反井钻机导井施工方法效益评判

根据以上配置情况、施工效率、正常消耗水平以及水布垭工区人、材、机市场价格可以测算出手风钻竖井导井开挖单价为：187.42元/m3。详见下表： 竖井手风钻开挖3×3m 开挖量：936m3 表9-1 工作内容：正井、反井钻爆开挖，洞碴垂直运输。

反井钻机导井法施工成本及进度分析  反井钻机导井法施工是水电施工中的一种新技术、新工艺，这种新技术能否被普遍采用主要取决于它所产生的效率及效果。下面主要从应用成本及进度方面分析一下反井钻机导井施工特点。  以开挖一条长104 m，断面为3×3 m的竖井为例，根据施工方案，先采用216mm的钻头自上而下钻孔，小孔贯通后再采用1.4m的钻头从下往上反向扩孔1.4m，然后采用手风钻扩挖成3×3 m断面，钻216mm导孔时采用一台反井钻机、一台污水泵，操作工及换钻杆人员为5人，纯钻进速度为24m/天；扩孔φ1.4m时，采用一台反井钻机，操作工及换钻杆人员为5人，扩孔纯钻进速度为8 m/天，采用手风钻扩挖时每班配置为：手风钻9台，班长1人，钻工9人，电工1人，安全员1人，杂工2人，每天2个循环，每循环进尺2.5 m，扩挖速度为5 m/天。由此可见采用上述施工方法开挖一条深104 m、断面为3×3 m的导洞需要39(21+13+5)天时间。根据实际施工消耗及施工进度可以测算出开挖单价为元449.74/m3，详见下表：    反井钻机竖井导孔φ216mm     总长度： 104m     表9-2 

（备注：竖井3×3m断面扩挖根据竖井设计开挖尺寸是否采用，根据经验，断面面积小于40m2的可不需要进行3×3m断面扩挖）  根据上表开挖3×3m竖井每米单价为676.08+832.48+2539.18=4047.74元/m，拆合成方量为4047.74/(3×3×1)=449.74元/m3。  对于斜井施工这里暂不作分析。  9.4 反井钻机导井法施工效益分析  根据以上的分析可以得知，在其它条件相同的情况下，反井钻机施工纯经济成本比统传工艺高262.32元/m3，但施工时间缩短30天。由此可见，反井钻机施工在进度上具有较大的优越性。除此以外，反井钻机还具有其它特定的优点：  (1)提高了水电施工的机械化程度，提高了生产率，缩短了水电站及水利枢纽建设周期，使投资单位提前获得经济效益成为可能。  (2)不需要施工人员至开挖面施工，提高了竖井、斜井施工的安全性，保证了施工人员的生命安全，具有良好的社会安全效益。  (3)由于不使用炸药，避免了空气污染，保护了工区附近的生态环境，且不会对周边建筑物造成损坏。  (4)解决了按常规施工方法竖井、斜井施工过程中通风散烟问题，改善了施工环境，保护了施工人员的身体健康。并且由于进度快，能很快形成通风通道，改善了其它相连施工部位通风条件，节省了通风散烟费用。  9.5 反井钻机导井法施工方法综合效益评判模型  9.5.1 层次结构模型的建立 

 43  把复杂的问题的有关的各个因素按照不同属性自上而下分解为若干层次。同一层次的诸多因素从属上一层因素或对上一层因素有影响，同时又支配下一层因素或受下层的作用。最上层为目标层，一般只有一个元素。中间为准则层、自准则层、最下层为方案层，如图 9-1所示。

 

构造比较判断矩阵  根据层次结构，对上一层因素而言，要其下一层次中所有与它有关联的元素之间两两比较其重要关系，比较结果按1－9的比较尺度定量表示标出(表9－5)，构造比较判断矩阵，直到最下层。

 

判断矩阵的排序  这一步又称层次单排序，即在层次分析中由单一判断矩阵计算元素之间相对其准则的重要性权重，层次单排序是通过求下述特征值得到的：                     WBWmax  其中B是判断矩阵，λm ax是B的最大特征值，W是λmax对应的特征向量，W就是我们要找的各因素相对重要性权重向量，下面用算术方根法求出权重向量W和对应的最大的特征值λmax。  (1)计算判断矩阵B每一行元素的乘积iM  iM

＝ bijn     (i=1，2，...，n)  (2)计算Mi的n

次方根iW，

    iW

，＝   (3)

对向量iW＝

[1W

，2W，

..... nW]进行归一化 

           n ii i iW WW1    由此得到的即矩阵W＝[W1，W2，...，Wn]就是所要得到的判断矩阵特征向量，即单层次排序权重值。  (4)判断矩阵的最大特征根为

  i i n iNW

一致性检验  所谓判断一致性，是指判断矩阵具备完全一致性，即判断矩阵B的元素应满足如下条件  bij＝bik/bjk      (j，i，K＝1，2，...，n) 根据矩阵理论， λmax ＝n，其余的特征值均为零；当判断矩阵具备一致性时，λmax会稍大于n，且其余的特征根会趋于零。矩阵偏离完全一致性时，其余特征根会发生相应的变化，所以可以利用判断矩阵特征的变化来检验其完全一致性程度，这也是一致性检验的理论依据，用一致性指标CI来作为一致性检验。即

  1 max nn CI  由于矩阵阶数越大，完全一致性越难达到，为测量不同阶层的判断矩阵的一致性，再给出平均随机一致性指标RI，RI值可通过查表 18 得到。        RI 取值表  表9-6 

n     1       2     3       4        5         6            7       8         9 

RI   0.00   0.00   0.58    0.90   1.12      1.24         1.32      1.41    1.45  不难看出，CI值越小，说明λmax与n相差越小，即判断矩阵更接近完全一致性，所以希望CI值越小越好。  当随机一致性比率CR＝CI/RI＜0.10时，判断矩阵的一致性检验通过，即认为具有满意的一致性。否则就应重新考虑并调整判断矩阵的元素，使之达到满意的一致性为止。 9.5.5 层次总排序  若Ak（k＝1,2,3„,m）为上层因素，BJ（j＝1,2,3„n）为相邻的下层因素，在求出上层因素的总排序ak（k＝1,2,3,„m）和下层因素Bi相对于AK的单排序bjk（j＝1,2,3„n）之后，Bj相对于最高层因素的总排序为。  km kakbjbj1（ j＝1,2,3„n）  每进行一层的递推，都须作相应的层次总排序的一致性检验。假定B层次因素对AK单排序的一致性指标为CIK，相应的平均随机一致性指标为RIK，则

  46  B层次总排序的随机一致性比率为

  m kk m kk RI akCE akCR1 1    当求出CR＜0.10时，表时该层次总排序的结果具有满意的一致性。  9.6 反井钻机导井法施工与手风钻导井法施工效益评判  9.6.1 反井钻机导井施工法与手风钻导井施工法层次模型  将手风钻导井施工法与反井钻机导井施工法设定为两种效益方案： (1) 手风钻导井施工法(方案一)：是用传统的手风钻钻孔,人工装药爆破形成导井,再扩孔形竖井和斜井。  (2) 反井钻机导井施工法(方案二)：是采用机械方法形成一定直径的导井,再扩孔形竖井和斜井。  为了全面进行两种方案综合效益，主要考虑施工工艺、施工安全程度、施工成本、施工工期等影响因素进行综合分析，通过系统分析和专家评议建立了图9-2的层次模型。 

 

层次分析结果  综合效益分析评价体系的层次结构模型中共五个判断矩阵，即准则层判断矩阵1个(A－C)，不同准则大方案判断矩阵4个（A1－P、A2－P，A3－P，A4－P），其判断矩阵各元素取值及分别计算出的最大特征根、特征向量向一致性检验性结果如表9-7 所示。