吳賢國(guó)，林凈怡，張立茂，仲景冰

(華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074)

基于TOPSIS方法的地鐵施工盾構(gòu)機(jī)械選型研究

吳賢國(guó)，林凈怡，張立茂，仲景冰

(華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074)

針對(duì)目前盾構(gòu)選型中定量化研究較少、對(duì)選型參數(shù)的隨機(jī)不確定性考慮不足的問題，對(duì)盾構(gòu)機(jī)械以及刀盤刀具類型選擇展開研究。首先，從規(guī)劃設(shè)計(jì)要求、水文地質(zhì)條件和周圍環(huán)境因素三個(gè)方面選取11個(gè)指標(biāo)構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)械選型指標(biāo)體系。然后，采用主客觀賦權(quán)法相結(jié)合確定指標(biāo)權(quán)重;利用TOPSIS方法進(jìn)行定量計(jì)算，選出與理想方案最為接近的方案作為選型的目標(biāo);基于嵌入Excel的插件——Crystal Ball軟件進(jìn)行蒙特卡羅仿真模擬，識(shí)別盾構(gòu)選型過程中的敏感性因素，克服方案評(píng)估中存在的隨機(jī)性問題。最后，選取武漢軌道交通2號(hào)線進(jìn)行實(shí)例分析，建議的選型方案與工程實(shí)際采用的盾構(gòu)選型方案相同，并得出一次掘進(jìn)最長(zhǎng)距離、巖層抗壓強(qiáng)度為選型過程中的兩個(gè)最主要敏感因素。

盾構(gòu)選型 地鐵施工 指標(biāo)體系 TOPSIS 敏感性

地鐵作為緩解城市交通壓力的一種有效方式，正在逐漸成為國(guó)內(nèi)大型城市發(fā)展公共交通的首選。在目前的地鐵隧道施工中，盾構(gòu)法施工是一種先進(jìn)高效的施工方法，與傳統(tǒng)方法相比，盾構(gòu)法施工具有安全、自動(dòng)化程度高、對(duì)地面建筑物影響小等顯著優(yōu)勢(shì)。由于盾構(gòu)法施工依賴于盾構(gòu)機(jī)械，因此盾構(gòu)機(jī)械選型是否合適很大程度上決定了施工的成敗。國(guó)內(nèi)外由于盾構(gòu)選型不合理而導(dǎo)致的工程事故時(shí)有發(fā)生。如2008年南京長(zhǎng)江隧道右線施工時(shí)，由于盾構(gòu)刀盤刀具選擇不當(dāng)而磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致停工6個(gè)月以更換刀盤刀具。因此需要尋找合適的地鐵盾構(gòu)選型方法，為隧道施工盾構(gòu)選型提供有效建議。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)盾構(gòu)選型的研究中針對(duì)某種特定施工條件［1－2］或者某個(gè)特定施工項(xiàng)目［3］的研究占多數(shù)。如廖少明等［4］對(duì)盾構(gòu)穿越運(yùn)營(yíng)地鐵、敏感建筑物條件下的選型進(jìn)行分析，得到盾構(gòu)選型及其施工參數(shù)的控制方案。沈林沖等［5］結(jié)合杭州地鐵1號(hào)線研究盾構(gòu)選型。CORDES等［6］對(duì)隧道沿線土體自西向東分類，重點(diǎn)考慮地下水分布的影響，為巴爾的摩城市紅線隧道盾構(gòu)選型提供依據(jù)。由于影響盾構(gòu)選型的因素較多且具有很大的隨機(jī)不確定性，目前尚未形成一套綜合考慮各方面影響因素的地鐵盾構(gòu)選型系統(tǒng)分析方法。國(guó)外一些學(xué)者利用多標(biāo)準(zhǔn)分析法［7］、模糊邏輯方法［8］等為盾構(gòu)機(jī)械選型。這些方法為盾構(gòu)選型提供了有效建議，但是多標(biāo)準(zhǔn)分析法在確定各方案初始評(píng)價(jià)值時(shí)缺少客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，模糊邏輯方法在確定元素隸屬度時(shí)易受主觀因素影響。這些問題都限制了研究結(jié)果的客觀性。本文基于以上背景，對(duì)盾構(gòu)機(jī)械選型進(jìn)行研究，擬建立一個(gè)完整客觀的盾構(gòu)選型體系及評(píng)價(jià)方法。

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，逼近于理想值的排序技術(shù))是多目標(biāo)決策分析中常用的方法，在考慮多個(gè)指標(biāo)的情況下，能夠?qū)Ψ桨高M(jìn)行排序進(jìn)而選擇最優(yōu)方案。蒙特卡羅仿真模擬以概率和統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)，可以通過大量隨機(jī)抽樣模擬有效解決方案評(píng)估過程中指標(biāo)取值的隨機(jī)不確定性。本文根據(jù)影響盾構(gòu)設(shè)備選型的因素構(gòu)建盾構(gòu)選型指標(biāo)體系，以此為基礎(chǔ)，利用TOPSIS方法確定盾構(gòu)選型流程，結(jié)合主客觀賦權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，利用蒙特卡羅仿真模擬確定影響盾構(gòu)選型的敏感性因素，并結(jié)合武漢市軌道交通2號(hào)線一期工程中山公園站—循禮門站區(qū)間工程進(jìn)行盾構(gòu)選型與評(píng)價(jià)，來驗(yàn)證方法的合理性和可靠性。

1 盾構(gòu)機(jī)類型及其性能

1.1 盾構(gòu)機(jī)分類及性能

自盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)至今形成了多種盾構(gòu)機(jī)型與工法。按照穩(wěn)定開挖面的加壓方式，盾構(gòu)機(jī)分為壓氣式、泥水加壓式、土壓平衡式、加水式、加泥式和泥漿式盾構(gòu)機(jī)。在軟土和有水壓條件下，土壓平衡盾構(gòu)與泥水平衡盾構(gòu)是最常用的兩種盾構(gòu)形式［9］，二者的對(duì)比分析見表1。

1.2 刀盤刀具分類與性能

盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)性能在很大程度上取決于刀盤的結(jié)構(gòu)形式、刀具類型和布局方式，合適的刀盤刀具有助于掘進(jìn)的順利進(jìn)行。因此選擇盾構(gòu)時(shí)不僅要考慮盾構(gòu)機(jī)械類型，還要根據(jù)土層情況、巖層軟硬程度等條件進(jìn)行刀盤形式、刀具類型的選擇。

1)刀盤。刀盤在盾構(gòu)前進(jìn)過程中逐漸將泥土砂石變成碎塊，再排放到刀盤后面的土倉(cāng)內(nèi)［10］。按照結(jié)構(gòu)形式，刀盤分為面板式和輻條式，考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件、地質(zhì)等因素進(jìn)行選擇［11］，兩者比較見表2。

表1 土壓平衡盾構(gòu)與泥水平衡盾構(gòu)對(duì)比

表2 面板式和輻條式盾構(gòu)刀盤對(duì)比

2)刀具。刀具形狀和布置方式與工程的地質(zhì)條件是否相符會(huì)直接影響盾構(gòu)機(jī)的切削效果、出土狀況和掘進(jìn)速度。在設(shè)計(jì)刀盤時(shí)，可根據(jù)不同的土層特點(diǎn)在刀盤上安裝不同類型的刀具以適應(yīng)刀盤的開挖［12］。常見的刀具有滾刀、齒刀、切刀、仿形刀等，不同種類刀具的適用范圍見表3。

表3 盾構(gòu)刀具形式

2 盾構(gòu)機(jī)械選型指標(biāo)體系構(gòu)建

盾構(gòu)隧道施工過程中，盾構(gòu)選型的合理性關(guān)系到整個(gè)工程成功與否。利用勘察設(shè)計(jì)階段獲取的有限信息，在滿足工期和成本的要求下選擇適合工程的盾構(gòu)機(jī)型是盾構(gòu)選型的目標(biāo)。盾構(gòu)選型應(yīng)以工程的水文地質(zhì)條件為主要依據(jù)，綜合考慮隧道斷面尺寸、工期以及周圍地上及地下構(gòu)筑物等因素。本文參考國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)工程實(shí)例及盾構(gòu)技術(shù)規(guī)范、施工規(guī)范等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)盾構(gòu)類型、刀盤刀具的配置進(jìn)行分析，得到盾構(gòu)選型主要受到規(guī)劃設(shè)計(jì)要求、水文地質(zhì)因素、周圍環(huán)境因素三個(gè)方面因素的影響，盾構(gòu)選型指標(biāo)體系與指標(biāo)對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程參數(shù)如圖1所示。

1)規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。這是影響盾構(gòu)機(jī)械選擇的重要因素，在規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)確定。其中，開挖直徑(X1)、一次掘進(jìn)最長(zhǎng)距離(X2)屬于設(shè)計(jì)參數(shù)，直接涉及隧道施工環(huán)節(jié)，影響盾構(gòu)機(jī)械類型的確定。造價(jià)(X3)關(guān)系到項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，掘進(jìn)速度(X4)決定項(xiàng)目工期，所有施工項(xiàng)目均需要對(duì)其加以考慮。

2)水文地質(zhì)因素。土體作為盾構(gòu)施工的對(duì)象，其性質(zhì)是確定盾構(gòu)類型的關(guān)鍵因素。巖層抗壓程度(X5)、土層粒徑級(jí)配(X6)、土層塑性指數(shù)(X7)、土層滲透系數(shù)(X8)、地下水壓(X9)是描述土體性質(zhì)的常見指標(biāo)，因此對(duì)盾構(gòu)選型起到?jīng)Q定性的作用。由于施工過程中刀盤、刀具與土體直接接觸，土體性質(zhì)也決定了刀盤、刀具類型的選擇。

3)周圍環(huán)境因素。地鐵盾構(gòu)施工造成地表沉降不可避免，過大的地表沉降會(huì)對(duì)周圍建筑物造成安全隱患。隧道與建筑物的水平間距與建筑物沉降成反比。因此，盾構(gòu)選型時(shí)需要對(duì)地表變形(X10)和隧道與建筑物水平間距(X11)加以考慮。

圖1 盾構(gòu)選型指標(biāo)體系

3 基于TOPSIS方法與蒙特卡羅模擬的盾構(gòu)機(jī)械選型與評(píng)價(jià)

TOPSIS方法是1981年由C.L.HWANG提出的技術(shù)，能夠根據(jù)多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比選，客觀全面地做出決策。TOPSIS以定量、準(zhǔn)確、計(jì)算簡(jiǎn)便為特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的通用性。蒙特卡羅模擬能夠?qū)⑺蠼獾膯栴}與一定的概率模型相聯(lián)系，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)抽樣和模擬，獲得問題的解。Crystal Ball軟件可以實(shí)現(xiàn)基于蒙特卡羅模擬的敏感性分析，通過大量模擬有效克服方案評(píng)估中的隨機(jī)不確定性，確定對(duì)方案評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生顯著影響的因素。利用TOPSIS方法對(duì)地鐵施工的盾構(gòu)予以選型以及基于蒙特卡羅模擬識(shí)別敏感因素的流程如下。

1)構(gòu)造盾構(gòu)選型方案差異決策矩陣T

將n個(gè)備選方案的m個(gè)指標(biāo)參數(shù)排成n行m列的原始數(shù)據(jù)表Y，如式(1)。yij表示第i個(gè)方案的第j個(gè)參數(shù)取值。記理想方案為y*=(，，…，)，(j=1，2，…，m)表示第j個(gè)指標(biāo)與工程相適應(yīng)的理想取值。

用tij表示備選方案yi與理想方案y*第j個(gè)指標(biāo)參數(shù)的差異程度，tij組成差異決策矩陣T。理想方案與備選方案差別最小的元素組成正理想解差異矩陣T*，理想方案與備選方案差別最大的元素組成負(fù)理想解差異矩陣T－，見下式

2)構(gòu)造盾構(gòu)選型規(guī)范決策矩陣H

由于各指標(biāo)存在量綱的差別，因此需要對(duì)盾構(gòu)選型方案差異決策矩陣和正負(fù)理想解差異矩陣使用公式(3)進(jìn)行歸一化處理，得到規(guī)范決策矩陣H、正理想解規(guī)范化矩陣H*、負(fù)理想解規(guī)范化矩陣H－，見下式

3)確定盾構(gòu)選型指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)權(quán)重的確定方法分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩類。主觀賦權(quán)法能夠凸顯重要指標(biāo)的地位，有代表性有重點(diǎn)的進(jìn)行賦權(quán)，但是帶有打分者的主觀偏好?？陀^賦權(quán)法根據(jù)原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系通過一定的數(shù)學(xué)方法確定權(quán)重，判斷結(jié)果不依賴于人的主觀判斷，有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論依據(jù)。

為滿足主觀偏好及客觀真實(shí)性的雙重需求，將主客觀賦權(quán)方法相結(jié)合進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重計(jì)算。其中主觀權(quán)重采用5級(jí)標(biāo)度賦值法，客觀權(quán)重采用熵信息法，最后采用最小二乘法進(jìn)行權(quán)重賦值優(yōu)化。若主觀賦值權(quán)重為ω，客觀賦值權(quán)重為μ，通過式(4)可求得各指標(biāo)綜合權(quán)重w。

最終各指標(biāo)的權(quán)重表示為W=(w1，w2，…，wm)。

4)構(gòu)造盾構(gòu)選型加權(quán)規(guī)范決策矩陣X

根據(jù)參數(shù)的權(quán)重wj對(duì)規(guī)范決策矩陣H進(jìn)行加權(quán)處理，得到加權(quán)規(guī)范決策矩陣X，加權(quán)正理想解規(guī)范化矩陣X*，加權(quán)負(fù)理想解規(guī)范化矩陣X－，見下式

5)理想方案與備選方案的相對(duì)相似距離計(jì)算

6)對(duì)盾構(gòu)選型因素進(jìn)行敏感性分析

影響盾構(gòu)選型的諸多因素在取值時(shí)具有隨機(jī)性不確定性。這種隨機(jī)不確定性的存在會(huì)直接影響方案評(píng)價(jià)值，即相對(duì)相似距離，最終可能造成最優(yōu)方案發(fā)生改變。因此對(duì)備選方案排序之后，需要進(jìn)一步分析各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變動(dòng)對(duì)備選方案評(píng)價(jià)值的影響程度，識(shí)別出敏感度高的因素，在施工過程中有重點(diǎn)地對(duì)敏感指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，保證所選方案是與工程相適應(yīng)的最優(yōu)方案。

利用Crystal Ball軟件進(jìn)行敏感性分析，步驟如下:①基于已建立起的相對(duì)相似距離計(jì)算模型，確定各個(gè)指標(biāo)的概率分布;②將各指標(biāo)的概率分布輸入Crystal Ball，即定義假設(shè)單元(Define Assumption);③定義預(yù)測(cè)單元(Define Forecast);④輸入模擬次數(shù)(Trials);⑤運(yùn)行模擬、輸出結(jié)果;⑥結(jié)果分析。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

武漢市軌道交通2號(hào)線一期工程中山公園站—循禮門站設(shè)計(jì)里程范圍為:左DK9+658.635—左DK10 +658.291;右DK9+658.515—右DK10+657.980。區(qū)間間距9～16 m，線路平面最小曲線半徑為300 m，線路最大縱坡28.3‰。區(qū)間地面高程19.5～31.4 m，表層分布人工填土層，其下呈現(xiàn)典型的二元結(jié)構(gòu)，上部為黏性土，局部夾淤泥質(zhì)土，中、下部為中密粉細(xì)砂、密實(shí)中粗砂，底部局部分布礫卵石。沿線為密集商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)。

4.2 利用TOPSIS方法進(jìn)行方案選擇

盾構(gòu)選型應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程所在的地質(zhì)及其他條件，合理進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)械及刀盤刀具類型的選擇。在本例中盾構(gòu)選型是在土壓平衡盾構(gòu)及泥水平衡盾構(gòu)中進(jìn)行選擇，刀具選擇根據(jù)所要采用的刀盤來進(jìn)行。表4為備選方案，表5為備選方案的11個(gè)指標(biāo)取值。

表4 備選方案

根據(jù)工程實(shí)際情況，本項(xiàng)目的理想方案參數(shù)取值確定為y*=(6 1.0 5044 3 10 3 2.5 0.001 0.4 15 10)。采用主客觀賦權(quán)法進(jìn)行權(quán)重確定，得到盾構(gòu)選型指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重W=(0.087 0.058 0.028 0.028 0.132 0.082 0.054 0.361 0.068 0.045 0.057)。根據(jù)式(1)～式(7)，進(jìn)行歸一化、加權(quán)以及相對(duì)相似距離的計(jì)算，得到的最終結(jié)果如表6所示。

表5 備選方案盾構(gòu)選型指標(biāo)取值

表6 備選方案相對(duì)相似距離計(jì)算結(jié)果

如表6所示盾構(gòu)選型備選方案與理想方案的相對(duì)相似距離排序?yàn)锳1＜A2＜A3＜A5＜A4＜A6。根據(jù)TOPSIS方法評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，相對(duì)相似距離表示備選方案與理想方案之間的差距，相對(duì)相似距離越小方案越優(yōu)。計(jì)算結(jié)果表明，A1方案與理想方案最為接近，相對(duì)相似距離為0.079 2，可以作為該工程盾構(gòu)選型采用的方案。

綜上分析，對(duì)武漢市軌道交通2號(hào)線一期工程中山公園站—循禮門站區(qū)間工程的盾構(gòu)選型建議為:盾構(gòu)機(jī)械采用泥水平衡盾構(gòu)施工，刀盤形式為面板式結(jié)構(gòu)，刀具采用切刀和齒刀的組合。實(shí)際施工中采用刀盤外徑為6.52 m的復(fù)合式泥水盾構(gòu)機(jī)。推薦方案與實(shí)際施工中選用的盾構(gòu)設(shè)備與刀盤刀具類型相同，證明了本文所提出方法的科學(xué)可行性。

4.3 蒙特卡羅敏感性分析

根據(jù)蒙特卡羅原理，利用Crystal Ball軟件分別對(duì)6個(gè)方案進(jìn)行敏感性分析。方案中11個(gè)指標(biāo)的取值為本方案中該指標(biāo)最可能的取值，實(shí)際各指標(biāo)的取值分布在該最可能值左右的一個(gè)區(qū)間內(nèi)，且距離最可能值越遠(yuǎn)概率越小，因此設(shè)定各指標(biāo)的概率分布模型為三角分布，三角分布的最可能值取方案指標(biāo)的取值，最大、最小值分別取最可能值加、減自身絕對(duì)值的10% 。定義模擬次數(shù)為1 000次并運(yùn)行模擬，得到各指標(biāo)對(duì)相對(duì)相似距離變動(dòng)的貢獻(xiàn)度，如圖2所示。

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)相對(duì)相似距離變動(dòng)貢獻(xiàn)度分布

由圖2可知，對(duì)于以上6個(gè)方案，每一個(gè)方案中都存在著一個(gè)對(duì)相對(duì)相似距離變動(dòng)的貢獻(xiàn)度達(dá)到0.6以上的極度敏感因素。方案A1，A4，A6的極度敏感因素為一次掘進(jìn)最長(zhǎng)距離(X2)，方案A2，A3，A5極度敏感因素為巖層抗壓強(qiáng)度(X5)，因此應(yīng)對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)加強(qiáng)控制。其中，一次掘進(jìn)最長(zhǎng)距離由規(guī)劃設(shè)計(jì)要求決定，施工前應(yīng)通過設(shè)計(jì)優(yōu)化使其保持在與盾構(gòu)型式匹配的合理區(qū)間之內(nèi)，施工過程中保證其處于預(yù)計(jì)范圍;施工過程中還應(yīng)對(duì)巖層抗壓強(qiáng)度加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，必要時(shí)調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，保證選定的盾構(gòu)選型方案是項(xiàng)目的最優(yōu)選型方案。

考慮指標(biāo)概率分布不同可能會(huì)對(duì)敏感性分析結(jié)果產(chǎn)生影響，以方案A1為例，使評(píng)價(jià)指標(biāo)分別服從三角分布、正態(tài)分布、均勻分布，得到指標(biāo)服從不同分布情況下敏感性貢獻(xiàn)度，如圖3所示。

圖3 方案A1評(píng)價(jià)指標(biāo)服從不同分布時(shí)對(duì)相對(duì)相似距離變動(dòng)貢獻(xiàn)度分布

圖3顯示方案A1的每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在服從三種不同分布的情況下，對(duì)方案評(píng)價(jià)值的貢獻(xiàn)度差別很小。尤其是指標(biāo)服從三角分布和正態(tài)分布兩種情況相對(duì)相似距離變動(dòng)貢獻(xiàn)度曲線基本重合。這表明評(píng)價(jià)指標(biāo)服從的分布不同對(duì)敏感性分析結(jié)果不存在實(shí)質(zhì)影響，也從另一個(gè)方面說明圖3所示敏感性分析結(jié)果的正確性。

5 結(jié)論

盾構(gòu)選型是隧道施工決策的重要環(huán)節(jié)，并且會(huì)對(duì)后續(xù)施工造成較大影響，合理的盾構(gòu)選型是保證地鐵隧道施工順利進(jìn)行的第一步。工程開始前的盾構(gòu)選型需要考慮到工程特點(diǎn)、水文地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等眾多因素。本文結(jié)合工程實(shí)踐對(duì)盾構(gòu)選型研究后得到以下結(jié)論:

1)通過對(duì)國(guó)內(nèi)外地鐵建設(shè)盾構(gòu)選型經(jīng)驗(yàn)、規(guī)律的總結(jié)，建立了一套涉及規(guī)劃設(shè)計(jì)要求、水文地質(zhì)因素、周圍環(huán)境因素三方面內(nèi)容，包括11個(gè)指標(biāo)的盾構(gòu)選型指標(biāo)體系，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)械、盾構(gòu)刀盤形式以及盾構(gòu)刀具選擇;采用主、客觀賦權(quán)結(jié)合的方法，得到體系中各指標(biāo)的權(quán)重;提出選用TOPSIS方法進(jìn)行盾構(gòu)選型量化評(píng)價(jià)的方法;利用Crystal Ball軟件進(jìn)行蒙特卡羅模擬確定敏感因素。

2)盾構(gòu)選型指標(biāo)體系結(jié)合TOPSIS方法，為武漢市軌道交通2號(hào)線一期工程中山公園站—循禮門站工程進(jìn)行盾構(gòu)選型。得到的選型建議與該工程實(shí)際采用的盾構(gòu)及刀盤刀具選型方案一致，表明本文提出的盾構(gòu)選型指標(biāo)體系及其求解方法能夠滿足工程實(shí)踐中盾構(gòu)選型的要求，可以為類似工程盾構(gòu)設(shè)備選擇提供借鑒。

3)結(jié)合盾構(gòu)選型工程實(shí)例，利用Crystal Ball軟件進(jìn)行蒙特卡羅模擬對(duì)盾構(gòu)選型指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行敏感性分析，識(shí)別出一次掘進(jìn)最長(zhǎng)距離、巖層抗壓強(qiáng)度兩個(gè)極度敏感因素，為后續(xù)工程施工管理提供了依據(jù)，并且有利于確保所選方案為與工程相適應(yīng)的最佳方案。

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Selection of shield type for metro tunnel construction based on TOPSIS method

WU Xianguo，LIN Jingyi，ZHANG Limao，ZHONG Jingbing
(School of Civil Engineering＆Mechanics，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan Hubei 430074，China)

According to less quantitative research of shield type selection and inadequate consideration of parameter stochastic uncertainty，the selection of shield type，cutter head and cutter type was studied.Eleven indices were selected toestablish an indexsystemof shield type selection fromsuch aspects as planning and designing requirements，hydrogeological conditions and surrounding environment factors，the index weights were determined by combination of subjective and objective weighting method，T OPSIS method was used for quantitative calculation and the scheme which is mostly close to the ideal scheme was chosen as the optimal one.M onte Carlo simulation was made based on the embedded Excel plug－in unit－Crystal Ball software，sensitivity factors was identified in the process of shield type selection，and the random problems of the scheme evaluation were overcome.T aking the line no.2 of W uhan rail transit as an example，the proposed scheme was verified to be consistent with the practice scheme adopted in shield type selection and the one time drilling longest distance and rock compressive strength were determined as two main sensitive factors during the process of shield type selection.

Selection of shield type;M etro construction;Index system;T OPSIS;Sensitivity

U455.43

A

10.3969/j.issn.1003－1995.2015.10.20

(責(zé)任審編 李付軍)

1003－1995(2015)10－0095－07

2015－01－14;

2015－03－20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51378235);湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014CFA117);河南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(132102210262);武漢市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201334)

吳賢國(guó)(1964—)，女，教授，博士。