基于层次分析法的顶管施工方案比选论文_林舒杭,杨超,郑富太,万雷,杨勇

中建五局第三建设有限公司湖南长沙 410000

摘要：在顶管施工的方案比选中，通常依据工程经验和工程类比法进行决策，常常造成了一些不必要的浪费。为了更科学地确定施工方案，起步区市政道路三期一标段工程项目部通过使用层次分析法，研究了环保、安全、成本、工期和质量5个方面的权重，进行综合比选，最终确定了最优的顶管施工方案。

关键词：层次分析法；顶管施工；方案比选

1.工程背景

起步区市政道路三期一标段工程场地属浅丘地貌单元，地势有一定起伏，道路孔口高程为480.77～535.05m，相对高差54.28m。期间沟壑、陡坎分布较广，整体地貌简单。地貌单元属成都平原岷江水系Ⅲ级阶地。顶管施工污水管道位于已建深圳路南侧，并有2处穿过已建深圳路，管径为800mm，总长为310米，其中穿越已建深圳路长度为104米，该管线布置位置现状地下无构筑物，其土质主要为杂填土、粘土以及中风化泥岩。

2.顶管施工简介及层次分析法原理

1.1顶管施工简介

顶管施工是非开挖施工方法中的一种，是借助主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内，将工具管或掘进机吊出井外，并把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两顶坑之间的方法，其非开挖的施工技术解决了管道埋设施工对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护等方面有着很大的优势，为城市创造了一个洁净、舒适和美好的环境。

顶管施工主要有手掘式顶管施工和机械式顶管施工两种顶进方式，其中手掘式顶管施工方法有着设备简单、技术难度低、成本低和易于推广等优点，但是其施工工期相对较长、施工安全性相对较低、施工环境相对较差；而机械式顶管施工方法有着适用土质广泛、能有效保持挖掘面稳定、作业环境更好、施工更安全可靠和施工速度快等优点；但是其成本高、施工更复杂、要求更大的场地布置设备。

1.2层次分析法

1.2.1层次分析法简介

层次分析法（The analytic hierarchy process），简称AHP，它是在20世纪70年代中期由美国运筹学家托马斯•塞蒂正式提出的一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。由于它在处理复杂的决策问题上的实用性和有效性，很快在世界范围得到重视。它的应用已遍及经济计划和管理、能源政策和分配、行为科学、军事指挥、运输、农业、教育、人才、医疗和环境等领域。

层次分析法的基本思路与人对一个复杂的决策问题的思维和判断过程大体上是一样的，它包括目标层、准则层和决策层。它主要有四个步骤构成，即建立层次结构模型、构造成对比较阵、计算权向量并做一致性检验计算、组合权向量并做组合一致性检验。

顶管施工作为一种在城镇道路管道施工中的常见方法，其过程是一个复杂的过程，其风险存在于施工的各个环节上，保证项目的顺利实施、有效预防和控制风险事件的发生在施工中是最重要的问题。

项目施工过程中的风险通常分为自然风险、经济风险、管理风险、技术风险和其他风险，

关于自然风险（如地震和暴雨等）、经济风险（如汇率和通货膨胀等）、管理风险（合同和人力）和其他风险（政策和环境）带来的失败属于小概率事件，所以本文认为影响顶管施工的关键技术有工作坑、背墙、设备安装、顶进方式、注浆、纠偏、出洞，接下来本文只从顶管顶进施工的过程来进行风险评价，其他的关机技术风险评价同理。

首先建立了层次结构模型后，其上下层之间元素的隶属关系就被确定了。最后需要对每一个层级的所有指标进行两两对比，确定其相对的重要性。而层次分析通常采用Saaty标度法来给判断矩阵的元素赋值。如表1-1所示：

表1-1 1—9标度及其含义

1.2.2层次分析法计算步骤

依据表1-1我们可以得到要素层与各方案层的两两判断矩阵，其次通过下列步骤进行权重的计算以及一致性检验。

（1）我们利用方根法求评价因素的权重向量近似值，其计算公式如下：

（2）对上述利用方根法求解的权重向量按照下列公式做归一化处理，得到最终的权重为：

（3）计算判断矩阵的最大特征值。

（4）一致性检验，由一致性指标：

其中，一致性指标CI越大，这就意味着矩阵的偏离一致性就越大。反之一致性指标CI越小，则这就意味着矩阵的偏离一致性就越小。并且当矩阵的阶数n越大时，其最大特征值也就会越大，这就可能会导致CI变得更大，也就意味着矩阵的偏离一致性就越大。反之，阶数n越小，最大特征值就会越小，其一致性指标CI也就越小，则这就意味着矩阵的偏离一致性就越小。这样的模型并不具有科学性。因此，矩阵的判断过程便釆用了随机一致性指标，即RI。RI的大小与判断矩阵的阶数n有关，具体数据如下表1-2所示：