地下洞室群合理的施工程序对维护围岩稳定、保证施工安全、实现快速、经济施工有着重要的意义。然而,地下洞室群的施工程序受工程所处自然条件、施工技术水平及相应机械设备配置、交通条件、洞室空间结构形式、支护形式、施工安全、施工质量、环境控制等多种因素影响,且这些相互制约的因素往往又都是随机而复杂多变的,传统的方法难以较为准确地估计与测度[ 1 ] 。随着计算机的应用与推广,特别是近三十年来,地下洞室施工的模拟研究取得了长足的发展,国内外先后研制出“地质模型—施、“ 莫斯特柯夫工方法—成本报告系统”“卡尔程序”、“ “ 循环分析模拟模型”、日本国铁隧道施工数据库”、运行网络模型”等[ 2 ] 。这些成果运用后,大多被认为“取得了良好的经济效益和技术进步,但还有许多工作需要做”。这些工作主要是:如何实现系统施工程序的仿真模拟,怎样使模拟运行参数选择和成果修正折减更便捷可行,努力缩短运行时间增强实用性和可操作性,如何实现施工技术与管理的统一。而以随机的生产线平衡原理[ 3 ] ,动态数组和公共时钟为基础,结合地下洞室施工特点和经验总结而开发的CPE ( Construction Procedure’s Emulation of Under2 ground Multi2tunnel & Multi2champer) 系统对上述工作有明显的改进。
1 系统开发原理和思路
1. 1 施工循环的平衡优选
CPE 系统以随机的生产线平衡原理为基础,结合地下洞室施工特点,对施工循环进行平衡优选。生产过程计算机管理的生产线平衡是对连续地重复进行的生产过程的生产线进行优化设计。其原理包含了生产线,单位作业,作业点,周期,执行作业的约束—作业内容约束、技术约束、设备约束、位置约束, 平衡滞后时间,平衡滞后等概念。对地下洞室施工而言,相应即是:施工循环,施工工序,工序数,施工循环历时,施工内容、施工方法及工艺流程、机械设备配置、施工通道及环境控制,施工机械设备闲置时间,机械设备闲置率等概念。原理的核心思想是“单位作业的划分不完全从技术角度而是从客观实践的观点来判断”。结合地下洞室施工特点和经验总结, 除生产线平衡优化目标函数和约束,CPE 系统还设立了规则工班、主要机械设备完成的关键工序历时及所占施工循环历时的比例等工程约束和优选函数以优化施工循环设计,努力实现人、机、地三不闲。
1. 2 设立动态数组和公共时钟,实现仿真模拟
CPE 系统将地下洞室群划分为施工系统、施工分标、施工分项、施工分部、施工分段(块) 等六个层次,用六维动态数组来描述;并设立了不同长度的公共时钟。不同用户根据各自需求填充空间层次结构数组和仿真模拟参数,系统优选出施工循环后,由施工分段(块) 的仿真模拟,逐层同步叠加,直至完成对施工系统的仿真模拟。CPE 系统仿真模拟流程如图1 所示。
1. 3 建立网络动态数组实现对施工交通的仿真模拟
CPE 系统将地下洞室群不同施工程序的交通网络划分为施工起讫点如拌和楼、弃碴场,施工道路如不同高程的公路、桥缆,施工通道如施工支洞、溜碴井等三个层次;并设立公时概念,公时为相对时间单位,用户可根据工程规模、仿真模拟精度要求用15 min 、30 min 等去取整真实时间。CPE 系统以公时为时间序列单位同步叠加便得到施工通道、施工道路的实时行车密度、最大行车密度及最小行车间距,也可得到施工起讫点的实时强度和过程线,为施工交通设计和管理、拌和楼的供料强度和弃碴场的最大存量设计等提供指导和参考。
