顶管工程工作井布置优化研究

摘要

顶管法施工相对于开挖施工方法具有施工成本低、工期短，对周围的环境影响较小，同时施工的安全性较高等优点，因此，顶管法施工在市政工程的各种管道施工中应用广泛，慢慢取代开挖技术。顶管工作井是顶管工程的重要组成部分，而工作井的数量和布置对施工成本和施工安全有较大影响。在以往的顶管设计中，顶管工作井的布置主要注重施工过程的安全性，随着施工技术的发展，此设计原则已不能满足现代施工的要求。针对顶管工作井的布置，在以往设计原则的基础上，本文还考虑了施工的经济成本和施工工期。将上述三个目标作为工作井布置的优化目标，运用模糊多目标理论对其进行分析，使优化的目标在满足约束条件下达到施工安全性最高、经济成本最低和工期最短。在全球金融危机和施工要求提高的大环境下，对顶管工作井布置的研究具有十分重要的意义。本论文的主要研究内容为：
　　 ①简单的介绍了顶管施工方法，对顶管施工的安全性、可靠性进行了分析和总结，详细的分析了在顶管施工过程中出现的各种安全隐患。指出了各种安全隐患的原因，以及因工作井布置引起的施工安全问题，并分析了目前顶管施工的成本及其各项成本的构成。
　　 ②建立了工作井布置模糊多目标优化模型。以施工过程的安全性(管道的失稳和管道的破损)、经济成本(直接成本、间接成本和社会成本)和工期三方面作为目标，确定了各个目标函数的定量和定性的约束条件，如周围土体等约束。运用MArLAB数学工具软件，求解出多目标模型中各目标函数的极值，然后利用二元比较法将多目标优化模型转化为单目标优化模型，最后利用最小隶属度偏差方法求解出优化模型的优化值，则得到工作井布置的合理间距。
　　 ③利用论文建立的优化模型，对重庆某排水工程具体实例进行求解，确定了该工程顶管工作井布置的满意解，经对比分析，所得合理间距明显优于原设计方案，表明论文所建立的顶管工程工作井布置优化模型可对今后类似工程有一定的参考和借鉴作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1顶管技术的发展

1.2.2顶管工程优化研究现状

1.3本文研究内容和思路

2顶管工程工作井布置主要因素分析

2.1顶管法施工介绍

2.1.1顶管施工基本原理

2.1.2顶管施工分类和特点

2.1.3顶管施工技术

2.2顶管施工过程安全隐患

2.2.1顶管法施工过程安全隐患

2.2.2施工防治措施

2.3顶管施工经济构成

2.3.1顶管施工直接成本

2.3.2间接成本和社会成本

2.4本章小结

3顶管工作井布置的模糊多目标优化模型建立

3.1优化目标的确定

3.2优化模型的目标函数

3.2.1过程安全性目标

3.2.2经济目标

3.2.3工期目标

3.3优化模型的约束条件

3.4优化模型的确定

3.5本章小结

4顶管法施工工作井布置的优化模型求解

4.1模糊多目标决策理论

4.1.1基本概念

4.1.2最优解

4.1.3多目标决策模糊最优解常用方法

4.2顶管工作井优化模型算法

4.3实例分析

4.3.1工程概况

4.3.2顶管工作井优化模型求解

4.3.3设计方案的比较

4.4本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献

附 录：作者在攻读学位期间发表的论文目录