地铁盾构隧道的PDCA质量管理
2010-10-15 00:54
地铁盾构隧道的PDCA质量管理
【摘 要】 鉴于目前地铁盾构隧道的大量建设和存在的质量问题，将PDCA循环管理引入盾构隧道的质量管理中。文章分析研究了盾构法隧道原理和隧道施工及结构的特点；定义了三个层次的PDCA循环的周期，详细阐述了每个循环周期内8个阶段的主要工作方法和内容；分析了产生质量问题的主要原因及影响因素，并制定了执行计划的三阶段法。
【关键词】 盾构隧道 质量管理 PDCA循环
自上个世纪末在地铁隧道修建中引入盾构法以来，经过一二十年的应用、发展，目前盾构法已成为地铁隧道的主要工法[1,2]。隧道结构经常出现诸如沉降大、结构渗漏水等的质量问题[3,4]，因此，需要对其质量进行系统、科学的管理，以满足地铁隧道耐久、安全的使用要求。PDCA循环质量管理是一种有效的质量方法，在各类工程、项目中都得到了广泛的应用[5,6]。鉴于此，采用PDCA对盾构隧道的质量管理进行探讨。
1、PDCA循环质量管理
PDCA循环的概念最早是由美国质量管理专家戴明(W.E.Deming)于20世纪50年代初提出的，所以又称为“戴明环”，它是全面质量管理所应遵循的科学程序。全面质量管理活动的全部过程，就是质量计划的制订和组织实现的过程，这个过程就是按照PDCA循环，不停顿地周而复始地运转的。PDCA四个英文字母及其在PDCA循环中所代表的含义如下：
P（Plan）———计划，确定方针和目标，确定活动计划。
D（Do）———执行，实地去做，实施计划中的内容。
C（Check）———检查，总结执行计划的结果和效果，找出问题。
A（Action）———行动，对总结检查的结果进行处理，成功的经验加以肯定并适当推广、标准化；失败的教训加以总结，以免重现。未解决的问题放到下一个PDCA循环。
之所以将其称之为PDCA循环，是因为这四个过程不是运行一次就完结，而是要周而复始地进行。一个循环完了，解决了一部分的问题，可能还有其它问题尚未解决，或者又出现了新的问题，再进行下一次循环，其基本模型如图1所示。
PDCA循环有如下三个特点：
（1）大环带小环。如果把整个企业的工作作为一个大的PDCA循环，那么各个部门、小组还有各自小的PDCA循环，就像一个行星轮系一样，大环带动小环，一级带一级，有机地构成一个运转的体系。
（2）阶梯式上升。PDCA循环不是在同一水平上循环，每循环一次就解决一部分问题，取得一部分成果，工作就前进一步，水平也提高一步。到了下一次循环，将有新的目标和内容，更上一层楼。
（3）科学管理方法的综合应用。PDCA循环应用以QC七种工具为主的统计处理方法以及工业工程（IE）中的工作研究方法，并作为进行工作和发现、解决问题的工具。
2、地铁盾构隧道的特点分析
盾构法隧道施工（shield tunnelling）是在地表以下地层中采用盾构机进行暗挖隧道的一种施工方法。相对于传统的明挖法和矿山暗挖法隧道施工，盾构法隧道技术具有掘进速度较快、隧洞成型质量较好、工作环境较好、不受地表环境条件限制、不受天气及人性化限制等优点，从而使盾构法在地下铁道、公路隧道、水工及市政隧道等方面得到广泛应用。土压平衡盾构（EPB:Earth Pressure Balance）和泥水加压平衡盾构是目前盾构法隧道中最常用的两种盾构工法。目前国内地铁盾构隧道以土压平衡盾构为主，约占90％以上[1]。
土压平衡盾构的基本原理是：随着盾构的推进，对由旋转刀盘切削下来进入密封土舱内的土体，通过安装在土舱内的螺旋输送机以及出口上的滑动闸门或螺旋式漏斗等进行排土，一面维持开挖面稳定状态，一面将盾构向前推进（图2）。
目前国内盾构隧道结构的主要类型见表1。
从以上分析可总结出地铁盾构法隧道结构体的主要特点为：
·采用预制管片，在盾构机内进行拼装成环；
·衬砌管片一次成型，衬砌只有预制管片一层；
·采用装配式衬砌结构，一般每环都由6块组成，块与块之间靠螺栓连接，结构整体性较差；
·管片块与块之间防水采用单一弹性橡胶条或嵌入遇水膨胀橡胶的复合型密封条；
·管片装配靠人工进行操作，管片拼装的人为因素影响较大；
·盾构机开挖直径和管片外径之间存在开挖间隙，该间隙由盾尾同步注浆填充，根据盾构机设计情况的不同，该间隙宽度的偏差也由几公分到十几公分不等（表2）。
3、在地铁盾构隧道质量管理中的应用
PDCA循环质量控制是提高产品（工程）质量的一种科学方法。PDCA循环的运转包括八个步骤（图3）
3.1分析现状，找出质量问题
对当前条件下盾构隧道的质量问题进行调研，通过工程现场调研及参考相关文献资料，找出现存的盾构隧道质量问题；并对质量问题进行统计，其常用的方法有排列图法、直方图法、控制图法、工序能力分析、KJ法及矩阵图法。
根据调研统计，认为管片开裂、错台、渗漏水、破裂、轴线偏移及结构的不均匀沉降是盾构法隧道最常见的几类质量问题。图4即为常见的几种盾构隧道质量问题的照片。
3.2分析产生质量问题的原因
分析质量问题原因的主要方法有因果分析图法、关联图法、矩阵数据分析法及散布图法等，在此采用因果分析图法对盾构隧道的质量问题进行分析。将原因分为人的因素、材料因素、机械因素、方法因素和环境因素等几大类，如图5所示。
3.3找出影响质量问题的主要因素
根据第二步影响盾构隧道质量问题的分析结果，对影响质量问题的因素进行排序，方法有排列图法、散布图法、关联图法、KJ法等。对质量影响的五大因素中，人的因素处于最核心的位置，“人”的作用最大，人通过“技术层”和其他几个因素的相互作用可以达到质量控制的目标（图6）。
影响盾构的三个主要机具，即盾构机推进系统、管片拼装机及管片生产模具，都是靠人来操作，假定在三者都良好的状况下，盾构隧道的质量就取决于操作者水平。而对于工艺来说，盾构法隧道的工艺都大体相同，工艺基本成熟，在实际应用中只需进行强化。材料因素在于：从源头严格控制材料质量，制定严格的检验程序。地质因素为环境对隧道质量影响的一个重点，地质因素对隧道质量的影响分为预知的和未知的两类。对于可遇见的地质困难段，应提前做好各项工程预案；而大多数地质因素引起的隧道质量安全事故都是由于未知引起的，因此在盾构隧道始发之前做好各项风险预案就显得尤为重要。
3.4制定措施计划
在以上工作的基础上，制定质量控制计划，形成一套实际可行的盾构隧道质量控制方案。
（1）加强相关技术人员的管理
首先，提高相关直接操作人员的质量意识，诸如同步注浆工人、管片拼装工人等应加强培训工作，同时提高盾构司机的操作水平。
（2）规范各关键环节的控制程序。
（3）制定好各种情况的风险预案。
3.5执行措施计划
执行计划可按三阶段法进行，从管片的模具开始，到拼装，再到管片拼装结束后期的各个环节控制，如图7所示。在管片生产阶段，主要内容为模具的精度控制、材料质量指标合格、管片的振捣及养护程序；在拼装阶段，此阶段最为重要，主要是操作人员对管片拼装定位的操作水平、其次是技术人员的选型及千斤顶的顶推力大小的设定；拼装完成后，管片要受到注浆压力、地层土压力等外力作用，对其质量又造成影响。
3.6调查效果
根据盾构隧道特点和地铁建设的实际情况，提出了盾构隧道PDCA质量管理的三种循环模式，如表3所示。每个周期结束后，对该区段隧道的质量控制情况进行调查，确定实现的和未实现的控制目标。
3.7总结
根据第6步的调查结果，针对实现的和未实现的目标进行分析，总结成功经验，并制定相应标准。
3.8提出未解决的问题
提出本循环未解决的问题，将其带入下一个循环解决。
上面8步为一个循环，在地铁盾构隧道中实施PDCA循环的质量控制，不同的情况可安排大小不同的循环周期，如表3所示。
4、结论及建议
隧道的质量对于结构的耐久性及保证地铁安全运营具有重要意义。在分析研究盾构法隧道特点的基础上，本文提出了基于PDCA循环的地铁盾构法隧道质量管理方法，详细阐述了盾构隧道PDCA循环质量8个步骤的质量控制要点和方法。
但由于国内目前盾构法隧道用于地铁也才一二十年的时间，PDCA也没有在大范围或大循环中得以应用。作者有幸在上海、成都的地铁盾构隧道小循环中推广该管理方法。应用效果显示该法对促进盾构隧道的质量有较大的帮助，但在应用过程中也存在一定的问题，诸如执行力不够、受操作者水平限制等。
希望本文能作为和地铁同行在盾构隧道质量管理方面的一个探讨，共同提高我国地铁盾构隧道的质量管理水平。
参考文献
[1]宋天田.砂卵石地层土压平衡盾构的适应性研究[D].同济大学博士学位论文,2008
[2]周顺华.城市轨道交通结构工程[M].上海:同济大学出版社,2004
[3]洪开荣.关于地铁盾构隧道几个问题的探讨[J].隧道建设,2003,23(1):4~6
[4]郭鹤兰.PDCA循环法在工程质量控制中的应用[J].中国市政工程：2006(3):78~79
[5]张重禄.公路路基压实质量PDCA循环控制法[J].公路工程,2007,32(4):91~95
[6]刘恕全.盾构隧道施工质量缺陷浅谈[J].山西建筑.2007,33(3):204~205
[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50446-2008盾构法隧道施工与验收规范[S].北京:中国建筑工
业出版社,2008
