰桶，用搅拌棒（阴阳角抹子）充分搅拌均匀，然后缓慢加水及添加必要的丁苯乳液或西卡胶皇。
拌料
工序：
清理管片
工具：
锤子、铁刷、鬃毛刷、吹气球
要点：
用钢丝刷、锤子把崩、缺角、缺陷部位表面混凝土刷除，直至全部露出碎石并用棕毛刷将表面清理干净；对于顽固水泥灰，需用吹气球将其吹出。
清理管片
工序：
喷水湿润
工具：
手压式喷壶
要点：
管片在清理表面的灰尘后，需用喷壶喷少量水润湿混凝土表面（湿润要达到吸水均匀饱和的效果，不能有积水），保证管片修补填料后，修补料牢固粘于管片并贴紧修补缝隙。
喷水湿润
工序：
修补填料、修边角
工具：
阴阳角抹子、油灰刀
要点：
修补过程中，刀片将气泡等缺陷填充好拌料后，需压实，修补完后保证管片表面光滑平整，不得出现凸台。
使用阴阳角抹子可将管片边角、阴阳转角顺直，保证管片转角过度明显，达到美观的要求。
修补填料
工序：
打磨
工具：
砂纸
要点：
管片修补结束后，需将存在凸出外表面的残渣去除，用细砂纸轻微打磨可迅速去除这些痕迹。
打磨
工序：
清理
工具：
海绵、鬃毛刷、吹气球
要点：
管片表面在修补并打磨完后，表面残留大量的水泥灰或粉尘可用海绵进行粗清理。
针对转角处的顽固灰尘、水泥灰，可用鬃毛刷或气球将其清除。
清理
修补结束
实施效果：
通过改善修补工艺，管片的外观质量得到很大的提升，管片修补后基本无色差，气泡孔洞填补密实。
10.2优化外弧面收面
实施一：
因混凝土失水过快，采用粗收面后增加覆盖薄膜进行保水保湿，保证提浆迅速，填满砂眼。
实施二：
修
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