葛振振，呂宗亞，黃 珅

(1.解放軍理工大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院，江蘇南京210007;2.江蘇省方山體育訓(xùn)練基地，江蘇南京210007)

大型地下工程施工是一項(xiàng)極其復(fù)雜的帶有隨機(jī)因素的系統(tǒng)，無(wú)法用數(shù)學(xué)解析模型描述。地下工程施工對(duì)于工期的要求較高，時(shí)效性較強(qiáng)。地下工程的施工過(guò)程是一個(gè)由多個(gè)工作組成的反復(fù)循環(huán)過(guò)程，對(duì)其施工過(guò)程的分析，如果采用一般網(wǎng)絡(luò)模型(CPM/PERT)表示整個(gè)工程的循環(huán)施工過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，無(wú)論從節(jié)點(diǎn)矢線數(shù)量、施工過(guò)程中反映的隨機(jī)因素影響，還是表示的模型準(zhǔn)確度都較難滿足。循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)CYCLONE的提出有效地解決了這一問(wèn)題，它利用排隊(duì)理論和模擬技術(shù)結(jié)合至網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)中，模擬循環(huán)施工過(guò)程和隨機(jī)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)循環(huán)施工過(guò)程的反映。

地下工程在施工過(guò)程中，往往涉及到不同的施工方法。某地下工程施工中使用三種施工方案，分別為方案Ⅰ為人工鉆爆法，方案Ⅱ一臺(tái)三臂鑿巖車(chē)作業(yè)，方案Ⅲ兩臺(tái)三臂鑿巖車(chē)同時(shí)作業(yè)。分別比較三種施工方案的施工作業(yè)時(shí)間進(jìn)行進(jìn)度優(yōu)化。

1 地下工程施工系統(tǒng)分解與協(xié)調(diào)

地下工程施工是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)于整個(gè)過(guò)程的分析，可以利用系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)原理，將這個(gè)系統(tǒng)分解為目標(biāo)相對(duì)單一的子系統(tǒng)。通過(guò)工程施工進(jìn)度計(jì)劃將子系統(tǒng)整合成完整的系統(tǒng)。利用這種分解和整合，更容易把握和控制一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)。

地下工程的開(kāi)挖施工主要采用鉆爆法。鉆爆法開(kāi)挖地下工程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)反復(fù)循環(huán)的過(guò)程，每次掘進(jìn)工作面都大約按炮孔深度的尺寸向前推進(jìn)，一次作為一個(gè)循環(huán)。本文主要研究地下工程全斷面一次開(kāi)挖法，施工工序:施工準(zhǔn)備→超前地質(zhì)預(yù)報(bào)→測(cè)量放樣→鉆孔→裝藥→起爆→通風(fēng)排煙→清除危石→爆破檢查→裝渣運(yùn)輸→初期支護(hù)→監(jiān)控量測(cè)→下個(gè)施工循環(huán)。

每個(gè)工序的施工時(shí)間控制是及其重要的，工序之間的銜接和安排也是施工進(jìn)度控制非常重要的環(huán)節(jié)。本文主要討論不同鉆爆法對(duì)施工進(jìn)度的影響研究，并且考慮到施工平行工序的關(guān)系，確定關(guān)鍵工序?yàn)殂@孔、裝藥、爆破(包括爆破設(shè)計(jì)、點(diǎn)火爆破、排煙通風(fēng))、裝渣運(yùn)輸，其他為輔助工序(圖1)。

2 地下工程施工進(jìn)度分析

地下工程開(kāi)挖過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)的開(kāi)挖進(jìn)尺就是施工進(jìn)度，分析單個(gè)循環(huán)可得:進(jìn)度B(T)=單個(gè)循環(huán)作業(yè)長(zhǎng)度/單個(gè)循環(huán)作業(yè)時(shí)間

在上式中，單個(gè)循環(huán)時(shí)間T包括循環(huán)之間的銜接時(shí)間，初期支護(hù)等平行施工的工作時(shí)間在施工過(guò)程分析中不作考慮。國(guó)防工程施工的循環(huán)時(shí)間按鉆爆法工序分解為鉆孔時(shí)間、裝藥時(shí)間、通風(fēng)時(shí)間、輔助作業(yè)時(shí)間及裝渣運(yùn)輸時(shí)間。所以各個(gè)工序的時(shí)間總和記為單個(gè)循環(huán)時(shí)間。假定一個(gè)循環(huán)的時(shí)間T，鉆孔時(shí)間為t1，裝藥時(shí)間為t2，起爆和通風(fēng)時(shí)間為t3，裝渣運(yùn)輸時(shí)間為t4，其他時(shí)間為t5。得出T的公式為:

(3)起爆和通風(fēng)時(shí)間t3。t3=15～30 min;

(5)其他時(shí)間t5。這段時(shí)間應(yīng)包括在開(kāi)挖斷面設(shè)置鉆孔和裝運(yùn)石渣機(jī)械與清除爆破危石的時(shí)間，及施工過(guò)程中時(shí)間損失等，根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算。

圖1 地下工程鉆爆法循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型

3 不同鉆爆法施工進(jìn)度對(duì)比

3.1 方案Ⅰ施工進(jìn)度

方案Ⅰ為人工鉆爆法，利用風(fēng)動(dòng)鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔，綜上分析，方案Ⅰ人工鉆爆法單個(gè)循環(huán)各工序時(shí)間如表1。

表1 方案Ⅰ單個(gè)循環(huán)時(shí)間

通過(guò)表1可知，鉆孔和裝渣運(yùn)輸是工程施工單個(gè)循環(huán)最耗時(shí)的工序。在本方案Ⅰ中，人工鉆爆法的鉆孔這一工序耗時(shí)最多，增加了單個(gè)循環(huán)施工的時(shí)間，從而影響了整個(gè)國(guó)防工程施工的進(jìn)度。

3.2 方案Ⅱ施工進(jìn)度

方案Ⅱ?yàn)橐慌_(tái)三臂鑿巖車(chē)作業(yè)(單車(chē)開(kāi)挖)，綜上分析，方案Ⅱ單臺(tái)車(chē)鉆孔爆破法單個(gè)循環(huán)各工序時(shí)間如表2。

表2 方案Ⅱ單個(gè)循環(huán)時(shí)間

通過(guò)表2可知，鉆孔和裝渣運(yùn)輸仍然是關(guān)鍵工序，方案Ⅱ采用三臂鑿巖車(chē)，其鉆孔工序所花費(fèi)時(shí)間明顯比方案Ⅰ少，從而縮短了單個(gè)循環(huán)時(shí)間，加快了整個(gè)工程的施工進(jìn)度。

3.3 方案Ⅲ施工進(jìn)度

方案Ⅲ為兩臺(tái)三臂鑿巖車(chē)同時(shí)作業(yè)，該工程利用無(wú)軌道運(yùn)輸運(yùn)渣，兩臺(tái)裝載機(jī)裝渣，多臺(tái)自卸卡車(chē)運(yùn)輸，自卸卡車(chē)的數(shù)量隨著循環(huán)進(jìn)尺的推進(jìn)而增加，以滿足施工進(jìn)度為準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，裝渣運(yùn)輸時(shí)間為t8=175 min。綜上分析，方案Ⅲ兩臺(tái)車(chē)鉆孔爆破法單個(gè)循環(huán)各工序時(shí)間如表3。

表3 方案Ⅲ單個(gè)循環(huán)時(shí)間

通過(guò)表3可知，鉆孔和裝渣運(yùn)輸是影響循環(huán)施工時(shí)間的主要因素，方案Ⅲ采用兩臺(tái)三臂鑿巖臺(tái)車(chē)作業(yè)，鉆孔耗時(shí)比人工鉆孔和單臺(tái)車(chē)作業(yè)大大減少。單個(gè)循環(huán)時(shí)間分析中，人工鉆爆耗時(shí)10.5 h，單鑿巖臺(tái)車(chē)耗時(shí)9.68 h，雙鑿巖臺(tái)車(chē)協(xié)同耗時(shí)8.1 h，均有較大縮減。

3.4 單個(gè)循環(huán)不同鉆爆法時(shí)間對(duì)比

根據(jù)上述計(jì)算，方案Ⅰ人工鉆爆法單循環(huán)施工時(shí)間為10.5 h，方案Ⅱ單鑿巖臺(tái)車(chē)單循環(huán)施工時(shí)間為9.68 h，方案Ⅲ兩鑿巖臺(tái)車(chē)單循環(huán)施工時(shí)間為8.1 h。單個(gè)循環(huán)施工時(shí)間:方案Ⅰ ＞方案Ⅱ ＞方案Ⅲ。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)1 000個(gè)循環(huán)施工時(shí)間統(tǒng)計(jì)，整理出每個(gè)施工循環(huán)的時(shí)間，并進(jìn)行方案對(duì)比，見(jiàn)表4。

表4 三種不同鉆爆方法的循環(huán)施工時(shí)間

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)的分析，方案Ⅰ比方案Ⅱ耗時(shí)少1.8 h，方案Ⅲ比方案Ⅱ耗時(shí)少3.7 h。單個(gè)循環(huán)時(shí)間:方案Ⅱ＞方案Ⅰ＞方案Ⅲ。

綜上述理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)的循環(huán)時(shí)間分析，方案Ⅱ雖然采用鑿巖臺(tái)車(chē)施工，但是并沒(méi)有發(fā)揮其機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)，其作業(yè)效率與現(xiàn)場(chǎng)管理及操作人員的熟練水平有直接影響，所以現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)時(shí)間比計(jì)算時(shí)間要長(zhǎng)，具體實(shí)施效果不如方案Ⅰ的人工鉆爆法。方案Ⅲ為單個(gè)循環(huán)最優(yōu)方案。

4 循環(huán)作業(yè)仿真網(wǎng)絡(luò)模擬

根據(jù)地下工程鉆爆施工循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型，采用C++Build編程，模擬循環(huán)過(guò)程20次得到模擬計(jì)算結(jié)果，如表5所示。

表5 不同鉆爆法循環(huán)模擬

由模擬結(jié)果可知，工期由高到低排序:方案Ⅱ﹤方案Ⅰ﹤方案Ⅲ。最佳工期方案為方案Ⅲ，兩臺(tái)鑿巖臺(tái)車(chē)協(xié)同施工，其次為人工鉆爆法，最后為單鑿巖臺(tái)車(chē)施工。

統(tǒng)計(jì)記錄某地下工程施工過(guò)程，比較不同鉆爆法進(jìn)度，統(tǒng)計(jì)如表6。

表6 不同鉆爆法進(jìn)度

通過(guò)表6可知不同鉆爆方法的施工進(jìn)度，比較每天循環(huán)次數(shù)、每天循環(huán)進(jìn)尺、每循環(huán)進(jìn)尺，分析進(jìn)度的優(yōu)劣順序。由高到低排序:每天循環(huán)數(shù)，方案Ⅲ＞方案Ⅰ＞方案Ⅱ;每天進(jìn)尺，方案Ⅲ＞方案Ⅰ＞方案Ⅱ;每循環(huán)進(jìn)尺，方案Ⅲ＞方案Ⅱ＞方案Ⅰ。所以最優(yōu)方案為兩臺(tái)鑿巖臺(tái)車(chē)協(xié)同施工，其次為人工鉆爆法，最后為單鑿巖臺(tái)車(chē)施工。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)，對(duì)地下工程的施工過(guò)程進(jìn)行分解和整合，分解為鉆孔、裝藥、爆破(包括爆破設(shè)計(jì)、點(diǎn)火爆破、排煙通風(fēng))、裝渣運(yùn)輸，其他為輔助工序。并對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行進(jìn)度分析。

(2)根據(jù)分解工序進(jìn)度分析方法，對(duì)某地下工程的三種施工方案:方案Ⅰ人工鉆爆法、方案Ⅱ一臺(tái)三臂鑿巖車(chē)單獨(dú)作業(yè)、方案Ⅲ兩臺(tái)三臂鑿巖車(chē)作業(yè)進(jìn)行的施工進(jìn)行進(jìn)度分析，得出方案Ⅲ＞方案Ⅱ＞方案Ⅰ。

(3)利用循環(huán)作業(yè)仿真網(wǎng)絡(luò)，對(duì)某地下工程的三種施工方案:人工鉆爆法、一臺(tái)三臂鑿巖車(chē)單獨(dú)作業(yè)、兩臺(tái)三臂鑿巖車(chē)作業(yè)進(jìn)行模擬，得出方案Ⅲ＞方案Ⅰ＞方案Ⅱ。

(4)綜合比較分析分解計(jì)算、循環(huán)作業(yè)仿真網(wǎng)絡(luò)模擬、現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，指出施工中存在的問(wèn)題，為縮短工期提供依據(jù)。

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