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
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。
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