碾压混凝土施工工艺仿真目标与系统分析

碾压混凝土施工工艺仿真的目标是:通过对碾压混凝土施工特点的分析,建立能够反映碾压混凝土坝施工特点的仿真模型,合理安排坝体浇筑顺序,计算出坝体上升进度及坝体浇筑工期。针对不同的施工方案进行类似的仿真计算,选择较优的方案。在仿真过程中得到有关的统计数据和系统状态参数,分析对大坝施工总进度和控制性进度影响显著的敏感因素,为施工管理和系统决策提供参考。

大型混凝土坝一般有两种坝型:重力坝和拱坝。碾压混凝土拱坝的体形较小,一般采用分层碾压全断面上升的形式。碾压混凝土重力坝的体形较大,一般浇筑机械的生产能力难以满足全断面上升的要求,需要根据实际情况确定分仓数和分仓方案,并拟定各仓的浇筑顺序。本文以碾压混凝土重力坝为例,进行碾压混凝土施工工艺的仿真研究。

混凝土坝施工系统主要包括三个子系统:混凝土生产系统、混凝土运输系统和混凝土浇筑系统。本文研究的主要目的是分析碾压混凝土坝面作业工艺,提高对碾压混凝土施工工艺的模拟精度,使仿真过程中得到的系统状态参数和统计数据更准确,可信度更高。因此,本文中所建立的仿真模型对混凝土运输系统进行了简化处理,认为从混凝土拌和楼到供料平台的运输可以满足混凝土浇筑系统的要求。对混凝土生产系统,只考虑混凝土生产系统的生产能力对浇筑系统的影响,而不对具体的生产过程进行模拟。

碾压混凝土坝的浇筑过程属于离散型模拟。在模拟中按照浇筑坝块来划分浇筑阶段,以便研究大坝浇筑施工状态随时间的动态变化过程。该过程可按每浇筑一个浇注块作为一个时段(即模拟时间步长),并对每一阶段末大坝施工状态进行测度描述。也就是说,只要按照大坝施工布置和满足各种约束条件的情况,安排大坝的分块(即并仓与分仓情况)及分块浇筑顺序,随时记录大坝施工进程的各项指标,这就确定了大坝的浇筑过程。

在大坝浇筑的过程中,混凝土浇筑入仓设备对大坝浇筑进程起主要作用,它们依次为各浇筑块的浇筑工作提供服务。由于碾压混凝土的浇筑入仓设备种类较多且各种设备的特性不同,因此在构筑仿真模型时应分析各种浇筑机械的工作方式和特点,建立不同的服务模型。总体而言,大坝浇筑系统可以看作是由各种浇筑机械按特定的排队规则分别为大坝各浇注块浇筑服务的一种特殊排队服务系统。其特点为:(www.xing528.com)

(1)在排队规则方面与一般排队规则不同。它不是按照一般的先到先服务或优先服务等排队规则进行服务,而是按照混凝土坝体各坝块浇筑层的层次关系和位置关系,按施工要求进行排队。通常是依据浇筑高程由低到高进行排序,并考虑其他约束条件来选择服务对象。

(2)浇筑机械对浇注块的浇筑服务,不是按排队规则对其立即服务,而是要检查此浇注块是否满足可以浇筑的各种约束条件。即对浇注块形成的队列逐一进行筛选,将满足浇筑约束条件的坝块归入可浇坝块集合中,再根据各浇筑坝块对应的浇筑机械的状态、坝块的属性(仓位子时钟、当前高程等)和控制性进度的特殊要求(如施工导流和防洪度汛等),确定浇筑服务的顺序,并以此确定服务对象立即对其服务。一旦有一个浇注块被浇筑服务后,大坝浇筑状态即发生变化。因此,这种特殊的排队系统,需要随着每一事件的发生,及时调整排队队列和进行扫描,而不是在原队列中继续寻找服务对象。

(3)碾压混凝土浇筑仓面的分割与混凝土浇筑块的浇筑时间、浇筑工艺等互相关联,同时也对坝块的属性有影响。因此,应该根据坝块的空间位置及其他属性,确定仓面的分割方式和施工工艺,并由此计算坝块的浇筑时间。

碾压混凝土坝一般存在多种混凝土拌和料,最常见的是常态混凝土与碾压混凝土。这两种混凝土的浇筑机械可归纳为两大类:①离散型——门机、塔机、缆机、溜槽或自卸汽车等;②连续型——皮带机(胎带机)等。本文结合工程实例,选取皮带机、缆机和自卸汽车三种浇筑机械,对碾压混凝土重力坝的施工过程进行仿真研究。