上海交通大学 上海 200240
摘要：近年来随着地铁的建设，盾构法隧道因其施工速度快，安全性高和对周边环境影响小的明显特点，越来越多地在地铁隧道建设中被采用。但是在盾构法隧道的施工过程中也存在着隧道预制混凝土管片开裂破碎的质量问题。管片的破碎不但会给盾构法隧道的正常施工带来阻碍，更可能影响到整个工程后期的运营安全及工程使用寿命。对于管片破碎的成因，国内外也进行了大量的分析及研究，得出了许多造成管片破碎的因素，对指导盾构施工并减少管片破碎的发生也取得了一定的成果。但是造成管片破碎的因素是复杂的，较难以仅仅靠经验和直观感受明确这些因素之间的结构系统层次和结构细节，故而无法抓住控制管片破碎的要点。针对这一问题的复杂性，本文运用ISM的方法确定造成管片破碎因素的内部结构和影响结构的各素间的层次关系，从众多因素中找出最直接和广泛的影响因素，为指导盾构隧道施工减少管片破碎产生提供理论依据。
1ISM法建模
1.1生成邻接矩阵
造成管片破碎的因素是复杂及多样的，根据现场施工实际及研究资料检索，从影响因素中选取出25个影响因素，对因素进行逐一比对，分析出不同因素之间的关系（见表1、表2），并归纳为邻接矩阵 ，如两个因素之间为有关联，即前者因素会导致后者因素，那么其 的取值为1，反之则取值为0。
2管片破碎影响因素分析
根据管片破碎影响因素解释结构模型所示，造成管片破碎的因素大概可以分为6个层次。
第一层次因素有管片运输过程中破碎、管片吊装过程中破碎、盾构机外壳挤压、盾构千斤顶推力过大、管片受力不均匀和外力挤压六个因素。它们是造成管片破碎的最直接因素。但这些因素出现的原因是多方面的，受到第二层因素的影响，故而较难以通过直接控制第一层因素来减少管片破碎的发生，需要进一步对下层次管片破碎因素进行分析。
第二层次因素中盾尾与管片间隙过小是造成盾构机外壳挤压管片的主要原因，但是间隙过小的原因也受到下一级因素影响，不能作为控制管片破碎的主要控制点。千斤顶撑靴或推力中心的偏差会直接使管片受到的推力不均匀，管片受到异常位置的集中力，超过管片设计的正常受力情况造成破损。针对这一因素，有效的日常保养维护制度能及时发现问题并对撑靴进行更换。拼装面不平整或有异物也会影响到受力的均匀，这多由于人为的疏忽或施工过程中工作面的不整齐造成，应该都是施工管理中极力避免的，通过加强现场施工管理对问题进行整改。管片的错台因素不是最底层因素，不能独立反映破碎发生的根本原因。
第三层次因素中管片拼装失圆、管片位置的整体上浮下沉直接影响因素到管片与盾尾间隙，同管片不同千斤顶的推力差异是造成管片错台的原因之一。但是由于第四层次因素的影响，无法反映破碎发生的原因，也难以采取有效改进预防措施。
第四层次，管片拼装过程中受损，是盾构施工过程中最为常见的破碎情况之一，其不但是造成管片破碎的直接原因，同时也是造成管片失圆、管片错台等破碎原因的间接原因。同时管片受损发生的原因也有这主观的直接因素，如人工拼装失误，以及由于管片自身质量造成的客观因素。管片是盾构法隧道抵御外界周边水土压力的唯一结构，直接承受水土压力，当周边水土压力过大或其他不稳定时，管片也可能产生不良的变化，进一步造成破损的发生。同步注浆液作为填充隧道与土体间隙的填充物，要根据施工项目的周边地质水土条件的不同而进行选择，不适合的同步注浆液不但无法达到有效填充的目的，反而会造成管片的上浮或下沉，但它们都受到第五层次的直接影响。
第五层次因素中最底层的影响因素是工程不良地质条件，作为一项地下工程，地质条件对工程有着决定性的约束。地质条件决定了所采取的工艺工法，包括盾构机的选型，刀具的选择，注浆种类和方式的选择等等技术施工参数。只有因地制宜地根据现场实际情况进行选择和优化调整才能提升施工质量、减少质量缺陷。另一个底层影响因素是隧道推进轴线与设计轴线的偏差，由于地铁轨道铺设的要求及隧道内建筑间隙的限制，盾构法隧道对实际轴线与设计轴线偏差要求很高，推进过程中要小于50mm，对施工带来挑战，推进过程中需要随时对轴线进行纠偏，但过度的纠偏会带来包括管片破碎等一系列的问题。
第六层次因素都是与管片制作相关的底层影像因素，显示了管片制作过程中的不足对观片质量以及管片破碎的一系列影响。
3对关键影响因素的控制
造成管片破碎的影响因素是非常多样的，而且不同的影响因素之间存在着关联或递进的关系。即使能把所有影响管片破碎的因素都分析罗列出来，但实际施工控制中也不可能做到对所有因素的有效控制。为了高效地减少管片破碎的产生，提升盾构隧道质量，应该重点控制住影响管片破碎的关键因素。
选取管片破碎的关键因素应该主要是2类：第一类，结构模型中最底层的影响因素。最底层的影响因素是造成后续一系列问题的根本原因，其发生的原因比较清晰，不受到其他因素的影响，方便对症采取有针对性的措施进行控制。同时对最底层的影响因素进行控制能取得比较高效的收益，因为不同层次因素间存在一定递进的关系，减少根本因素的发生就能同时减少后续因素的产生。第二类，最常见多发的影响因素。虽然这类影响因素并不是最底层的因素，受到下层因素的一定影响，但它的产生更多的是由其自身因素所影响。对于这类因素的判定，就需要采用一些数理统计的方式来确定因素发生的频率和造成的影响。
4结论
就前文的解释结构模型显示，造成管片破碎的影响因素对破碎的产生有着直接或间接的影响，各因素之间存在一定关联，有着多层递进的结构形式。六个不同层次的因素显示了盾构破碎的根本因素，对控制管片破碎的重点提供了依据。
应该重点控制的因素应该为1、管片制作质量的控制，管片制作是管片质量的根本。2、盾构管片拼装质量的控制，管片拼装过程中的破碎在盾构施工过程中最为常见，同时是造成管片破碎的直接及间接原因。3、盾构推进轴线的控制，对推进轴线精准的控制能减少纠偏所产生的受力不均匀和盾尾间隙过小问题同时提高工程质量。
5不足与展望
造成管片破碎的影响因素之间关系是非常复杂的，各个层次因素之间并不是严格的递进关系。同一个因素可能与数个不同层次的因素都存在关联。现在的解释结构模型中无法有效地阐明这样的结构关系。
最底层的影响因素，不一定是最关键的影响因素。某些影响因素除了受到下层次因素的影响外，也受到更多因素自发性的影响。相对而言这因素的重要性要高于下一层因素。
论文作者:邵国章
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/20
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