西安地鐵一號線暗挖施工技術方案選優(yōu)方法探討

王建中 西安鐵路職業(yè)技術學院

2013年年底前，西安地鐵一號線、二號線兩條線路將建成運營。二號線線路全長26.4 km，設車站21座，已于2006年9月動工，2011年9月通車試運行。一號線項目已于2009年年初動工，線路全長23.9 km，設車站19座，其暗挖工程正在全面實施。一號線車站的暗挖工程正在陸續(xù)開工建設。

由于工程浩大、技術復雜、安全風險度極大，為了確保實現(xiàn)地鐵項目的質(zhì)量、安全、環(huán)境、進度、成本等目標，采用科學、有效的方法對現(xiàn)有各種暗挖施工技術方案進行選優(yōu)具有十分重要的意義。暗挖施工技術方案選優(yōu)方法不僅對一號線具有實際指導作用，而且可以在地鐵三號線進一步推廣應用。

1 問題的提出

目前設計單位在對暗挖施工技術方案進行選優(yōu)時，主要考慮施工技術方案的安全性、經(jīng)濟性和可行性。對多個備選施工技術方案，按照前述目標的順序，分別對每一個目標將備選施工技術方案進行比較，最終選出一個滿足業(yè)主要求、安全性高、成本低、切實可行的施工技術方案。

設計單位的選優(yōu)過程實際上是一個多目標決策過程，上述目標可以歸納為質(zhì)量、安全、環(huán)境、進度、成本等分目標。針對施工技術方案的選優(yōu)，本文提出運用層次分析法，對各個分目標進行綜合考慮，實行多目標決策。

2 西安地鐵項目暗挖施工技術方案選優(yōu)

西安城區(qū)地鐵工程所處地層為多層沙礫、卵石及第四紀全新世沖、洪積黃土狀土、殘積古土壤、西北濕陷性黃土地質(zhì)。根據(jù)西安地鐵所處地質(zhì)情況的特殊性，地鐵項目暗挖施工可能采用的方法有中洞法、洞柱法、洞樁法、上下導坑法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法和盾構法等。

在地鐵項目暗挖施工技術方案選優(yōu)時，要考慮的因素很多，在這些因素中，往往各種因素之間存在一定的矛盾，這樣就不可能直接簡單地將多個因素歸一化，用一個指標代替，而需要在各個因素之間進行權衡，從而解決非序列多因素問題。

層次分析方法是一種實用的多準則（多因素）決策方法。對項目暗挖施工技術方案可以采用多層次分析法進行選優(yōu)。

2.1 建立系統(tǒng)的遞階層次結構

影響暗挖施工技術方案選優(yōu)的主要因素如圖1所示。C1為工程材料，C2為機械設備，C3為施工工序，C4為施工方法，C5為施工人員，C6為影響質(zhì)量的環(huán)境因素，C7為區(qū)域生態(tài)平衡，C8為環(huán)境質(zhì)量變化，C9為自然資源利用，C10為文物保護，C11為施工條件的變化。本文僅列舉了11個主要因素，在實際應用過程中，影響因素的數(shù)量是可以變化的。

圖1 暗挖施工技術方案選優(yōu)的層次結構模型

2.2 建立評判矩陣

對每一層次的元素，以上一層的一個元素作為標準，進行兩兩比較，決定其重要程度，并對比較結果進行評分，構造出評判矩陣。上一層有多少個元素就可以得到多少個矩陣。在建立遞階層次結構以后，上下層次之間各因素的隸屬關系就被確定了。由于暗挖施工技術方案很復雜，各因素的權重不容易直接獲得，需要通過專家們采取兩兩比較的方法導出它們的權重。

首先，針對總目標A，兩個因素Bi和Bj哪一個更重要，重要多少，按表1（評分標準表）對重要性程度賦值。構造各分目標Bi相對于總目標A的評判矩陣D1。D1=(dij)3×3i，j=1，…3

其次，構造各工程因素C1-C6相對于分目標B1的評判矩陣D11；構造各工程因素C1-C5相對于分目標B2的評判矩陣D12；構造各工程因素C7-C10相對于分目標B3的評判矩陣D13；構造各工程因素C1-C5、C11相對于分目標B4的評判矩陣D14；構造各工程因素C1-C5相對于分目標B5的評判矩陣D15（評分標準見表1）。

表1 評分標準表

再次，構造暗挖施工技術方案層對各影響因素Ck(k=1，…11)的兩兩比較的評判矩陣。

2.3 在上一層目標下各因素相對權重的計算

(1)計算評判矩陣D每行元素的連乘積Mi(i=1，…m)，m為評判矩陣D中影響因素的個數(shù)。Mi=Σbij

(2)計算Mi的m次方根β。βi=Mi=Σbij(i，j=1，2，…m)

(3) 求特征向量α。對向量β=(β1，β2，…βm)T作歸一化處理，從而得到特征向量α=(α1，α2，…αm)T，αi(i=1，2，…m)即為在上一層目標下各因素的相對權重。

對(2)中每一個評判矩陣進行上述計算，可得出對應的特征向量（即相對權重向量）α，它們分別為：的上標為上一層目錄 ，下標為各影響因素。

2.4 “暗挖施工技術方案”層對總目標A的總權重向量計算及選優(yōu)

第四層（暗挖施工技術方案層）對于第三層的相對權重向量分別為(r=1，2，…11)，則對于B1分目標的相對權重向量為對于B2分目標的相對權重向量為對于B3分目標的相對權重向量為對于B4分目標的相對權重向量為對于B5分目標的相對權重向量為

總權重向量中最大數(shù)值所對應的方案即為最優(yōu)暗挖施工技術方案。

2.5 評判矩陣的一致性檢驗

在計算某準則下排序權重向量時，還必須進行一致性檢驗。由于暗挖施工技術方案選優(yōu)的復雜性與打分專家認識的多樣性，在評判矩陣的構造中，并不要求評判具有傳遞性和一致性。但評判矩陣既是計算排序權重向量的根據(jù)，就要求評判矩陣有大體上的一致性，符合一般性的常識。當評判矩陣偏離一致性過大時，按評判矩陣計算的結果有可能導致決策失誤。因此需要對每一個評判矩陣進行一致性檢驗。

3 結論

影響暗挖施工技術方案選取的主要因素有很多種。通過建立評判矩陣，并計算在上一層目標下各因素的相對權重，最終求出各個暗挖施工技術方案對總目標A的總權重向量為，總權重向量中最大數(shù)值所對應的方案即為最優(yōu)方案。