南水北调渠道工程土石方平衡的优化分析

2015-10-31解海军夏长举

建材与装饰 2015年15期

关键词：运距渣场标段

解海军　夏长举

（中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州　450001）

南水北调渠道工程土石方平衡的优化分析

解海军夏长举

（中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450001）

采用线性规划的方法，准确、快速地进行土方调配计算，通过南水北调中线一期工程总干渠第Ⅱ渠段（沙河南～黄河南）禹州和长葛段第一施工标段土方调配的工程实例，应用线性规划进行土方平衡调配，找出最优的方案，降低施工成本，提高经济效益。

渠道工程；线性规划；土石方平衡

1　工程概况

南水北调中线一期工程总干渠第Ⅱ渠段（沙河南～黄河南）禹州和长葛段第一施工标段，设计桩号为SH（3）61+648.7～SH（3）66+000，标段长度4.3513km，标段内共有各种建筑物6座，其中：左排倒虹2座，公路桥2座，生产桥共2座。跨兰河北、许楼和灰河等3个工程地质段。

桩号SH（3）61+648.7～SH（3）62+760为黄土状土均一结构，为半挖半填段，挖深1.5～5.0m，填方高度5.0～7.0m。桩号SH（3）62+760～SH（3）65+240为上粘性土、下软弱膨胀泥岩双层结构，以挖方为主，挖深9.0～38.0m。桩号SH（3）65+240～SH（3）66+000为黄土状土均一结构，以半挖半填为主，局部为挖方。

本标段土方开挖540.35万m3，软岩开挖303.50万m3，土方填筑53.08万m3，回填粘性土55.1万m3，开挖料远大于填筑料；可供本标段利用的弃渣场为JQ1-1弃土弃渣场：弃渣容量783.48万m3。

本标段总干渠渠道的土方开挖料除部分利用料进行沿线调运、回填外，大部分都需运往指定弃渣场。

2　数学模型建立

设有m个取土区A1，A2，…，Am；各取土区的取土量为a1，a2，…，am；n个填筑区B1，B2，…，Bn；各填筑区的填筑量为b1，b2，…bn；由取土区Ai向填筑区Bj调运土料的方量为xij，由第i个取土区至第j个填筑区的运输单价为cij。建立土方调配的数学模型[1]。

3　区段划分及调配运距

根据地形、地质条件，按照四区段、八流程的流水作业原则，将本标段划分为6个调配区段，加上2个倒虹吸基坑开挖，共计8个取土区。6个渠道填筑段，2个倒虹吸基坑回填，4个防护堤填筑，1个弃渣场，共计12填土区。

设运输单价为1元/m3·m，则取土区至填土区的运距即可视为价格系数。渠道本桩利用土运距按照100m考虑，各取土区至填土区的运距见表1。

4　平衡计算

4.1规划求解

利用Excel的规划求解功能，可以用来解决线性规划问题。可以设置决策变量为整数约束。规划求解可以用来解决最多有200个变量，100个外在约束和400个简单约束（决策变量整数约束的上下边界）的问题（如图1）。

（1）计算结果（如表2）。

（2）目标函数值：8825374673。

4.2Matlab-lp求解

MATLAB软件，具有强大的科学运算功能，其线性规划求解功能，可以快速求出一组最优解，使目标函数值最小。

（1）Matlab-lp程序

Matlab求解线性规划问题的命令为linprog（），解决运输问题的命令格式为[x，fval]=linprog（f，A，b，Aeq，beq，Lb），x是由决策变量组成的列向量，在返回值中fval是优化结束后得到的目标函数值，f为由目标函数的系数组成的向量，A是一个矩阵，b是一个向量，A和b组成线性规划的不等式约束条件。Aeq是一个矩阵，beq是一个向量，Aeq和beq组成线性规划的等式约束条件。Lb是变量的下界约束。返回的x值为满足目标函数取得极值的一组变量的值。