復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險分析與仿真優(yōu)化研究.pdf

1、復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞工程對于地下空間的合理與有效利用意義重大。然而，長豎井長距離引水隧洞施工是一個極其復(fù)雜的過程，由于其獨特的工程結(jié)構(gòu)及復(fù)雜的施工環(huán)境，易引起上下平洞之間的氣壓差，且其通風(fēng)斷面小、距離長容易造成通風(fēng)散煙困難;同時其施工過程存在的工序持續(xù)時間和邏輯關(guān)系變化結(jié)果導(dǎo)致風(fēng)險概率升高;以及由于采用鉆爆法和TBM法開挖造成施工方式多樣復(fù)雜。這為長豎井長距離引水隧洞施工過程的研究分析帶來了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的全過程仿真技術(shù)雖然可實現(xiàn)

2、施工方案的優(yōu)選和施工過程的描述，然而初始的仿真系統(tǒng)無法解決通風(fēng)參數(shù)的科學(xué)取值、模型邏輯關(guān)系和活動時間的風(fēng)險性分析等問題;同時，傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)輸出結(jié)果無法進(jìn)行施工參數(shù)對工期影響的靈敏性分析。因此，本文就上述問題展開深入的研究分析，以期為復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險分析與仿真優(yōu)化研究提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。研究取得了以下主要成果:
　　1、結(jié)合長豎井長距離引水隧洞復(fù)雜的施工特點，在通風(fēng)數(shù)值模擬與進(jìn)度風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上，在原有仿真

3、模型中既考慮通風(fēng)參數(shù)的科學(xué)取值，又進(jìn)行了模型邏輯關(guān)系和活動時間的不確定性分析，以優(yōu)化傳統(tǒng)隧洞仿真模型。
　　長豎井長距離引水隧洞施工面臨著施工戰(zhàn)線長、施工強度高以及開挖工程量大等一系列問題，是一個極其復(fù)雜的過程。目前的長距離引水隧洞施工仿真模型中，通風(fēng)參數(shù)多依靠工程類比與專家經(jīng)驗來選取，缺乏一定的科學(xué)性;且模型建立過程中沒有考慮施工風(fēng)險對施工進(jìn)度的影響，降低了模型的實踐意義。針對上述問題，本文在仿真模型中增加綜合考慮多洞交叉布置和

4、長豎井氣壓差特點的施工通風(fēng)數(shù)值模擬模塊和施工進(jìn)度風(fēng)險分析模塊，以分析通風(fēng)對施工進(jìn)度的影響并確定科學(xué)合理的通風(fēng)參數(shù)以及分析工序邏輯關(guān)系不確定性與活動時間不確定性對隧洞施工進(jìn)度的影響。通過上述兩個模塊的加入來優(yōu)化長豎井長距離引水隧洞施工仿真模型，提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性。
　　2、針對傳統(tǒng)鉆爆法施工通風(fēng)散煙時間憑經(jīng)驗確定的不足，結(jié)合帶有長豎井的復(fù)雜長距離引水隧洞施工通風(fēng)特點，提出基于Euler-Euler兩相流數(shù)值模擬的施工通風(fēng)時

5、間參數(shù)確定方法。
　　傳統(tǒng)的隧洞鉆爆開挖施工通風(fēng)研究中時間參數(shù)多是憑經(jīng)驗確定，而且對洞室內(nèi)風(fēng)流路徑和污染物擴散過程難以預(yù)測。復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞的施工工作面多，通風(fēng)距離長，且長豎井的布置使通風(fēng)散煙更加困難?，F(xiàn)有引水隧洞的兩相流模擬研究多是針對單一隧洞獨頭掘進(jìn)的Euler-Euler兩相流研究，對多洞交叉情況下施工通風(fēng)的Euler-Lagrange模擬研究初有涉及，但都未直觀得出在長豎井氣壓差和多洞交叉分布影響下的復(fù)雜長距離引水

6、隧洞施工通風(fēng)污染物濃度空間分布和隨時間運移機制。因此，本文建立了綜合考慮多洞交叉布置和長豎井氣壓差特點的復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞施工通風(fēng)Euler-Euler兩相流紊流模型，模擬得出污染物隨時間和空間變化的擴散運移，進(jìn)而得出科學(xué)的通風(fēng)時間參數(shù)，以期為仿真參數(shù)的優(yōu)化和工程實際提供理論依據(jù)。
　　3、針對目前進(jìn)度風(fēng)險分析研究中主要考慮活動時間不確定性而忽略邏輯關(guān)系不確定性的不足，提出了綜合考慮邏輯關(guān)系不確定性和活動時間不確定性的復(fù)雜長

7、豎井長距離引水隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險分析方法。
　　復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞建設(shè)周期長、施工強度大、隧洞及支洞布置縱橫交錯，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。長豎井由于其獨特的工程結(jié)構(gòu)及復(fù)雜的施工環(huán)境，施工過程面臨著鉆挖工藝繁雜、地質(zhì)條件多變等問題。其施工過程存在的諸多不確定因素不僅會對工序持續(xù)時間造成影響，還會引發(fā)風(fēng)險事件，導(dǎo)致工序邏輯關(guān)系發(fā)生變化，進(jìn)而影響長豎井長距離引水隧洞施工進(jìn)度。目前的進(jìn)度風(fēng)險分析主要研究活動時間不確定性，未考慮施工中風(fēng)險

8、事件發(fā)生導(dǎo)致工序間邏輯關(guān)系變化對施工進(jìn)度的影響。針對上述問題，充分考慮復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞特有的施工工藝及多變的施工環(huán)境等特點，從邏輯關(guān)系不確定性和活動時間不確定性兩個方面開展隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險分析。與目前進(jìn)度風(fēng)險分析相比，提出的同時考慮邏輯關(guān)系不確定性和活動時間不確定性的風(fēng)險分析方法可實現(xiàn)對施工風(fēng)險更全面的分析，為復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞施工進(jìn)度管理提供科學(xué)的指導(dǎo)。
　　4、針對施工工期受工序持續(xù)時間和施工參數(shù)影響的問題，采用

9、極差分析法，對長豎井長距離引水隧洞施工工期進(jìn)行多因素靈敏性分析。
　　長豎井長距離引水隧洞施工過程同時采用鉆爆法與TBM法兩種洞室開挖方式，施工方式更為復(fù)雜，施工難度更大，施工過程中的不確定性與隨機性更高，然而，以往的研究主要針對單一施工方式的工程問題展開，并且缺乏針對多因素對工期影響的分析研究，對實際施工的指導(dǎo)作用有限。針對上述問題，基于極差分析法對長豎井長距離引水隧洞的施工工期進(jìn)行多因素靈敏性分析，在隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險分析的基礎(chǔ)

10、上，判斷可能影響工期的關(guān)鍵路線上的仿真工序持續(xù)時間和全部仿真參數(shù)對工期的影響程度。與目前的引水隧洞施工工期靈敏性分析研究相比，基于極差分析法的多因素靈敏性分析可以判斷出所有可能的施工仿真影響因素對工期的影響程度，識別出對工期影響顯著的關(guān)鍵施工工序和施工參數(shù)，為施工組織計劃的制定和現(xiàn)場施工的管理提供了科學(xué)全面的依據(jù)。
　　5、依托某復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞施工工程，進(jìn)行應(yīng)用研究，驗證了上述理論和方法的可行性。
　　(1)以某水

11、電站復(fù)雜長豎井長距離引水隧洞施工通風(fēng)過程為實例，運用所建立的Euler-Euler氣固兩相流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬研究。通過現(xiàn)場試驗驗證了數(shù)學(xué)模型的可靠性，實測值和模擬值之間體現(xiàn)良好一致性。為得到合理的網(wǎng)格劃分方案，對計算網(wǎng)格進(jìn)行了網(wǎng)格靈敏性分析。對數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行分析，研究了風(fēng)流組織結(jié)構(gòu)和污染物的擴散運移規(guī)律，得出了通風(fēng)散煙時間與鉆爆開挖長度之間的關(guān)系，優(yōu)化了仿真參數(shù)的選取。
　　(2)結(jié)合工程背景，分別采用概率分支法和統(tǒng)計鐘法分析地

12、質(zhì)風(fēng)險和設(shè)備風(fēng)險影響下的長豎井長距離引水隧洞施工邏輯關(guān)系不確定性;采用最樂觀時間、最可能時間、最悲觀時間和0.75分位數(shù)確定活動時間β分布函數(shù)，并采用舍選法進(jìn)行抽樣，以實現(xiàn)活動時間的不確定性分析。
　　(3)在隧洞施工仿真中考慮通風(fēng)參數(shù)的科學(xué)取值、模型邏輯關(guān)系和活動時間不確定性分析，進(jìn)行長豎井長距離引水隧洞施工全過程仿真。不僅可以獲得工期、關(guān)鍵線路、資源強度等仿真成果，還可通過多次仿真求得完工概率、完工風(fēng)險、最關(guān)鍵線路和工序關(guān)鍵度

13、等風(fēng)險指標(biāo)，為復(fù)雜長豎井長隧洞施工進(jìn)度管理提供科學(xué)的指導(dǎo)。
　　(4)依托長豎井長距離引水隧洞施工全過程動態(tài)仿真模型，在隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上，分別對單項工程活動持續(xù)時間對總工期波動影響、施工參數(shù)對單項工程活動持續(xù)時間波動影響這兩個階段進(jìn)行長豎井長距離引水隧洞施工工期多因素靈敏性分析;采用極差分析法分別對關(guān)鍵路線上的工序持續(xù)時間對工期的影響、施工參數(shù)對工序持續(xù)時間的影響進(jìn)行統(tǒng)計分析;判斷仿真模型中的全部仿真參數(shù)對工期的影響程