（水利工程专业论文）天津港北港池隧道建设方案综合评价和优选研究.pdf

中文摘要 天津港北港池隧道是连接天津港北疆港区与东疆港岛的快捷通道，该通道 是东疆港岛规划路网的重要组成部分。如何快速安全的建设北港池隧道，采用 何种施工工艺建设北港池隧道是现今急需解决的问题。本文理论与实践相结合， 针对北港池隧道建设工程实际情况，主要完成了以下几方面的工作： ( 1 ) 结合天津港北港池隧道水文地质条件，该工程可采用盾构工法、沉管 工法、明挖和钻爆进行施工建设，综合技术及经济等各方面指标，建立了北港 池隧道建设方案评价指标体系，基于熵权模糊综合评价方法，确定了盾构工法 为该项目最优建设方案。本方法将定性权重与定量权重相结合，并将定性指标 模糊度量，提高了权重确定的准确性和方案评价结果的可信性。 ( 2 ) 针对评价得到的最佳方案，对其进行国民经济评价，发现各国民经济 指标均较好。说明本方案具有较好的社会效益；而且通过敏感性分析可知，方 案在经济上具有一定的抗风险能力。 ( 3 ) 针对本工程实际地质情况，结合开挖机理分析，对盾构所采用的土压 平衡式盾构和泥水加压式盾构两种形式的适应性进行了对比分析，确定了采用 泥水加压式盾构进行实际开挖最为理想。本文工作为天津港北港池隧道建设方 案的优选提供了科学的依据。 关键词：海底隧道：盾构施工；模糊综合评价；方案优选；熵a h p 方法； 天津港 a b s t r a c t t h es u b s e at u n n e io fn o r t hh a r b o rp o n di nt i a n j i np o r ti st h es h o r t c u tc h a n n e l w h i c hc o n n e c t st h en o r t hp o r tw i t ht h ee a s tp o r to ft h et i a n ji nh a r b o r t h et u n n e li s t h ei m p o r t a n tp a r to ft h er o u t en e to ft h en o r t hp o r t t h es a f e t ya n dt e c h n o l o g yo f c o n s t r u c t i o no ft h et u n n e la r et h ep r o b l e m sw h i c hm u s tb ec o n s i d e r e d a c c o r d i n gt o t h ep r o j e c tp r a c t i c e ，t h ew o r kw a sd o n ea sf o l l o ww i t ht h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l a n a l y s i s ( 1 ) t h eh y d r og e o l o g i cc o n d i t i o nw a sc o n s i d e r e da n dt h es h i e l dt u n n e l i n gs u n k p i p et u n n e lo p e nd r e d g i n gp r o c e s sa n dd r i l l b l a s t i n gm e t h o dm i g h tb ea d o p t e d t h e c o n d i t i o no ft h et e c h n o l o g ya n de c o n o m yw a ss y n t h e t i c a l l yc o n s i d e r e da n dt h ei n d e x s y s t e mo ft h ec o n s t r u c t i o no fn o r t hh a r b o rp o n dt u n n e lw a se s t a b l i s h e d b a s e do nt h e f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l ，t h es h i e l dt u n n e l i n gw a sa s c e r t a i n e dt ot h e b e s tp r o j e c to ft h ec o n s t r u c t i o n i t sq u a l i t a t i v ew e i g h ta n dq u a n t i t i v ew e i g h ti s c o n s i d e r e d ，s i m u l t a n e o u s l yt h eq u a l i t a t i v ei n d e xi sq u a n t i f i c a t e d ，a n di t sa c c u r a c y a n dc o n f i d e n c el e v e lo fe v a l u a t i o ni sr a i s e d ( 2 ) f o rt h eb e s te v a l u a t e dc o n s t r u c t i o no p t i o n ，n a t i o n a le c o n o m i ce v a l u a t i o no f p r o j e c ti sg o o d ，a n dt h ep r o g r a mh a sg o o ds o c i a lb e n e f i t s a f t e rc o n d u c t i n gi t s s e n s i t i v i t ya n a l y s i s ，p r o g r a mh a sa c e r t a i na b i l i t yt or e s i s tr i s k s ( 3 ) t h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o ni nn o r t hh a r b o rb a s i nw a sa n a l y z e d t h ee p bs h i e l d a n ds l u r r ys h i e l dw a sc o m p a r e da n dc o n t r a c t e d t h es l u r r ys h i e l da st h ea d o p t e d t e c h n o l o g yi nt h i sc o n s t r u c t i o nw a sc o n f i r m e d t h i sw o r kp r o v i d e sas c i e n t i f i cb a s i s f o rt h ec o n s t r u c t i o np l a no f n o r t hh a r b o rb a s i n s u b s e at u n n e l i nt i a n j i np o r t k e y w o r d s ：s u b s e at u n n e l ；s h i e l dc o n s t r u c t i o n ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ； o p t i m i z a t i o n ；e n t r o p yw e i g h t e da h p ；t i a n j i np o r t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞叁堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同j _ ：作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了感谢。 学位论文作者签名：f 笑砉荔签字日期：汐少年艄徊 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使片j 学位论文的规 定。特授权苤盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，并采j j 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 耋墨善翥? 莒蓑孑名宕鸯磊茎墨菩翥i 毒甓善 第一$ 绪论 1 1 研究背景及问题提出 第一章绪论 天津港位于华北平原海河入海口，地处环渤海“c ”型湾的叶1 部，是正在建设 的环渤海经济圈的中心。天律港北港池隧道是连接天津港北疆港区与东疆港岛 的快捷通道北港池隧道东接东疆港岛、西连新港六号线，横穿l k m 左右宽的 北疆港池航道航道深1 8 m ，该通道是东疆港岛规划路网的重要组成部分。工 程位置见图1 1 。该隧道的建成将促进天律港经济笈展，完善滨海新区路阿、促 进滨海新匡发展，完善集疏港交通、连接北疆港区与东疆港岛的快捷通道，并 有利于加速开发天津港旅游资源，加快旅游业的发展。 田1 - i 天津港北港池隧遵位置图 到目前为止我国大陆已建成的水( 海) 底隧道超过l o 余座，世界上已修 建许多海底醚道，部分适建地区也正在积极研究筹划中。日本于2 0 世纪4 0 年 代在关门海峡修建的海底隧道，是世界上最早的海底隧道，之后又在关门海峡 修建了两座海底隧道。经过艰苦努力，日本于1 9 8 8 年在津轻海峡建成了迄今世 界上屉长的海底隧道一青函隧道，英法海峡隧道于1 9 9 3 年全部贯通并投入运 营。1 9 9 6 年丹麦大海峡隧道竣工。日本跨越衷京湾的渡海公路隧道也是近 期完工的一项令人注目的工程。 由于每年自然灾害给人类生命财产带来了巨大损失，近一二十年来世界 各国在工程建设上逐渐注意挑选具有抗御自然灾害能力的工程结构。为了能够 获得持久稳定的跨越江河、海湾、海峡的隧道又能够保证巨型船舶通航，采 第一章绪论 用水下隧道作为越江、越湖、越海的方式已被优先考虑。 鉴于世界各国( 包括中国) 已建及在建的海底隧道工程实践经验，海底隧 道在设计及施工等各方面的技术均已成熟，能够将造价、工期、质量控制在合 理的水平，故天津港北港池海底隧道实施的技术条件完全具备。 但是如何根据天津港北港池隧道现有实际条件针对性的采取适当的隧道施 工措施是现在北港池隧道工程所急需解决的问题。本文将针对北港池隧道实际 地质情况，并结合现有主要隧道施工方案，多专家综合评价方法，对多个施工 方案进行论证比较，以期得到较优的建设实施方案。 1 2 国内外穿江( 海) 隧道建设情况及研究现状 水下隧道布置形式主要有三种，一种是修建在海底岩土体内，如暗挖法隧 道、t b m 盾构隧道；二是修建在海床表，如沉管隧道、明挖隧道；三是修建在 水中，如悬浮隧道，该类隧道目前正处在研究阶段。 水下隧道建造方法主要有五种，一为沉管法，二为钻爆暗挖法，三为t b m 盾构法，四为悬浮隧道，五为明挖法。 ( 1 ) 沉管隧道是在海底预先挖掘好一条沟槽，把在干坞内预制的沉管从制 作场地浮运到江河或海峡的施工现场，依次沉放在沟槽内并加以连接，从而建 成隧道的施工方法。世界上第一座沉管隧道是于1 9 8 4 年美国波斯顿建成，目前 世界上已建成一百多座沉管隧道。 我国修建沉管隧道起步较晚，1 9 9 3 年8 月我国大陆第一条六车道公、铁路 合一的大型水下隧道珠江隧道胜利建成通车。这是我国工程界经过三十多 年攻关，首次采用沉管法施工的结晶，为我国沉管隧道填补了空白。1 9 9 5 年l1 月，宁波甬江隧道也顺利建成。世界第二、亚洲第一( 按管段排水量) 的上海 外环线黄浦江沉管隧道也已建成通车。我国香港已建成5 座越海隧道，它们全 部采用沉管隧道的型式。我国台湾也修建了高雄港跨港隧道和新店溪河隧道。 广州救捞局参与了香港西区的两条隧道的沉放工作。香港的东、西区沉管隧道 管段的沉放由交通部广州救捞局施工，广州珠江沉管隧道，宁波甬江沉管隧道 是由我国自行设计和施工的，说明我国已具备了沉管隧道的设计和施工能力。 ( 2 ) 钻爆暗挖法是基于新奥法( n a t m ) 设计和施工原理，以既有隧道工 程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆、喷混凝土作为主要支护手段，通过 监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。也是目前国内外 修建隧道和其它地下工程最普遍采用的方法。最具代表性的采用钻爆法施工的 隧道是日本青函铁路隧道，全长5 3 9 k m 。 2 第一章绪论 ( 3 ) t b m 盾构法是集掘进、支护、照明、除尘、通风、排水、降温和出 渣运输为一体的机械化程度很高的大型隧道施工机械，它的突出优点是快速、 安全、施工工厂化、质量高。表1 1 为世界主要穿江( 海) 盾构隧道一览表。 1 9 6 6 年以来我国上海黄埔江的打浦路隧道，采用外径1 0 2 m 的盾构机，全闭胸 挤压推进。1 9 8 4 年采用外径1 1 3 2 m 的大型网格式半挤压盾构修建了延安东路 隧道，我国目前盾构最大直径为1 5 m 多。 英法海峡隧道创造了单向掘进2 1 。l k m 的最长掘进记录，隧道最大埋深 1 0 0 m ，水深4 0 m ，成功地解决了在深层高水压下的密封防水、钢筋混凝土管片 衬砌结构和防水、长距离掘进的运输等技术难题；日本东京湾海底公路隧道最 大埋深5 0 6 0 m ，水深2 0 - 2 8 m ，最大水压0 6 m p a ，海底为2 0 3 0 m 厚的极软弱 冲积和洪冲粘土层，采用8 台直径为1 4 1 4 m 的泥水平衡盾构机施工，实现海中 对接；德国采用外径为1 4 2 m 的混合式盾构在硬粘土和砾石、砾岩为主的冰川 物地层中建成易北河第四隧道，最大埋深4 2 m ，最大水压0 6 m p a ：我国采用了 1 1 2 2 m 的泥水平衡盾构机建成上海大连路、复兴东路双层过江隧道，且国内 2 0 0 5 年、2 0 0 6 年相继开工建设的武汉、南京长江和崇明南港越江盾构隧道都属 于大直径隧道。 表1 1 世界主要穿越江海盾构隧道一览表 ( 4 ) 悬浮隧道( s u b m e r g e df l o a t i n gt u n n e l ) ，在意大利又称“阿基米德桥”， 第一章绪论 一般由浮在水中一定深度的管状结构、锚固在水下基础的锚缆杆( 或水上浮箱) 装置及两岸相连的构筑物组成。对长度超过1 0 0 0 m 及水深超过5 0 m ( 隧道顶部 距水面至少3 0 m 的距离) 的连接工程具有较大的竞争力。我国在浙江舟山大陆 连岛金塘海峡( 最窄处水道宽约3 5 0 0 m 、深6 0 。7 0 m ) 开展了阿基米德桥的可行 性研究，该类结构在各种荷载作用下，表现出弯曲、扭转、畸变、翘曲、剪力 滞等复合受力，力学特性十分复杂。 ( 5 ) 明挖法是适用于水深浅的河流或湖底隧道，是利用枯水季节或作围堰 或将水放掉，明挖修建隧道最后回填的施工方法。 盾构施工法作为一种现代城市隧道建设卓有成效的施工方法已经得到各国 广泛的应用，而泥水加压式盾构以其适于高地下水压下施工，适于大直径化及 适用土质范围广等优点得到了大型过江过河隧道建设者的青睐。 对于海底隧道建设方案的评价和优选，目前已有了相当多的研究。 ( 1 ) 在建设方案综合评价方面。大型工程项目建设方案的评价是一个综合 性的问题，它方案优选涉及安全可行、经济合理、环境保护、施工便捷等基本 准则，每一个准则又包含诸多指标因素，其中既有确定性的指标因素如工程总造 价等，又包含非确定性的指标因素如设计方案的科学先进与否、施工对环境的影 响等。传统的评价方式是定性的评价方式。如专家问卷调查法、加权平均法等， 由于其中包含的主观因素多，评价误差大、可信度不高，因而不能科学、客观、真 实地反映建设方案的优劣程度。目前，国内外比较常用的科学评价方法是层次 分析法、模糊评价法等。如司红云编写的层次分析法在工程方案选择中的应 用【l 】，陈誉等编写的基于层次分析法的施工方案决策技术1 2 】，祝连波等编 写的基于模糊综合评价的建筑设计方案选择1 3 1 ，温宇平等编写的建筑设 计方案的模糊优选模型及其应用【4 】等。然而由于两种方法各自的特点，单独使 用都具有一定的局限性。层次分析法比较适合于计算各指标因子的权重，但对具 体模糊指标的评定不够准确；模糊决策方法对模糊指标的评定较为准确，但对各 指标权重的确定受人为因素的影响较大。因而目前将以上两种方法加以有机的 结合并引入熵权的概念，对层次分析法中权重的确定给以客观的修正，因此基 于结合层次分析法、熵权法、模糊综合评价法的综合方法在大型项目方案优选 中得到了广泛的应用。如惠彦涛等编写的熵权在建筑设计方案模糊优选中的 应用【5 】等。 ( 2 ) 隧道建设方案优选方面。当今隧道工程建设方法的选取大多使用比选 研究的方法，即分析拟建隧道的地质条件、通航要求、结构形式等，并与当今 比较成熟的隧道建设方案如盾构法、沉管法、明挖法与钻爆法等建设方案一一 对比其适应性，分析出何种方案为最优方案。如赵启儒编写的长江口越江通 4 第一章绪论 道工程隧道越江方案前期研究1 6 ，黄俊编写的珠江口海底隧道盾构泫施工 方案可行性分析1 7 1 等。目前在国内本人尚未找到基于综合评价方法的隧道建 设方案优选的文献。 1 3 工程概况 1 3 1 港区水文情况 本地区属大陆性季风气候，具有明显的暖温带半湿润季风气候特征。根据 塘沽站1 9 51 年1 9 9 7 年资料统计，本地区气候具有以下特征： 气温 年平均气温1 2 3 年平均最高气温 1 6 1 年平均最低气温 9 1 极端最高气温3 9 9 ( 1 9 5 5 年7 月2 4 日) 极端最低气温 1 8 3 ( 1 9 5 3 年1 月1 7 日) 降水 年平均降水量 5 8 6 o m m 年最大降水量1 0 8 3 5 m m ( 1 9 6 4 年) 年最小降水量2 7 8 4 m m ( 1 9 6 8 年) 一日最大降水量1 9 1 5 m m ( 1 9 7 5 年7 月3 0 日) 雷暴 年平均雷暴日数为2 7 5 天，多发生在6 - 7 月份。 雾 多年平均大雾日1 6 5 天，雾多发生在秋冬季节，每年1 2 月份为全年大雾 出现最多的月份，最长时间可达2 4 小时以上，能见度 1 5 m 的波高频率为1 3 5 ，t 7 0 s 的频 率为0 3 3 ，各方向h 4 芝1 6 m 的波高频率为5 0 6 ，h 4 _ 2 0 m 的波高频率 为2 2 4 。 海流 6 第一章绪论 据1 9 9 9 年全潮观测资料分析，5 m 等深线以外海域涨、落潮流比较集中， 属往复流性质，涨潮流向为2 8 0 0 3 1 0 0 ，落潮流向为1 0 0 。1 2 0 0 ；该区潮段平 均涨潮流速为0 2 1 m s ，落潮流速为0 1 3 m s ：最大涨潮流速为0 5 3 m s ，最大落 潮流速为0 2 6 m s 。一5 m 等深线以内流向比较分散，涨潮流向为2 4 5 。 - - 3 5 0 0 ，落 潮流速为5 5 0 1 7 0 0 ；该区的潮段平均流速，涨潮为0 1 5 o 2 3 m s ，落潮为0 1 4 - - 0 1 9 m s ；最大涨潮流速为0 4 8 m s ，最大落潮流速为0 4 5 m s ，分布规律基本是 涨潮流速大于落潮流速。 1 3 2 地质情况 天津市海岸位于华北平原断陷的东北部，属巨厚的晚第三纪至第四纪松散 沉积。新港地区地层上部为近代海相沉积，下部为三角洲相沉积。见图1 2 。 地层岩性 根据已收集附近工程地质资料，项目所在区地层自上而下分布为：回填的 素填土、杂填土；海相沉积的淤泥、淤泥质粘土；河口三角洲相沉积的粉土、 粉质粘土、粉细砂。各土层描述如下： 素填土：褐灰色，松散中密状，软塑状，高塑性，夹碎贝壳和粉土薄层， 混砂砾，平均标贯击数n = 1 5 3 击。 杂填土：灰色，软塑状，中高颦性，夹碎贝壳和粉土薄层，土质不均，混 有工业垃圾( 碱渣) 、建筑垃圾( 砖头、碎石等) ，平均标贯击数n = 2 0 击。 淤泥、淤泥质粘土：灰色，流塑状，高颦性，含砂斑、有机质及少许碎贝 壳，夹粉土薄层，平均标贯击数n = 4 。1 击。该土层广泛分布，层位相对稳定， 层厚不等。人工岛表层填土的下伏地层为经真空预压等方法固结的淤泥、淤泥 质粘土，该地层工程性质较一般淤泥、淤泥质粘土层有较大提高。 粘土、粉质粘土：灰褐色，中密实状，可塑硬塑状，含粉土斑、团及少 许有机质，平均标贯击数n = 2 3 3 击。该层分布不连续，层厚不等。 粉细砂：灰褐色，密实状，局部中密状，土质不均匀，夹粉土、粉质粘土 薄层，含少许有机质，平均标贯击数n = 4 9 - 3 击。该层分布较为连续，标高局部 变化较大。 地震 据中国地震动参数区划图( g b l 8 3 0 6 - - 2 0 0 1 ) ，港区处在地震动峰值加速度 0 1 5 9 分区内，对应的地震基本烈度为7 度。 第一章绪论 素填土 ，凸 r 文口帅y 、，y y 文y 、。y 。77 x 。v 、尹。、。， ， 夕j 1 1 ， l t u i 1 f ，j = l ，2 ，l 一1 t 口，t 口 一1 ( 2 - 5 ) m 册 唧 第_ 二章基于熵a h p 方法的北港池隧道施工方案综合评价 由此，得到a h p 评价矩阵，y = ( 虼) = y l ly 1 2 y 2 ly 2 2 y h ly 2 3 对判断矩阵y 求解其最大特征根k 及其对应的特征向量形，即： y w = k 形，对特征向量w = ( w l ，w 2 ，) r 进行归一化，即： w l ：善 ( 2 6 ) 2 二。一 u 。o ) yw j _ o f = l 则w = ( w ；，以，w o ) 7 即为评价指标的a h p 权重向量。 4 致性检验。为了避免其他因素对判断矩阵的干扰，在实际中要求判断 矩阵满足大体上的一致性，需进行一致性检验，只有通过检验，才能说明判断 矩阵在逻辑上是合理的，进而继续对结果进行分析。一致性指标： c i ：k 二! 以一l 其中，k 为判断矩阵的最大特征根，刀是判断矩阵中的评价指标的个数。 为了度量不同判断矩阵是否具有满意的一致性，需引入判断矩阵的平均随 机一致性指标彤，对于1 6 阶判断矩阵，肼值如表2 2 。 表2 - 2判断矩阵的平均随机一致性指标肼 当阶数大于2 时，判断矩阵的一致性指标a 与同阶平均随机一致性指标彤 之比称为随机一致性比率，记为c r ，c r = c i 彤。只有当c r o 1 时，即认为 判断矩阵具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的取值直至c r 合理。 2 3 3 熵权法确定评价指标的权重 熵是一个热力学概念，它最先由申农( c e s h a n n o n ) 引入信息论，现已在 工程、经济等领域得到广泛的应用，在信息理论中作为不确定性和信息量的度 量。按照熵理论的思想，采用熵权法对各个评价指标赋权重，可以体现某一项 指标各专家评价的差异性，即反映评价指标的不确定性，当熵权越小，说明专 家对该风险因素的评价差异越大，能提供的有用信息越少，且专家对该风险因 素评价的把握越小，因此该因素的重要性也就越低6 ，1 7 】。 月 h 孵 儿儿 第二章基于熵a h p 方法的北港池隧道施丁方案综合评价 对第i 个评价指标，其熵值可定义为： e = 一五兀i n l = l 9 其中，厶= ，表示第f 个评价指标属于第j j 等级的概率； 七= l 并假定，当2 0 时，兀i n 厶= 0 。则第f 个评价指标的熵权为： w ? ：! ! 二垡 2 刀一只_ 一 i = i 式中，0 w l 且衅= 1 。 2 3 4 熵a h p 方法确定评价指标综合权重 a h p 法考虑了专家的知识和经验，以及决策者的意向和偏好，虽然指标权 重的排序往往具有较高的合理性，但仍然无法克服主观随意性较大的缺陷。熵 权法充分挖掘了原始数据本身蕴涵的信息，结果比较客观，但却不能反映专家 的知识和经验以及决策者的意见，有时得到的权重可能与实际重要程度有偏差。 因而将群体a h p 确定的权重与熵权相结合起来，从而互相弥补缺陷，提高权重 确定的准确性和评价结果的可信性【1 8 】。 群体层次分析法综合专家意见得到主观上对评价指标i 的权重为w f ，称之 为先验权重，将其与评价指标的熵权结合起来形成一个新的权重，称为指标的 后验权重w 。其结合方式为 1 9 】 万：盟( 2 9 ) w = j 二一 l z - y i w ：衅 i = i 由此，可以得到各个评价指标的后验权重向量w = ( w f ) l 。 对于如图2 1 隧道建设方案评价指标体系来说，w m 表示“准则层”中第f 个 评价指标的后验权重，表示准则层中研指标下对应的“子准则层”中第p 个指标的后验权重。则评价指标的综合权重为： w b t p = w b t w b t p ， ( t = l ，2 ；p = 1 , 2 ，3 ，4 ) ( 2 - 1 0 ) 1 4 杀 五 第二章基于熵a h p 方法的北港池隧道施工方案综合评价 2 4 方案优选的模糊综合评价方法 在珂个评价指标下对s 个工程方案进行评价，选择相对合理的施工方案进行 施工，使工程达到成本、进度、安全三方面的有效控制，定义方案优劣标度表 如下表2 3 所示。 表2 - 3 方案优劣性标度表 按照定性与定量相结合的原则取得多方案关于评价指标的模糊评价矩阵： z = ( z i q ) 。s = 毛lz 1 2 z 2 1z 2 2 z lz 2 其中，为在评价指标门i 方案g 的评价值，此值由m 位专家打分后取平 均值得到。 但是对于方案来说，有些评价指标是随方案的确定而确定的，如工期、造 价等，在此对这些指标就不必再进行专家打分，直接使用其确定的值进行方案 评选。 在评价指标体系中，各指标间由于在内容、量纲以及取值优劣标准等方面 均有所不同，故无法按照多属性的基本思想综合成一个能从整体上评价工程方 案的单指标，因此有必要将各种指标转化为相对统一的尺度，这一过程称之为 标准化，对矩阵z 做标准化处理得到模糊矩阵z ，z ( z l q ) 树。 对于收益类属性指标，其转换公式为： 毛= 面z 旬两- m 面i n z 丽i q ( 2 - 1 1 ) z = 一 iz ll - 。田m 弘) - m i n ) 卜一7 对于成本型指标，其相应转换公式为： d ” i q = 等南 弘 ”= 二_ 一 iz i i m 弘) - m i n ) 卜7 将评价指标的权重向量与模糊评价矩阵z 进行模糊运算，得到模糊评价 综合结果： g = ( g q ) l 。，= w z 。， ( 2 1 3 ) s s s 气一 气 第一章基于熵a h p 方法的北港池隧道施工方案综合评价 g 。为第g 个方案的综合评价值，根据每个方案的综合值的大小对方案进行 排序，可看到方案的优劣，综合评价值最高的为最优方案，从而指导施工方案 的选择。 2 5 实例分析与结论 天津北港池隧道四种隧道建设方案的技术、经济指标情况详见如下表2 4 。 表2 - 4 隧道方案指标 黾 盾构沉管明挖钻爆 案 适用十软土，中 等密实性的土、 项目区域主要为素填 建砂最传盾构法施 土，淤泥质、粉质粘土， 项目区域主要为素 隧道分别穿过 设工建设对地面干 粉细砂等地层，航道海 填土。淤泥质、粉 索填土、淤泥、 条扰小、施工速度 水深度达1 5 m ，且航道 质粘土，粉细砂等 淤泥质粘土和 件快、安全、机械 疏浚未完成，地质条件 地层，现状海水深 可塑、硬颦状粉 b l i化和自动化程度 可以满足沉管施工条 度较深，达1 5 m ， 细砂。地质条件 高，越江、湖、 件，但和航道施工可能 且港区正在进行大 极差。 有干扰。 规模建设。 海，全方位作业。 该隧道沉管段由于隧 道跨度较大，水土压力 施较大，需要增加预应钻爆法开挖技 1 = 力，而在管段上加预应术成熟，但帷幕 风较小力在国内尚未有成功大注浆加同海底 险的实例：暗埋段基坑深段的可靠性差， b 1 2度最高达到3 8 m 左右开挖风险很大。 基坑建设的风险性较 大 通 航 对航道和航运完 基槽的开挖与管段沉修建围堰需占用 影放需短时间航道交通部分航道，有较大无 响 全没自| 影响。 管制影响 b l s 工 期3 6 个月4 2 个月4 0 个月4 8 个月 b 2 i 造 价3 0 9 9 1 7 亿元2 8 6 5 3 5 亿元2 6 3 3 3 6 亿元2 7 0 7 0 7 亿元 b 2 = ，一 】至 营 成 高较低 低最高 本 b 2 t 环 泥水处理需要占 基槽开挖对海底有一隧道施工占地 境 用较大场地。对 定的扰动，影响水生生 修建巨型围堰，和 少，主要废弃物 影 周围环境存在一 态：产生大量的临时、 基坑规模较大，填 为开挖弃渣，对 响 定影响。其余工 永久弃渣，对周围环境 疏土石工程量较 周围环境影响 序对环境基本无 大：环境影响较大。 b 有一定的影响。较小。 影响。 第二章基于熵a h p 方法的北港池隧道施工方案综合评价 聘请1 0 位专家( d i d 1 0 ) ，依据按表2 1 的等级评价表，对图2 2 结构体 系中各准则层的评价指标进行评价，其结果见表2 - 5 表2 7 。 表2 - 5 准则层等级评价结果 表2 - 6 子准则层等级评价结果 表2 7 子准则层等级评价结果 根据表2 5 表2 7 的评价结果及公式( 2 1 ) 进行指标等级分析，如表2 8 所示。 表2 8 评价指标等级分析情况表 峙级 吣家人趴 123456789 只 指蒂 b 1000 0 00 0 6 48 4 b 200 o0004607 6 b 1 l0o00730005 3 b 1 2 o 0 o0o01368 5 b 1 30000134206 7 b 1 40006400o04 4 。000oo05507 5 b z z0000o00648 4 b 2 ，oo0002 4 3l7 3 根据各准则层中的评价指标评价结果，表2 - 5 - 表2 7 所示，及公式( 2 5 ) ( 2 6 ) 得到各层中评价指标的a h p 评价矩阵及权重，其计算结果见表2 9 - - - - 表 2 1 l 。 第二章基于熵a h p 方法的北港池隧道施工方案综合评价 表2 - 9 准则层对目标层评价矩阵及权重计算结果( 计算中使用d ，= 3 ) ab ， & w 月 b 。13o 7 5 l 31o 2 5 注：二阶矩阵不需作一致性检验 表2 1 0 技术性指标矩阵及权重计算结果( d ，= 6 ) b lb l lb 1 2b 1 3b 1 4 w b i bj l14 1 1 9 2 4 l 8 45 4 4 1 0 1 1 6 b 1 21 9 2 4 111 0 8 4 160 5 5 8 b l 。8 4 4 11 1 2 9l1 3 8 ，4 10 2 4 2 b l 4 l 5 41 61 1 3 7l0 0 8 4 其中，五m a x = 4 0 1 3 9 ，c = 0 0 0 4 6 ，r = 0 9 ，c r = 0 0 0 5 2 g a 4 g a 3 ，由此知方案a 1 ( 盾构方案) 是最优方案，与该工程通过其他的评价选优方法得到的结果是一致，而且也符 合现代港区隧道施工的先进性要求。 1 9 0 2 2 7 7 2 o 一 ，3 3 7 3 9 2 一 ，4，o o o - o 0 o o 0 o o - 6 6 6 2 9 o ，一 4 7 7 o 4 7 8 - 1 5 l l 1 7 0 l o o 0 o o 0 o l 2 3 4 l 2 3 i b b b b b b b 一 5 5 7 2 _二 第二章基于熵a h p 方法的北港池隧道施工方案综合评价 2 6 本章小结 本章采用熵a h p 方法和模糊综合评价法结合来评价天津港北港池隧道建 设方案，评价过程中使用群a h p 法和熵权法相结合的方法确定评价体系中各指 标的权重，提高了权重的可靠性及可信度。在方案的评选中采用运用模糊评价 方法，结合指标权重求其综合评价值，按照综合评价值来进行方案的选择，得 出的评价结果较为理想。通过对实际天津港北港池隧道建设方案综合评价，最 终确定盾构为最佳方案。该工程通过其他的评价选优方法得到的结果是一致， 而且也符合现代港区隧道施工的先进性要求。 第三章隧道施工盾构方案的国民经济评价 第三章隧道施工盾构方案的国民经济评价 根据上文分析已知盾构方案为最优方案，现结合国民经济评价【2 0 2 ，分析 盾构方案的经济可行性。 3 1 国民经济评价依据及评价参数 本项目经济评价以国家发改投资( 2 0 0 6 ) 1 3 2 5 号文颁发的建设项目经济 评价方法与参数( 第三版) 为依据，并参考交通部公路建设项目可行性研究 报告编制办法( 讨论稿) 附件四公路建设项目经济评价方法和投资项目 可行性研究指南( 2 0 0 2 试用版) 。 国民经济评价将按照资源合理配置的原则，从国家整体角度考察项目的效 益和费用，用货物影子价格、影子工资、影子汇率和社会折现率等经济参数分 析、计算项目对国民经济的净贡献，并评价其经济合理性陷2 5 1 。本项目国民经 济评价的有关参数如下： ( 1 ) 社会折现率 社会折现率表示从国家角度对资金机会成本和资金时间价值的估量，是项 目国民经济评价的重要通用参数，根据建设项目经济评价方法与参数( 第三 版) 的推荐，本次评价社会折现率取8 。 ( 2 ) 影子工资( s w r ) 影子工资可由下式计算： s w r = m w r x c f 2 式中：m 脓一财务评价中的工资： c f 2 一影子工资换算系数。 影子工资系数与地方劳动力的状况、结构及就业水平有关，根据本项目的 实际情况，确定专业队伍按6 0 考虑，民工按4 0 考虑，加权计算取c f 2 = o 7 。 ( 3 ) 贷款利率 本项目经济评价中的贷款年利率按五年以上中长期贷款利率6 1 2 计。 ( 4 ) 项目评价期及评价基年 盾构法工期为三年，于2 0 1 2 年建成通车。运营期取建成后2 0 年，评价期 共2 3 年。评价基年为项目开工前一年，即2 0 0 8 年。 ( 5 ) 残值 2 l 第三章隧道施工盾构方案的国民经济评价 残值取工程建设费用的5 0 ，以负值计入经济费用。 3 2 费用调整 本项目投资费用包括：公路建设费用、公路营运成本( 养护费用、运营管 理费用) 、汽车运输成本，国民经济评价需分别调整为经济费用。 ( 1 ) 公路建设费用 公路建设费用包括建筑安装工程费，设备工具、器具购置费，其他基本建 设费用及预留费用四项，现对其主要投入物进行调整，见表3 1 。 表3 - 1公路建设费用调整表 估算单价估算费用影f 价格经济费刚财务费h j 费用名称单位数量 ( 元)( 万元)换算系数( 万元)( 万元) 第一部分工程费用合计公里1 8 1 7 0 1 0 6o 9 41 7 0 8 0 8 2 11 8 1 7 0 1 0 6 1 1 人工 工日4 4 7 9 2 1 82 7 2 91 2 2 2 3 7 91 9 1 08 5 5 6 6 51 2 2 2 3 7 9 1 2 原木 岔 1 3 81 1 0 0 0 01 5 1 88 6 6 5 91 1 9 61 5 1 8 1 3 镊枕 m3 3 41 5 0 0 0 05 0 1 01 6 3 7 2 25 4 6 85 0 1 0 1 4i 钢筋t1 2 9 2 44 9 0 0 0 06 3 3 2 7 63 9 7 2 2 45 1 3 3 7 26 3 3 2 7 6 1 5i i 钢筋 t 5 4 2 2 85 1 0 0 0 02 7 6 5 6 2 84 0 1 9 1 52 1 7 9 5 0 52 7 6 5 6 2 8 1 6 钢材 t1 2 5 2 55 0 0 0 0 06 2 6 2 5 05 3 3 2 4 46 6 7 8 8 86 2 6 2 5 0 1 7 水泥 t6 6 1 7 3 63 2 0 0 02 1 1 7 5 5 j3 8 5 1 6 2 5 4 8 7 4 2 2 1 1 7 5 5 5 1 8 沥青t1 5 6 54 1 0 0 0 06 4 1 6 j3 5 6 3 8 65 5 7 7 46 4 1 6 5 1 1 0 税金 公路公里4 8 1 1 1 jo o oo o o4 8 1 1 1 j 1 1 1 其他费用公路公里 1 0 2 5 3 2 1 01 o o1 0 2 5 3 2 1 0 1 0 2 5 3 2 1 0 第一部分费用合计 公路公里4 5 0 0 0 0l - 0 04 5 0 0 0 04 5 0 0 0 0 第三部分费_ i j 合计 公路公里8 1 6 5 4 0 01 0 08 1 6 5 4 0 08 1 6 5 4 0 0 3 1 建设期贷款利息公路公里2 2 3 5 5 4 1 o o o 0 0 02 2 3 5 5 4 l 预备费公路公里2 6 7 6 0 7 71 o o2 6 7 6 0 7 72 6 7 6 0 7 7 总计公路公里 2 9 4 3 6 8 4 60 9 62 8 3 7 2 2 9 8 2 9 4 3 6 8 4 6 ( 2 ) 运营成本 根据调查，本项目运营第一年小修养护财务费用为1 0 0 万元公里年，考 虑本项目运营后，随着交通量的逐年增长，隧道的破损程度也将逐年加大，因 此，隧道每年所需的小修养护费用亦将同时增加，预计年增长速度为3 ；大修 费用约为1 3 0 0 万元公里年，第十年进行一次大修。经济费用按建设费用中 建筑安装工程费的影子价格换算系数调整确定。 ( 3 ) 汽车运输成本 与汽车行驶距离有关的成本；包括燃料消耗、润滑油消耗、轮胎消耗及汽 车日常修理费用。与时间有关部分成本：包括折旧及利息、人员工资、福利、 奖金、保险、养路费、车船使用锐、牌照税、车辆大修费用和企业经营管理费。 第三章隧道施t 盾构方案的国民经济评价 经计算各车型在不同道路及交通条件下的汽车运输成本见表3 2 。 表3 - 2 汽车运输成本单位：元1o o k m 速度t k m h ) 4 55 06 07 08 08 59 0 小 一级公路1 5 5 7 31 4 4 6 31 2 9 31 1 9 9 21 1 3 3 11 0 9 9 61 0 7 2 4 型 速度( k m h ) 2 02 53 54 50 a6 57 1 客 二级公路 3 1 1 42 5 4 5 11 9 0 4 51 5 6 2 31 3 5 7 21 2 2 5 51 1 6 5 2 宅 速度( k m h ) 1 7 3 0 3 5 45 0 5 55 8 三级公路3 6 3 6 62 1 7 5 81 9 1 0 11 7 1 “1 4 4 9 31 3 5 51 3 0 2 3 速度( k m h )4 5 5 06 07 08 08 59 0 大 一级公路3 2 8 1 63 0 7 2 22 9 1 1 72 7 8 8 82 6 9 4 72 6 2 2 52 4 0 3 1 一 6 57 1 型速度( k m h ) 2 02 53 54 5a 0 客 1 细公路 6 2 7 3 3 5 1 5 1 63 8 9 4 3 5 0 4 3 2 0 5 72 9 6 7 2 2 7 8 6 9 变 速度( k m h ) 1 73 03 545 05 55 8 三级公路 7 2 7 3 94 3 9 0 23 9 5 4 93 6 1 4 33 3 3 9 43 1 6 0 93 0 4 0 4 速度( k m h )4 55 0 6 07 0 8 08 59 0 小 一级公路1 9 2 3 81 8 0 2 91 7 1 1 71 6 4 31 5 9 0 91 5 3 2 11 4 7 1 9 型速度f k m h ) 2 02 53 54 53 36 57 1 货 一坜公略 3 7 2 1 13 0 5 1 42 3 0 52 0 8 0 11 9 1 11 6 7 9 81 5 8 0 1 芏 速度【k m h ) 1 73 03 545 05 55 8 三级公路 4 3 3 4 12 6 i 22 3 5 5 82 1 5 7 41 9 9 9 91 8 7 1 31 7 5 0 4 速度( _ k m h )4 55 06 07 0