网站原创【摘 要】本文以西山隧道为研究对象,应用层次分析法建立了隧道二次衬砌施工模板优化选择层次分析模型.根据施工成本,施工进度,施工质量,施工安全等方面的综合影响,结合隧道二次衬砌施工模板选择的实际情况,应用层次分析法,从针梁式钢模台车、组合模板、简易模板台车三种方案中选用最佳方案应用于西山隧道工程隧道二次衬砌施工.
【关 键 词 】层次分析法；衬砌模板；优化选择；评价指标
目前隧道工程中全圆断面隧道二次衬砌施工使用的模板形式大体上分为针梁式钢模台车、简易模板台车、组合模板3种形式.关于台车的研究多数围绕台车的构造原理、施工工艺流程、质量控制等方面进行的,如文献[1-3]着重从台车的设计及施工中应用方面进行论述.文献[4]主要对钢模衬砌台车的构造、施工中技术措施及施工流程进行论述.文献[5]主要对简易模板台车的构造、施工中技术措施及施工流程进行论述.本文通过建立隧道二次衬砌施工模板优化选择层次分析模型,根据施工成本,施工进度,施工质量,施工安全等方面的综合影响情况,选择合适的模板形式应用于隧道工程中.
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1.层次分析法的原理及程序
层次分析法AHP(analytic hierarchy process)是20世纪70年代美国匹兹堡大学T.L.Saaty教授首先提出的,它用一定标度把人的主观判断进行客观量化,是一种将定量和定性分析相结合的系统多目标决策方法,适用于多方案比较排序.
层次分析法的一般程序为：
（1）建立层次结构模型
运用AHP进行系统分析时,首先要将所包含的因素分组,每一组作为一个层次,按照最高层、若干中间层和最低层的形式排列起来.其一般模型如图1所示.
(2)构造两两比较判断矩阵
在建立递阶层次结构以后,上下层次之间元素的隶属关系就被确定了.对于各层的元素依次与之有关的上一层元素进行两两比较,从而建立一系列判断矩阵
(3)根据判断矩阵,求解特征值λmax,计算对应的特征向量,经标准化后即可得出每层中各个因素的相对重要性的排序权重,并进行一致性检验.特征值计算可采用方根法或和积法.
(4)计算权重分配及总排序,并进行层次总排序一致性检验,若CR<0.1,则层次总排序通过一致性检验,从而得出最佳方案.
2.工程实例
2.1 工程概况
本项目从承德市向东南贯穿承德市东南部地区,是河北高速公路网中“第一条线”的重要组成部分.起点为承德市南郊武烈河与滦河交汇处的承德南出口互通,路线终点位于承德、秦皇岛两市交界处的庙岭南侧,接承秦高速公路秦皇岛段.本标段为QSⅡ第3合同段,里程桩号为K8+700～K12+900,线路全长4.2公里.西山隧道位于ZK9+140～YK9+132处,左线长810m,右线长737m.本隧道按新奥法原理进行设计及施工,除明洞外,其它均采用复合式衬砌结构.隧道进、出口左右洞均采用端墙式洞门.
2.2 西山隧道二次衬砌模板方案及特点
西山隧道二次衬砌模板形式有以下三种方案：
方案一（P1）针梁式钢模台车
此方案为现代长隧道施工应用最多的台车形式,由钢模、台车、针梁、外部支撑四部分组成.此类台车有其优点,也有一定的局限性.优点有：施工机械化程度较高,单组台车就位时间短,耗用人工少,模板分块少,表面平整度好,块间混凝土错台小,但也有一定的局限性.台车本身的重量较大,小空间组装困难而且台车购置成本较高.
方案二（P2）简易模板台车施工
简易模板台车施工是指隧道模板本身采用组合模板的小面拼装形式与内部的支撑体系为普通模板台车的钢拱架支撑相结合的施工方法.该台车自身组装比较方便,克服了台车在狭小空间组装困难的限制,同时台车比较轻便,造价较低.缺点是:模板搬运,台车脱模,支撑全部靠丝杆进行,台车就位比针梁式模板台车耗费人工较多,台车就位时间较长,断面模板分缝较多.
方案三（P3）组合模板施工
组合模板施工中模板分块较多,单块模板质量较小,对组装空间要求比较灵活,模板购置成本较低.但采用组合模板施工板间分块较多,容易出现错台和漏浆现象,单组施工时间较长,耗用人工较多.
2.3 建立层次结构模型
隧道二次衬砌施工模板形式的选择受多种因素的影响,体系中不同性质的因素之间很难进行直接比较,因此需要先将因素分类,并用层次框图描述各指标的从属关系.经过比较分析,最终确定了评判目标中的3个一级评判指标,下属7个二级评判指标.并初步确定了方案层P为三种方案,即针梁式钢模台车,简易模板台车,组合模板.建立的层次结构模型如图1所示.
2.4构造判断矩阵及行单排序
首先根据建立的层次结构模型,参考有关文献,并通过专家组采用1～9标度对影响指标的权重进行评判,建立判断矩阵,进行计算,并对判断矩阵的一致性检验.
一致性指标：
随机一致性比例：
当CR<0.1时,可认为分析得出的判断矩阵的一致性达到了要求.
B层总排序及其总排序权重
B层次总排序随机一致性比例CR计算.
其中：
经计算B层次总排序随机一致性比例CR等于0.069<0.1,故层次总排序通过一致性检验.
2.5 权重分配及总排
经计算P层次总排序随机一致性比例CR等于0.0599<0.1,故层次总排序通过一致性检验.
3.结语
层次分析法计算结果表明,方案P1的权重大于方案P2, P3的权重.因此,P1为最优选择方案,即针梁式钢模台车为最佳方案.基于层次分析法的隧道二次衬砌施工模板优化选择结果可靠,该方法实用性强,可为隧道二次衬砌施工模板优选决策提供理论和实践指导.