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

1、復(fù)雜長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞工程對(duì)于地下空間的合理與有效利用意義重大。然而，長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，由于其獨(dú)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(zhǎng)容易造成通風(fēng)散煙困難;同時(shí)其施工過(guò)程存在的工序持續(xù)時(shí)間和邏輯關(guān)系變化結(jié)果導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)概率升高;以及由于采用鉆爆法和TBM法開(kāi)挖造成施工方式多樣復(fù)雜。這為長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工過(guò)程的研究分析帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的全過(guò)程仿真技術(shù)雖然可實(shí)現(xiàn)

2、施工方案的優(yōu)選和施工過(guò)程的描述，然而初始的仿真系統(tǒng)無(wú)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(dòng)時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)性分析等問(wèn)題;同時(shí)，傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)輸出結(jié)果無(wú)法進(jìn)行施工參數(shù)對(duì)工期影響的靈敏性分析。因此，本文就上述問(wèn)題展開(kāi)深入的研究分析，以期為復(fù)雜長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)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(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞復(fù)雜的施工特點(diǎn)，在通風(fēng)數(shù)值模擬與進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)時(shí)間的不確定性分析，以優(yōu)化傳統(tǒng)隧洞仿真模型。
　　長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工面臨著施工戰(zhàn)線長(zhǎng)、施工強(qiáng)度高以及開(kāi)挖工程量大等一系列問(wèn)題，是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程。目前的長(zhǎng)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(yàn)來(lái)選取，缺乏一定的科學(xué)性;且模型建立過(guò)程中沒(méi)有考慮施工風(fēng)險(xiǎn)對(duì)施工進(jìn)度的影響，降低了模型的實(shí)踐意義。針對(duì)上述問(wèn)題，本文在仿真模型中增加綜合考慮多洞交叉布置和

4、長(zhǎng)豎井氣壓差特點(diǎn)的施工通風(fēng)數(shù)值模擬模塊和施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)分析模塊，以分析通風(fēng)對(duì)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(dòng)時(shí)間不確定性對(duì)隧洞施工進(jìn)度的影響。通過(guò)上述兩個(gè)模塊的加入來(lái)優(yōu)化長(zhǎng)豎井長(zhǎng)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(duì)傳統(tǒng)鉆爆法施工通風(fēng)散煙時(shí)間憑經(jīng)驗(yàn)確定的不足，結(jié)合帶有長(zhǎng)豎井的復(fù)雜長(zhǎng)距離引水隧洞施工通風(fēng)特點(diǎn)，提出基于Euler-Euler兩相流數(shù)值模擬的施工通風(fēng)時(shí)

5、間參數(shù)確定方法。
　　傳統(tǒng)的隧洞鉆爆開(kāi)挖施工通風(fēng)研究中時(shí)間參數(shù)多是憑經(jīng)驗(yàn)確定，而且對(duì)洞室內(nèi)風(fēng)流路徑和污染物擴(kuò)散過(guò)程難以預(yù)測(cè)。復(fù)雜長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞的施工工作面多，通風(fēng)距離長(zhǎng)，且長(zhǎng)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(duì)單一隧洞獨(dú)頭掘進(jìn)的Euler-Euler兩相流研究，對(duì)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(zhǎng)豎井氣壓差和多洞交叉分布影響下的復(fù)雜長(zhǎng)距離引水

6、隧洞施工通風(fēng)污染物濃度空間分布和隨時(shí)間運(yùn)移機(jī)制。因此，本文建立了綜合考慮多洞交叉布置和長(zhǎng)豎井氣壓差特點(diǎn)的復(fù)雜長(zhǎng)豎井長(zhǎng)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(shí)間和空間變化的擴(kuò)散運(yùn)移，進(jìn)而得出科學(xué)的通風(fēng)時(shí)間參數(shù)，以期為仿真參數(shù)的優(yōu)化和工程實(shí)際提供理論依據(jù)。
　　3、針對(duì)目前進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)分析研究中主要考慮活動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)間不確定性的復(fù)雜長(zhǎng)

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

8、事件發(fā)生導(dǎo)致工序間邏輯關(guān)系變化對(duì)施工進(jìn)度的影響。針對(duì)上述問(wèn)題，充分考慮復(fù)雜長(zhǎng)豎井長(zhǎng)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(diǎn)，從邏輯關(guān)系不確定性和活動(dòng)時(shí)間不確定性兩個(gè)方面開(kāi)展隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)分析。與目前進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)分析相比，提出的同時(shí)考慮邏輯關(guān)系不確定性和活動(dòng)時(shí)間不確定性的風(fēng)險(xiǎn)分析方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)更全面的分析，為復(fù)雜長(zhǎng)豎井長(zhǎng)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(duì)施工工期受工序持續(xù)時(shí)間和施工參數(shù)影響的問(wèn)題，采用

9、極差分析法，對(duì)長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工工期進(jìn)行多因素靈敏性分析。
　　長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工過(guò)程同時(shí)采用鉆爆法與TBM法兩種洞室開(kāi)挖方式，施工方式更為復(fù)雜，施工難度更大，施工過(guò)程中的不確定性與隨機(jī)性更高，然而，以往的研究主要針對(duì)單一施工方式的工程問(wèn)題展開(kāi)，并且缺乏針對(duì)多因素對(duì)工期影響的分析研究，對(duì)實(shí)際施工的指導(dǎo)作用有限。針對(duì)上述問(wèn)題，基于極差分析法對(duì)長(zhǎng)豎井長(zhǎng)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(xiǎn)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(shí)間和全部仿真參數(shù)對(duì)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(duì)工期的影響程度，識(shí)別出對(duì)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(jì)劃的制定和現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工工程，進(jìn)行應(yīng)用研究，驗(yàn)證了上述理論和方法的可行性。
　　(1)以某水

11、電站復(fù)雜長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工通風(fēng)過(guò)程為實(shí)例，運(yùn)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的可靠性，實(shí)測(cè)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(duì)計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行了網(wǎng)格靈敏性分析。對(duì)數(shù)值計(jì)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(kuò)散運(yùn)移規(guī)律，得出了通風(fēng)散煙時(shí)間與鉆爆開(kāi)挖長(zhǎng)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(jì)鐘法分析地

12、質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)影響下的長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工邏輯關(guān)系不確定性;采用最樂(lè)觀時(shí)間、最可能時(shí)間、最悲觀時(shí)間和0.75分位數(shù)確定活動(dòng)時(shí)間β分布函數(shù)，并采用舍選法進(jìn)行抽樣，以實(shí)現(xiàn)活動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)間不確定性分析，進(jìn)行長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工全過(guò)程仿真。不僅可以獲得工期、關(guān)鍵線路、資源強(qiáng)度等仿真成果，還可通過(guò)多次仿真求得完工概率、完工風(fēng)險(xiǎn)、最關(guān)鍵線路和工序關(guān)鍵度

13、等風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，為復(fù)雜長(zhǎng)豎井長(zhǎng)隧洞施工進(jìn)度管理提供科學(xué)的指導(dǎo)。
　　(4)依托長(zhǎng)豎井長(zhǎng)距離引水隧洞施工全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型，在隧洞施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，分別對(duì)單項(xiàng)工程活動(dòng)持續(xù)時(shí)間對(duì)總工期波動(dòng)影響、施工參數(shù)對(duì)單項(xiàng)工程活動(dòng)持續(xù)時(shí)間波動(dòng)影響這兩個(gè)階段進(jìn)行長(zhǎng)豎井長(zhǎng)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(duì)關(guān)鍵路線上的工序持續(xù)時(shí)間對(duì)工期的影響、施工參數(shù)對(duì)工序持續(xù)時(shí)間的影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;判斷仿真模型中的全部仿真參數(shù)對(duì)工期的影響程