بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
رتبه بندی گزینه های حفاری تونل های حمل و نقلی با استفاده از روش تصمیم گیری چندمعیاره ELECTRE
چکیده
انتخاب روش درست حفاری تونل تصمیمی پیچیده بوده که نیاز به در نظر گرفتن بسیاری از فاکتورهای فنی، اقتصادی و محیطی دارد. برای یک تونل، یک روش مشخص حفاری وجود ندارد، و معمولا دو یا چند روش عملی میباشد. هر روش شامل تعدادی مشکلات طبیعی است. در نتیجه روش بهینه، روشی است که کمترین مشکلات را داشته باشد. اگرچه تجربیات و قضاوتهای مهندسی هنوز هم اصلیترین عامل در انتخاب روشهای حفاری هستند، ولی برای تحلیل جزئیتر دادههای موجود در انتخاب روش حفاری مناسب، تفاوتهای نامشهود موجود در خصوصیات هر منطقه و سرمایهگذاری زیاد در پروژههای عمرانی بزرگ نیاز به داشتن تحقیقات علمی و سیستماتیک دارد. هدف از انجام این تحقیق انتخاب مناسبترین روش حفاری تونل با استفاده از یک روش علمی و سیستماتیک است. برای تحقق این هدف از روش ELECTRE که یکی از روشهای تصمیمگیری چند معیاره است، استفاده شده است. دلیل این انتخاب به کارگیری روشی جدید و متفاوت با کارهای مشابه قبلی میباشد. در این مقاله وزن معیارها با استفاده از نظر متخصصین و توسط پرسشنامه بهدست آمده و اولویتبندی گزینههای حفاری برای یک مطالعه موردی صورت پذیرفته است. در نهایت TBM به عنوان مناسب ترین گزینه حفاری برای بخشی از پروژه خط 6 متروی تهران انتخاب شد.
واژگان کلیدی: تصمیمگیری چند معیاره MADM) )، ELECTRE، TBM، رودهدر، خط 6 مترو.
-1 مقدمه
احداث تونل در یک کشور از نظر مسائل اقتصادی، اجتماعی و در مواردی از نظر مسائل سیاسی حائز اهمیت می باشد. لذا اجرای یک پروژه تونلسازی، مستلزم یک برنامه ریزی بسیار دقیق می باشد. از سوی دیگر در در مباحث مهندسی سنگ و علوم وابسته به زمین، به دلیل عدم قطعیت در تعیین ویژگی ها و رفتار واقعی سنگ، همیشه اجرای یک برنامه ریزی دقیق در این مورد بسیار مشکل است. یکی از مهمترین مباحث در یک پروژه تونلسازی، انتخاب نوع روش حفاری است. در این زمینه تحقیقات زیادی انجام شده که در بین آنها کمتر از روشهای سیستماتیک استفاده شده است. میوه چی برای تونل قمرود (میوهچی، (1382 و صداقتی برای خط 7 متروی تهران (صداقتی، (1390، با استناد به دلایل فنی روش حفاری مناسب را انتخاب کرده اند. همچنین زمانی برای تونل انتقال آب گلاب (زمانی، (1385، جزایری برای خط 4 متروی تهران (جزایری، (1385، عسکری برای تونل انتقال آب کرج (عسکری، (1386 در داخل کشور و در سال Jethwa) Jethwa JL 2001، (2001 و در سال Rick ) Rick P 2007، (2007، با مقایسه مزایا و معایب هر روش این انتخاب را انجام دادند. البته در این میان محققانی هم از روشهای تصمیمگیری استفاده کرده اند: به عنوان مثال طاهری برای قطار شهری اصفهان (طاهری، (1382، دلیریان برای تونل انتقال آب قمرود (دلیریان، (1385، میخک برای تونل متروی شیراز (میخک، (1388، نیکمنش برای تونل انتقال آب بهشت آباد (نیکمنش، (1390، در داخل کشور و O. Acaroglu برای حوزه ذغال سنگ Cayirhan Acaroglu)، (2006 و Oraee برای حوزه ذغال سنگ طبس Oraee)، (2010 در خارج از کشور با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) اقدام به انتخاب روش مناسب حفاری تونل کرده اند. در این مقاله از روش تصمیمگیری چند معیاره الکتر استفاده شده که روشی سیستماتیک و جدید است.
-2 انواع روشهای حفاری تونل
تونلها نوعی سازه زیر زمینی میباشند که از لحاظ کاربری به سه دسته کلی تونلهای حمل و نقل، صنعتی و معدنی تقسیم میشوند (مدنی، .(1383 روشهای مختلفی برای اجرای حفر پروژههای تونل وجود دارد که به جز برخی از روشهای خاص حفر تونل که گسترش زیادی پیدا نکرده اند، روشهای عمده حفاری تونل را میتوان به شرح ذیل طبقهبندی کرد:
الف- چالزنی و آتشباری1 ب) ماشینهای حفار بازویی2
ج) ماشینهای مکانیزه حفاری تمام مقطع1
-1-2 روش چالزنی و آتشباری
در روش چالزنی و آتشباری به منظور حفر تونل و فضای زیرزمینی در سنگهای سخت، پس از حفر چالهای انفجاری که تعداد و طول آنها متناسب با اندازه مقطع حفاری و طول پیشروی است، عملیات خرجگذاری انجام شده و سپس آتشباری انجام میشود. در اثر انفجار سنگهای جبهه کار خرد شده و از محل خود جدا میشوند و بدین ترتیب، پیشروی تونل در سنگ انجام میگیرد. Olofsson)، (1988
-2-2 حفاری با استفاده از ماشینهای بازویی
در ماشینهای بازویی، یک یا چند بازوی حفار وجود دارد که سطح مقطع آن به مراتب کمتر از سطح مقطع تونل است که با جابهجا کردن آن در نقاط مختلف مقطع، تونل را حفاری میکنند. قابلیت انعطاف و طرح اشکال مختلف در مقاطع تونلی و قابلیت مانور برای حفاری تقاطع راهروها از خصوصیات اصلی ماشینهای بازویی میباشد.
تجربیات انجام شده در پروژههای تونل نشان داده است که دستگاههای بازویی را میتوان با موفقیت در محدوده وسیعی از سنگهای با مقاومت مختلف به کار برد. اما وجود سطوح ضعف ذاتی در سنگ نظیر درزهها و صفحات لایهبندی، ممکن است قابلیت حفاری دستگاه را محدود سازد. مهمترین اجزای دستگاه عبارت است از بدنه، موتور، بازو، سرمته، ناخنهای حفار و سیستم بارگیری است.
-3-2 حفاری با استفاده از ماشین حفاری تمام مقطع
ماشین تمام مکانیزه برای حفر تمام مقطع تونل است که به دلیل نیاز به سرمایه زیاد استفاده از آن در تونلهای بلند توجیه پذیر است و بر اساس طبقهبندی پیشنهادی توسط انجمن بینالمللی تونل سازی (ITA) در سال 2000 میتوان ماشینهای حفر تمام مقطع تونل را در دو گروه اصلی قرار داد (حسن پور، :(1389
- ماشینهای سنگ سخت ماشینهای باز یا ماشینهای کفشک دار
یک کفشکه دو کفشکه ماشینهای دارای سپر
تک سپره سپر دوگانه یا تلسکوپی
- ماشینهایزمین نرم سپر دوغابی سپر ترکیبی
سپر متعادل کننده فشار زمین در این مقاله ما سه روش اصلی انفجار، رودهدر و تی بی ام، همچنین با توجه به مثال موردی که متروی شهری است، دو روش روسی و اتریشی را که در ایران مرسوم اند را به عنوان گزینههای تصمیمگیری در نظر گرفتیم.
-3 عوامل تاثیر گذار در انتخاب نوع روش حفاری تونل
عواملی بسیار زیادی در انتخاب روش حفاری تونل موثرند که بر اساس مطالعات انجام شده و نظرات خبرگان معیارهای زیر در نظر گرفته شد: :x1 پارامترها و مخاطرات ژئوتکنیکی (مقاومت سنگ، وجود خاک چسبنده، آب زیرزمینی، ناپایداری سینه کار و دیوارهها و ...)
:x2 پارامترهای هندسی (سطح مقطع، طول، شیب کف و عمق تونل، وجود قوس در مسیر تونل)
:x3 پارامترهای عملیاتی (برنامه زمانبدی، فضای عملیاتی، ابعاد شفت، تجهیزات موجود، قابلیت دسترسی به سینه کار و انعطاف پذیری اجرایی، کارگر بر بودن، وجود سازههای بحرانی)
:x4 عوامل مدیریتی (ریسک یا احتمال موفقیت، سهولت تامین منابع مورد نیاز)
:x5 پارامترهای زیست محیطی (ایمنی، تهویه، سرو صدا، لرزش، مخاطرات بهداشتی، خشک شدن چشمهها) :x6 پارامترهای اقتصادی (سرمایهگذاری اولیه، هزینه تجهیزات، سیستم پشتیبانی، عملیاتی، تعمیر و نگهداری) :x7 موقعیت و محل احداث تونل (محیط شهری، دسترسی به دهانهها، محدودیتهای سطح زمین)
:x8 دانش و تکنولوژی موجود (تجربه محلی)
:x9 مقررات و استاندارهای عمومی (قوانین حاکم، استاندارهای زیست محیطی، الزامات در طول عملیات، پوشش داخلی تونل)
:x10 هدف از اجرای پروژه (آبرسانی، عبور فاضلاب یا تاسیسات شهری، اکتشفات معدن، حمل و نقل عمومی)
با گرفتن نظرات 100 نفر مشاور و پیمانکار متخصص در زمینه تونل از طریق پرسشنامه وزنهای زیر حاصل شد (جدول :(1
-4 روشهای تصمیمگیری چندمعیاره
تصمیمگیری چند شاخصه1 به تصمیمات خاصی (از نوع ترجیحی) مانند ارزیابی، اولویتگذاری و یا انتخاب از بین گزینههای موجود (که گاه باید بین چند شاخص متضاد انجام شود) اطلاق میگردد.
انواع مختلفی از مسائل MADM وجود دارند که تمامی آنها در خصوصیات زیر مشترکند (آذر، :(1387 گزینهها، شاخصهای چندگانه، واحدهای بی مقیاس و وزن شاخصها.
مدلهای MADM به دو بخش کلی تقسیم میشوند (آذر، :(1387
الف) مدلهای جبرانی
این مدل مشتمل بر روشهایی است که در آنها اجازه مبادله بین شاخصها مجاز است. یعنی تغییری احتملا کوچک در یک شاخص میتواند توسط تغییری مخالف در شاخص یا شاخصهای دیگر جبران شود. از این دسته روشها به ترتیب میتوان روشهای تحلیل سلسله مراتبی (AHP)، الکتر، تاپسیس، مجموع ساده موزون و . . . را نام برد.
ب) مدلهای غیر جبرانی
این مدلها شامل روشهایی میشوند که در آنها مبادله بین شاخصها امکان پذیر نمیباشد. ویژگی این مدلها سادگی آنها بوده و با محدود بودن اطلاعات تطابق دارد. از این دسته روشها میتوان متد تسلط، لکسیکوگرافیک و متد حذف را نام برد.
-1-4 شرح روش الکتر2
در این روش به جای رتبهبندی گزینهها از مفهوم جدیدی معروف به "غیر رتبه ای" استفاده میشود، بدین صورت که مثلا Ak ⇾ Al بیانگر آن است که اگرچه گزینههای k و l هیچ ارجحیتی از نظر ریاضی به یکدیگر ندارند اما تصمیمگیرنده و آنالیست ریسک بهتر بودن Ak را بر Al میپذیرند (اصغرپور، .(1390
در این روش کلیه گزینهها با استفاده از مقایسات غیر رتبهای مورد ارزیابی قرار گرفته و بدان طریق گزینههای غیر موثر حذف میشوند.
-2-4الگوریتم
الگوریتم این روش در نه مرحله به شرح زیر است (اصغرپور، :(1390
قدم یکم- تبدیل ماتریس تصمیمگیری D به یک ماتریس "بی مقیاس" با استفاده از رابطه :(1)
قدم دوم- تشکلیل ماتریس "بی مقیاس وزین" (V) با استفاده از بردار معلوم W به عنوان ورودی به الگوریتم (رابطه 2 و .(3 یعنی:
قدم سوم- مشخص نمودن مجموعه هماهنگی و مجموعه نا هماهنگی برای هر زوج از گزینههای: .k, l = 1,2, … , m ; l ≠ k مجموعه شاخصهای موجود J = {j|j = 1,2, … , n} را به دو زیر مجموعه متمایز هماهنگ (Skl) و ناهماهنگ (Dkl) تقسیم مینماییم.
مجموعه هماهنگ (Skl) از گزینههای Ak و Al مشتمل بر کلیه شاخصهایی خواهد بود که Ak بر Al به ازای آنها ترجیح داده میشود (رابطه (4، یعنی داشته باشیم:
rlj) با مطلوبیت افزایشی مفروض است).
و بر عکس زیر مجموعه مکمل به نام مجموعه ناهماهنگ (Dkl) مجموعهای از شاخصها است که به ازای آنها داشته باشیم (رابطه :(5
قدم چهارم- محاسبه ماتریس هماهنگی. ارزش ممکن از مجموعه هماهنگی (Skl) به وسیله اوزان موجود از شاخصهای هماهنگ در آن مجموعه اندازهگیری میشود. یعنی معیار هماهنگی برابر با مجموع اوزان (wj) از شاخصهایی است که مجموعه Skl را تشکیل میدهند، بدین صورت معیار هماهنگی (Ik,l) بین Ak و Al بدین قرار است (رابطه :(6
معیار هماهنگی (Ik,l) منعکس کننده اهمیت نسبی از Ak در رابطه با Al است به طوری که 0 ≤ Ik,l ≤ 1 خواهد بود. ارزش بیشتر از Ik,l بدان مفهوم است که ارجحیت Ak بر Al بیشتر هماهنگ است.
بنابراین ارزشهای متوالی از معیارهای 2,…,m , k ≠ l) Ik,l،(k,l=1 تشکیل ماتریس نامتقارن هم آهنگی (I) را میدهند، بدین قرار (رابطه :(7
قدم پنجم: محاسبه ماتریس ناهماهنگی. معیار ناهماهنگی (نظیر به مجموعه (Dk,l بر عکس معیار Ik,l نشان دهنده شدت بدتر بودن ارزیابی از Ak در رابطه با Al میباشد. این معیار (NIk,l) با استفاده از عناصر ماتریس V (امتیازات وزین شده) به ازای مجموعه ناهماهنگ Dk,l محاسبه میگردد، بدین قرار (رابطه :(8
از این رو ماتریس ناهماهنگی به ازای کلیه مقایسات زوجی از گزینهها عبارت خواهد بود از (رابطه :(9
