提高超大直径长距离曲线顶管自动导向系统测量精度(中铁上海工程局市政工程有限公司)

王松
2012年5月 15日
活动小组对根据全站仪单向测量和增加测站对测计 算出已知点水平偏差数据的最大值和最小值进行比 对。
要因确认三
偏差
最大值 32mm
单向测量 最小值
17mm
平均值 25.5mm
最大值 8mm
测站对测 最小值
2mm
平均值 5mm
40
30
20
最大值
最小值
10
平均值
0
单向测量
测站对测
温、湿度低 温、湿度高
点1 点2 点3 点4 点5 点6 点7 点8 点9 点10 0mm 1mm 2mm 2mm 3mm 3mm 4mm 4mm 5mm 6mm 2mm 4mm 8mm 13mm 17mm 24mm 26mm 33mm 37mm 42mm
要因确认五
由统计图标可以看出，对500m区域两条件下的测量数据对比显 示，温湿度高的环境下累计测量偏差超出目标值，但温湿度影响 取决于管道设计埋深，无法变更，只能通过减少测量距离来减少 误差，故此项是不是主要原因。
测量程 序漏洞
测站设置少
法
温湿度 变化大
管道埋深大 环
自动导向系统 精度控制差
原因分析
系统操作熟练度差
末端 因素
测量仪器精度低 仪器缺少对测
中监测站设置少
管道埋深大
通过原 因分析得 出五个末 端因素， 针对每个 末端因素 展开要因 确认。
要因确认一
要因
方法
责任人
完成 时间
系统操作熟 通过模拟操 练度差 作进行考核
要因确认二
由图表统计，在顶管施工，在洞外架设全站仪，采用三角法高程测 量，误差较大，距离越远误差越大。两台全站仪误差情况相同，莱 卡TCA1202略好于尼康。 结论：测量过程中只需更换仪器就能提高精度，故此项不是主要原 因
非要因
要因确认三
要因
方法
责任人
完成 时间
缺少仪器 多种测量 对测 方式对比
1 √√√√√√√√√√√√√√√√√√√√ 2 √√√√√√√√×√√√√√√√√√√√ 3 √√√√√√√√√√√√√√√√√√√√ 4 √×√√√√√√√√√√√√√√√√√√ 5 √√√√√√√√√√√√×√√√√√√√
由图表统计，要求
标准失误率5%，合 98%
格率95%；实际试验 97%
合格率97%。系统操 96%
位4 点
位5 点
位6 点
位7 点
位8 点
位9 点
点位10
单向测量误 差 人工复测误 差
由统计图标可以看出，原始系统测量偏差均超出增加测站后的测 量误差值。故此项是主要原因。
是要因
要因确认五
要因
方法
责任人
完成 时间
管道埋深大
不同温湿度 测量对比
王松
2012年5月 23日
活动小组在其他标段对500m距离已知高程分10段， 分别在地面14℃，湿度51%与地下管道26℃，湿度 86%两种条件下的高程测量数据进行对比
由统计图标可以看出，测站对测偏差值能够满足确认目标要
求，并且单向测量偏差均值是对测偏差均值的5倍多。故此项
是主要原因。
是要因
要因确认四
要因
方法
责任人
完成 时间
中间测站 对比测量
设置少
数据
蔡军
2012年5月 18日
在管道内每隔100m架设全站仪。每次架设全站仪后，在管 道内每50m设置棱镜，将950m管道均分取10个点，观测管底 高程，并与原始测量系统测站设置方式的测量结果及水准 仪测量及结果进行误差对比分析。
4 减租效果差
合计
影响次数 42 4 3 3 52
累积影响次数 42 46 49 52
频率（%） 80.7 7.7 5.8 5.8 100
累计频率（%） 80.7 88.4 94.2 100
现状调查
根据调查表，绘制成排列图。
频率 N=52
52
40
30
88.4% 80.7%
94.2%
20
10
0 自动导向系统 顶力
水平偏差曲线图
由水平偏差曲线图可以看出，偏差保持在±100mm之间能够满足规范要求。
现状调查
我们对影响顶进方向的方向控制、顶力、土体结构、减租效果等方 面进行调查，对52个管节的相关信息进行了分析、归纳、整理，编制 了调查表。
序号
检查项目
1 自动导向系统测量精度低
2 顶力过大
3 土体结构产生的不均衡阻力
-40mm -40mm
上下偏差 水平偏差
+30mm
目标值
+40mm
-50mm -50mm
上下偏差 水平偏差
+40mm GB50268:97
+50mm
-80mm -100mm
-200mm
-150mm
上下偏差 +60mm
GB50268:2008
水平偏差
+100mm
上下偏差 水平偏差
+100mm
专用试行标准
测量精度低 过大
阻力
减阻
不均衡 效果差
累积 频率% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
现状调查
通过使用分层法让我们得出以下结论： 自动导向自动的测量精度是造成顶管各项质量 差的主要问题，小组决定以此作为解决问题的突 破口展开活动。
设定目标
为打造精品工程，创上海市政金奖，争创国家市政金奖。我们将目标确定为：保 持平稳顶进，准确进洞，管道贯通后的水平偏差+40mm，-40mm<高程偏差<30mm。
D
DDoo：：实施实阶施段 阶段
C
Check：检查阶段
A
Action：总结阶段
对策实施
对策实施一
增加往返 测量
缺少中监 测站
对本次QC活动950m顶段，增加2套固定测站，总测站数4个。在自动导向系统 程序中编入往返对测程序，使测量过程往返同步进行。实施过程中每半小时记 录一次数据。
对策实施
对策实施二
软件实施
图表绘制 数据测量 设备性能研究 现场配合 数据记录分析 模型设计
活动计划
3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月
选择课题 现状调查 设定目标 分析原因 要因确认 制定对策 实施对策 效果检查 巩固措施 下步打算
P
PPllana：n计：划计阶段划阶段
D
Do：实施阶段
C
Check：检查阶段
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
高程偏差曲线图
由曲线图可见，高程偏差能够控制在-80mm至+60mm之间，能够满足规范要求。 经数据分析，本次数据中突变值是由于导向系统自身原因导致，经人工数据 复核后，排除该次测量数值。
减租 效果差
顶进 阻力大
管节承受 能力超限
管节接口 破损
管道偏差是顶管的基本质量指标，管道顶进方向控制失 误产生的偏差超标最终会造成无法正确进洞、管道反坡、 地面严重沉降、管道错口和接口破损等现象
管道内施工复杂，空间不组，测量是最大问题。目前研 发试用的自动测量导向系统处于完善阶段。
现状调查
本项目首顶试验段远东14#井~白龙港顶段，为保证施工质量，有效控 制顶进方向，在实施过程中研究应用超大直径顶管自动测量导向系统精 确控制顶进方向。
本工程为国内首次实施，通过本工程采集工艺参数、 研究施工技术和总结施工经验。在克服技术管壁摩阻 力大、测量导向困难、穿越建筑及重要设施多等技术 难点，保证管道无渗漏的质量要求前提下，完成本项 目管道完美贯通。
通过本次QC 活动分析并总 结各种施工参 数、完善施工 工艺、保证施 工质量，在保 证顺利贯通的 前提下，大幅 度提高超大直 径长距离曲线 顶管自动导向 系统测量精度。
现状调查
首顶试验段完成后，活动小组对过程测量数据及贯通测量数据进 行收集、计算、分析，绘制出贯通后管道水平偏差
水平偏差曲线图
100 80 60 40 20 0
-20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950 -40 -60 -80 -100
单向测量偏差 人工复测偏差
点1 21mm 8mm
点2 27mm 4mm
点3 18mm 6mm
点4 31mm 9mm
点5 19mm 3mm
点6 22mm 4mm
点7 24mm 6mm
点8 26mm 5mm
点9 23mm 7mm
点10 19mm 4mm
要因确认四
40
30
20
10
0
位1 点
位2 点
位3 点
+200mm
可行性分析
测量频率每500mm
一次，每次往复测量
时间15秒，类似激光
导向测量。
100
偏差值（mm）
80
优化导向系统操作
细则，制顶严格的复
60
核制度。
40
以往经验为依托，
20
严格管理程序
0
80mm左右 40mm以内
实施前
目标值
原因分析
人
机
料
系统操作 熟练度差
测量仪器 精度低
缺少仪器对测
作误差率能够保证 95%
在要求范围内，故 94%
此项不是主要原
93%
因。
合格率百分比
试验值 目标值
合格率百分
非要因
要因确认二
要因
方法
责任人
完成 时间
测量仪器精 现场调查
度低
测试
薛峰
2012年4月 25日
针对此项末端因素，活动小组安排两组测量人员通 过不同操作仪器在洞外架设全站仪，在管道内每 50m设棱镜，测量管底高程。测量结果与水准仪测 量的管底高程进行对比。全站仪选用莱卡TCA1202 与尼康DM325，在同一位置同时观测。
A
Action：总结阶段
业主要求 行业现状 科研内容
选题理由
保证管道完美贯通
地面沉降 现象严重
自动导向 精度差
顶进方向 控制失误
接收井无法 正确进洞
土层 扰动大
管道接缝 密封不严
顶进偏差 超标
管道明显 反坡
管道顶进 弯曲蛇形
管道 不平顺
管节之间 夹角过大
管道错口
减租泥浆 泄漏
产生不平 衡外力
管节端面 受力减小
性别 男 男 男
男
男 男 男 男 男 男
文化程度 大专 大专 本科
本科
本科 大专 大专 大专 本科 本科
职务 项目经理 项目总工 工程部部长 工程部副部
长 技术员 测量员 技术员 施工员 技术员 技术员
组内职务 组长 副组长 组员
组员
组员 组员 组员 组员 组员 组员
组内分工 组织管理 技术负责人 方案编制
增加往复 缺少中监
测量
测站
对自动导向系统系统增加4套固定测站，总测站数7个依次来减 少转站距离以及减少因环境影响造成的测量误差。并将数据进行 人工复测，对仪器自身问题产生的数据突变进行分析和排除，分 析并整理测量数据。
项目概况
小组概况
小组 成立时间：2012年3月 注册 注册登记号：SHJSZ2011-002
小组 活动时间：2012年3月－11月 活动 活动次数：17次
小组 课题
课题类型：现 场 型 课题名称:提高超大直径长距离曲线顶管自
动导向系统测量精度
小组成员
胡斌 孙焕斌 薛峰
李海波
陈文辉 王松 赵高平 王文顺 马庆杰 杨勇远
增加测站， 做到往返对 测
在导向系统程序中 增加往返对测功能
李海波
在保证管道顺利贯
通的前提下，偏差
增加测站， 满足本次活动目标 每100m假设一台
2
缺少中 减少转站次 监测站 数和测量距
全站仪、每50m架 设棱镜，保证数据
王
松
离
准确。
2012. 11.6
2012. 11.26
现场 现场
P
Plan：计划阶段
勇攀顶管行业高峰 打造市政精品工程
提高超大直径长距离曲线顶 管自动导向系统测量精度
中铁上海工程局市政工程有限公司 上海市SST2.6标项目部QC小组
项目概况
上海市南线东段工程SST2.6标，主要工作内容是铺 设双排DN4000钢筋混凝土排水管，设计长度3.98km， 埋深10.86m。管道外径φ 4640mm，全部采用非开挖顶 进法施工，为国内首建的直径最大的顶管工程，在顶 管施工领域具有里程碑的意义。
测量机器人
固定测站
无线电台
软件系统
提高效率 减少人为
误差
大幅度减少 人工设站
误差
数据传输 的稳定性 与时效性
避免人为 的误传误算
现状调查
首顶试验段完成后，活动小组对过程测量数据及贯通测量数据进 行收集、计算、分析，绘制出贯通后管道高程偏差
高程偏差曲线图
120 100
80 60 40 20
0 -20 -40 -60 -80 -100
李海波
2012年4月 18日
活动小组与现场协作，通过模拟操作的方式，进行 数据收集。假定现有100组偏差数据，需根据5名操 作人员对顶管机系统进行操作，保证纠偏油缸能够 配合偏差数据进行准确开口，保证顶进方向。
要因确认一
试验次数
人员 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
非要因
要因确认
缺少仪器对测
末主端要 因素
系统操作熟练度差 中间测站设置少
管道埋深大 测量仪器精度低
经过要因 确认得出以 下两个为主 要因素，分 别是：缺少 仪器对测、 和缺少中间 测站。
制定对策
综上所述，按“5W1H”法制定对策表如下：
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序号 要因
对策
目标
措施
负责人 完成时间 地点
1
缺少仪 器对测