地下洞室群合理的施工程序對維護圍巖穩(wěn)定、保證施工安全、實現快速、經濟施工有著重要的意義。然而,地下洞室群的施工程序受工程所處自然條件、施工技術水平及相應機械設備配置、交通條件、洞室空間結構形式、支護形式、施工安全、施工質量、環(huán)境控制等多種因素影響,且這些相互制約的因素往往又都是隨機而復雜多變的,傳統(tǒng)的方法難以較為準確地估計與測度[ 1 ] 。隨著計算機的應用與推廣,特別是近三十年來,地下洞室施工的模擬研究取得了長足的發(fā)展,國內外先后研制出“地質模型—施、“ 莫斯特柯夫工方法—成本報告系統(tǒng)”“卡爾程序”、“ “ 循環(huán)分析模擬模型”、日本國鐵隧道施工數據庫”、運行網絡模型”等[ 2 ] 。這些成果運用后,大多被認為“取得了良好的經濟效益和技術進步,但還有許多工作需要做”。這些工作主要是:如何實現系統(tǒng)施工程序的仿真模擬,怎樣使模擬運行參數選擇和成果修正折減更便捷可行,努力縮短運行時間增強實用性和可操作性,如何實現施工技術與管理的統(tǒng)一。而以隨機的生產線平衡原理[ 3 ] ,動態(tài)數組和公共時鐘為基礎,結合地下洞室施工特點和經驗總結而開發(fā)的CPE ( Construction Procedure’s Emulation of Under2 ground Multi2tunnel & Multi2champer) 系統(tǒng)對上述工作有明顯的改進。
1 　系統(tǒng)開發(fā)原理和思路
1. 1 　施工循環(huán)的平衡優(yōu)選
CPE 系統(tǒng)以隨機的生產線平衡原理為基礎,結合地下洞室施工特點,對施工循環(huán)進行平衡優(yōu)選。生產過程計算機管理的生產線平衡是對連續(xù)地重復進行的生產過程的生產線進行優(yōu)化設計。其原理包含了生產線,單位作業(yè),作業(yè)點,周期,執(zhí)行作業(yè)的約束—作業(yè)內容約束、技術約束、設備約束、位置約束, 平衡滯后時間,平衡滯后等概念。對地下洞室施工而言,相應即是:施工循環(huán),施工工序,工序數,施工循環(huán)歷時,施工內容、施工方法及工藝流程、機械設備配置、施工通道及環(huán)境控制,施工機械設備閑置時間,機械設備閑置率等概念。原理的核心思想是“單位作業(yè)的劃分不完全從技術角度而是從客觀實踐的觀點來判斷”。結合地下洞室施工特點和經驗總結, 除生產線平衡優(yōu)化目標函數和約束,CPE 系統(tǒng)還設立了規(guī)則工班、主要機械設備完成的關鍵工序歷時及所占施工循環(huán)歷時的比例等工程約束和優(yōu)選函數以優(yōu)化施工循環(huán)設計,努力實現人、機、地三不閑。
1. 2 　設立動態(tài)數組和公共時鐘,實現仿真模擬
CPE 系統(tǒng)將地下洞室群劃分為施工系統(tǒng)、施工分標、施工分項、施工分部、施工分段(塊) 等六個層次,用六維動態(tài)數組來描述;并設立了不同長度的公共時鐘。不同用戶根據各自需求填充空間層次結構數組和仿真模擬參數,系統(tǒng)優(yōu)選出施工循環(huán)后,由施工分段(塊) 的仿真模擬,逐層同步疊加,直至完成對施工系統(tǒng)的仿真模擬。CPE 系統(tǒng)仿真模擬流程如圖1 所示。
1. 3 　建立網絡動態(tài)數組實現對施工交通的仿真模擬
CPE 系統(tǒng)將地下洞室群不同施工程序的交通網絡劃分為施工起訖點如拌和樓、棄碴場,施工道路如不同高程的公路、橋纜,施工通道如施工支洞、溜碴井等三個層次;并設立公時概念,公時為相對時間單位,用戶可根據工程規(guī)模、仿真模擬精度要求用15 min 、30 min 等去取整真實時間。CPE 系統(tǒng)以公時為時間序列單位同步疊加便得到施工通道、施工道路的實時行車密度、最大行車密度及最小行車間距,也可得到施工起訖點的實時強度和過程線,為施工交通設計和管理、拌和樓的供料強度和棄碴場的最大存量設計等提供指導和參考。