敖道朝

(廣東省高速公路有限公司)

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大跨隧道施工方案決策技術(shù)研究

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摘要：大跨扁平隧道在施工過程中存在很多不確定因素，施工方案的選擇不僅僅是技術(shù)問題，也是管理問題，其核心是利用現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，從備選的幾個方案中選擇一個最優(yōu)的方案。通過采用層次分析法建立了一個以目標(biāo)層，準(zhǔn)則層，指標(biāo)層，方案層為基準(zhǔn)的復(fù)雜決策系統(tǒng)，綜合考慮各方面的因素，選取最優(yōu)施工方案。

關(guān)鍵詞：大跨扁平隧道；施工方案；層次分析法

1施工方案決策案例分析

1.1　工程概況

中山頂隧道進(jìn)口埋深5～20 m，為風(fēng)化灰?guī)r，屬較硬巖，單軸飽和抗壓強(qiáng)度為44 MPa，節(jié)理、溶隙裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖體完整性系數(shù)0.4，BQ值322.15，[BQ]值232.15~242.15。鑒于為巖質(zhì)圍巖，洞身圍巖抗壓強(qiáng)度較高，且根據(jù)[BQ]值評判圍巖亞級為V1級，接近IV3級圍巖下限。

1.2　分析模型

建立層次分析模型，以全斷面法、三臺階法、CD/CRD、雙側(cè)壁等5種工法作為備選的施工方案，指標(biāo)層按照設(shè)計(jì)、施工、安全、工期、經(jīng)濟(jì)6類準(zhǔn)則細(xì)分為22類影響因素。最終目的是通過方案層→指標(biāo)層→準(zhǔn)則層→目標(biāo)層的遞進(jìn)傳遞，得到各方案的相對權(quán)重，從而得到最優(yōu)施工方案。

(1)方案層單排序

方案層單排序是指方案層(D)相對指標(biāo)層(C)中各因素的排序權(quán)重計(jì)算。對22個D-C(方案層相對于指標(biāo)層)比較矩陣分別求特征向量w、一致性指標(biāo)CI及其相對一致性指標(biāo)CR，所得結(jié)果如表1所示。

表2　D-C矩陣的特征向量解列表

(2)指標(biāo)層單排序

指標(biāo)層單排序是指標(biāo)層(C)相對準(zhǔn)則層(B)中各因素的排序權(quán)重計(jì)算。對上述5個B -C(指標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層)比較矩陣分別求的特征向量w、一致性指標(biāo)CI及其相對一致性指標(biāo)CR進(jìn)行整合，所得結(jié)果如表2所示。

表2　C-B矩陣的特征向量解列表

(3)準(zhǔn)則層單排序

準(zhǔn)則層單排序是指準(zhǔn)則層(B)相對目標(biāo)層(A)中各因素的排序權(quán)重計(jì)算。B-A矩陣如表3所示。

表3　B-A矩陣

計(jì)算結(jié)果如下：

(a)特征向量W =(0.0680，0.1103，0.3982，0.1831，0.2405)T

(b)一致性指標(biāo)CI = 0.0191

(c)當(dāng)n=5時，RI = 1.12，則CR = CI/RI = 0.017 < 0.1，符合要求。

按照特征向量的權(quán)重，B層次排序計(jì)算的結(jié)果為：B3，B5，B4，B2，B1。

(4)層次傳遞計(jì)算

層次傳遞計(jì)算，是指作為計(jì)算最下層(方案層)對最頂層(目標(biāo)層)的排序向量，從而確定最優(yōu)方案的過程。

傳遞計(jì)算的方法如下：

如果一級指標(biāo)層對目標(biāo)層的相對權(quán)重為

則二級指標(biāo)層對一級指標(biāo)層的相對權(quán)重為

因此，方案層中的各方案對于目標(biāo)層的相對權(quán)重Wi為

……

(1)

同樣，合理的情況下，CR<0.1。若檢驗(yàn)不通過，需要重新考慮模型或重新構(gòu)造那些一致性比率CR較大的成對比較矩陣。

①D-C-B傳遞計(jì)算

將表2與表3進(jìn)行整合，則可得D-B的傳遞矩陣

(2)

按照上述的傳遞公式進(jìn)行計(jì)算，上述D-B矩陣中各元素為

(3)

C-B的權(quán)向量參見表2所示，D-B的一致性檢驗(yàn)如下：

CRB1=0.019 5<0.1

CRB2=0.059 4<0.1

CRB3=0.024 9<0.1

CRB4=0.018 9<0.1

CRB5=0.052 8<0.1

上述計(jì)算表明，D-C-B通過一致性檢驗(yàn)。

②D-B-A傳遞計(jì)算

3.2.3節(jié)中已算出B-A的特征向量為：

WB-A=(0.068 0，0.110 3，0.398 2，0.183 1，0.240 5)T

將該向量與式(3)相乘，可得最終D-A的特征向量為：

WD-A=(0.205 5，0.246 3，0.173 9，0.184 7，0.189 6)T

(4)

該向量即為D-A的層次單排序向量。

一致性檢驗(yàn)如下：CRD-A=0.033 9<0.1

2結(jié)論

(1)大跨扁平隧道在施工過程中存在很多不確定因素，運(yùn)用層次分析法構(gòu)造施工方案決策系統(tǒng)可綜合考慮設(shè)計(jì)、工期、安全、經(jīng)濟(jì)等各個方面因素，從而選取最優(yōu)施工方案。

(2)通過計(jì)算表明(式4)在中山頂隧道5種備選的施工方案中，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)等多種目標(biāo)，采用三臺階法進(jìn)洞開挖最優(yōu)，其次是全斷面法，排在最后的雙側(cè)壁法、CRD法和CD法。

參考文獻(xiàn)：

[1]介玉新，胡韜，李青云，等.層次分析法在長江堤防安全評估系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，44(12)：1634-1637.

[2]許樹柏.層次分析法原理[M].天津:天津大學(xué)出版社，1988.

收稿日期：2015-02-11

中圖分類號：U445

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2015)08-0095-02