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        大跨隧道施工方案決策技術(shù)研究

        2015-02-26 04:57:43敖道朝
        黑龍江交通科技 2015年8期
        關(guān)鍵詞:施工方案層次分析法

        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

        敖道朝

        (廣東省高速公路有限公司)

        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

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