大跨隧道施工方案决策技术研究

敖道朝

(广东省高速公路有限公司)



大跨隧道施工方案决策技术研究

敖道朝

(广东省高速公路有限公司)

摘要：大跨扁平隧道在施工过程中存在很多不确定因素，施工方案的选择不仅仅是技术问题，也是管理问题，其核心是利用现有的技术经济条件，从备选的几个方案中选择一个最优的方案。通过采用层次分析法建立了一个以目标层，准则层，指标层，方案层为基准的复杂决策系统，综合考虑各方面的因素，选取最优施工方案。

关键词：大跨扁平隧道；施工方案；层次分析法

1施工方案决策案例分析

1.1　工程概况

中山顶隧道进口埋深5～20 m，为风化灰岩，属较硬岩，单轴饱和抗压强度为44 MPa，节理、溶隙裂隙发育，岩体破碎，岩体完整性系数0.4，BQ值322.15，[BQ]值232.15~242.15。鉴于为岩质围岩，洞身围岩抗压强度较高，且根据[BQ]值评判围岩亚级为V1级，接近IV3级围岩下限。

1.2　分析模型

建立层次分析模型，以全断面法、三台阶法、CD/CRD、双侧壁等5种工法作为备选的施工方案，指标层按照设计、施工、安全、工期、经济6类准则细分为22类影响因素。最终目的是通过方案层→指标层→准则层→目标层的递进传递，得到各方案的相对权重，从而得到最优施工方案。

(1)方案层单排序

方案层单排序是指方案层(D)相对指标层(C)中各因素的排序权重计算。对22个D-C(方案层相对于指标层)比较矩阵分别求特征向量w、一致性指标CI及其相对一致性指标CR，所得结果如表1所示。

表2　D-C矩阵的特征向量解列表

(2)指标层单排序

指标层单排序是指标层(C)相对准则层(B)中各因素的排序权重计算。对上述5个B -C(指标层相对于准则层)比较矩阵分别求的特征向量w、一致性指标CI及其相对一致性指标CR进行整合，所得结果如表2所示。

表2　C-B矩阵的特征向量解列表

(3)准则层单排序

准则层单排序是指准则层(B)相对目标层(A)中各因素的排序权重计算。B-A矩阵如表3所示。

表3　B-A矩阵

计算结果如下：

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

(b)一致性指标CI = 0.0191

(c)当n=5时，RI = 1.12，则CR = CI/RI = 0.017 < 0.1，符合要求。

按照特征向量的权重，B层次排序计算的结果为：B3，B5，B4，B2，B1。

(4)层次传递计算

层次传递计算，是指作为计算最下层(方案层)对最顶层(目标层)的排序向量，从而确定最优方案的过程。

传递计算的方法如下：

如果一级指标层对目标层的相对权重为

则二级指标层对一级指标层的相对权重为

因此，方案层中的各方案对于目标层的相对权重Wi为

……

(1)

同样，合理的情况下，CR<0.1。若检验不通过，需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率CR较大的成对比较矩阵。

①D-C-B传递计算

将表2与表3进行整合，则可得D-B的传递矩阵

(2)

按照上述的传递公式进行计算，上述D-B矩阵中各元素为

(3)

C-B的权向量参见表2所示，D-B的一致性检验如下：

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

上述计算表明，D-C-B通过一致性检验。

②D-B-A传递计算

3.2.3节中已算出B-A的特征向量为：

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

将该向量与式(3)相乘，可得最终D-A的特征向量为：

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

(4)

该向量即为D-A的层次单排序向量。

一致性检验如下：CRD-A=0.033 9<0.1

2结论

(1)大跨扁平隧道在施工过程中存在很多不确定因素，运用层次分析法构造施工方案决策系统可综合考虑设计、工期、安全、经济等各个方面因素，从而选取最优施工方案。

(2)通过计算表明(式4)在中山顶隧道5种备选的施工方案中，综合技术经济等多种目标，采用三台阶法进洞开挖最优，其次是全断面法，排在最后的双侧壁法、CRD法和CD法。

参考文献：

[1]介玉新，胡韬，李青云，等.层次分析法在长江堤防安全评估系统中的应用[J].清华大学学报(自然科学版)，2004，44(12)：1634-1637.

[2]许树柏.层次分析法原理[M].天津:天津大学出版社，1988.

收稿日期：2015-02-11

中图分类号：U445

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2015)08-0095-02