混凝土施工模擬管理論文

時間:2022-06-30 04:46:00

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混凝土施工模擬管理論文

1前言

混凝土拱壩作為一種經(jīng)濟(jì)性和安全性都較優(yōu)越的壩型,在水利水電工程中得到了廣泛應(yīng)用,對拱壩混凝土施工這一成本高、無法重復(fù)的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)模擬研究具有重要的現(xiàn)實意義。對一個工程而言,一個合理的施工方案和機(jī)械配套方案往往需要多個方案的綜合比較、多個施工參數(shù)反復(fù)調(diào)整才能最終確定。若用傳統(tǒng)方法進(jìn)行壩體分倉,論證混凝土施工方案,不僅工作量大,而且精度不高,應(yīng)用計算機(jī)模擬技術(shù)則可以很好地解決這個問題。在滿足混凝土澆筑系統(tǒng)實際條件和施工準(zhǔn)則的情況下,針對施工過程進(jìn)行動態(tài)模擬研究,可以為施工組織提供科學(xué)的參考信息,指導(dǎo)施工設(shè)計和施工管理

本文介紹了拱壩混凝土施工過程動態(tài)模擬的方法,并以石門坎水電站拱壩為工程背景進(jìn)行實例研究,從技術(shù)角度對施工方案進(jìn)行分析比較。

2大壩混凝土澆筑模擬系統(tǒng)分析

大壩混凝土施工主要由混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)、混凝土運輸系統(tǒng)和混凝土澆筑系統(tǒng)三個系統(tǒng)組成,這三個系統(tǒng)相互協(xié)調(diào),相互影響,同時還受到施工系統(tǒng)的所處的具體環(huán)境的影響。根據(jù)研究的側(cè)重點,這里僅對混凝土澆筑系統(tǒng)進(jìn)行模擬。對混凝土生產(chǎn)和運輸系統(tǒng),可以在模擬過程中假設(shè)混凝土骨料生產(chǎn)的供應(yīng)能夠保證拌和樓的需要,以及水平運輸系統(tǒng)能充分保證混凝土水平輸送要求。

大壩混凝土澆筑系統(tǒng)是一個離散事件系統(tǒng),可以采用系統(tǒng)模擬的方法對施工系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析。對模擬全過程而言,采用時間步長法來安排時間進(jìn)程。時間步長是影響模擬精度的一個重要因素。選取的時間步長愈小,模擬的系統(tǒng)狀態(tài)與真實狀態(tài)就愈吻合,模擬的精度愈高,但增加了狀態(tài)檢查判斷次數(shù),從而增加了模擬運行時間;反之,當(dāng)時間步長取得過大,雖然可以縮短運行時間,但會降低模擬精度。因此,在混凝土澆筑過程模擬時,需根據(jù)不同層次模擬的需要設(shè)置時間步長[1]。這就彌補(bǔ)了固定步長對模擬精度的影響,能更加精確地描述混凝土澆筑過程中各主要因素的相互聯(lián)系和制約關(guān)系[2]。

3模擬設(shè)計

混凝土澆筑模擬尋求的目標(biāo)就是在給定的澆筑方案和機(jī)械配置情況下,在滿足各種約束限制條件下,安排混凝土壩塊的澆筑順序,選擇合理的澆筑施工方案。為達(dá)到這個目標(biāo),需要做好兩方面工作:混凝土澆筑模擬數(shù)學(xué)邏輯模型的建立和模擬參數(shù)的選取。

3.1模擬數(shù)學(xué)邏輯模型

壩體澆筑模擬模型,是以狀態(tài)變量和決策變量與約束條件間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系來定量的描述。狀態(tài)變量包括各壩段混凝土澆筑高程、方量和時間;決策變量是根據(jù)混凝土澆筑既定規(guī)律要求隨時判斷將要進(jìn)行澆筑的混凝土塊號和澆筑機(jī)械編號。約束條件是指在大壩混凝土施工中應(yīng)遵守的約束條件主要包括混凝土壩施工過程中的一般規(guī)律、合同文件技術(shù)規(guī)范要求以及特定施工條件下的各種要求,如壩體允許懸臂高度、間歇時間、混凝土初凝終凝時間、相鄰壩塊高差、立模拆模。大壩混凝土施工模擬,就是通過選擇滿足約束條件的決策變量,并根據(jù)決策變量的變化,計算出一組新的大壩混凝土狀態(tài)變量;然后在新的狀態(tài)下,進(jìn)行新的決策變量的判斷。通過大壩混凝土狀態(tài)變量的不斷改變,大壩混凝土也就不斷從低到高講行模擬澆筑[3]。

3.2模擬參數(shù)

(1)有效工日。有效工日一般根據(jù)設(shè)計資料中提供的降雨資料,并參考以往的科研成果,從方便施工組織設(shè)計及混凝土施工現(xiàn)場管理的角度來確定。在石門坎工程的混凝土施工模擬中擬定有效工日見表1。

表1有效工日表

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

全年

天數(shù)

31

28

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31

365

有效工日

27

22

26

25

21

20

21

20

23

23

24

27

280

(2)壩體澆筑分層及間歇期。壩體澆筑分層及間歇期嚴(yán)格根據(jù)水工混凝土壩施工有關(guān)規(guī)范擬定,見表2。

表2壩體澆筑分層及間歇期時間表

分區(qū)

澆筑層厚(m)

間歇期(d)

強(qiáng)約束區(qū)(<0.2L)

1.5

5~7

弱約束區(qū)(0.2L-0.4L)

2.0

5~7

上部塊

3.0

7~9

孔洞部分

3.0

15

(3)根據(jù)以往工程的施工經(jīng)驗,混凝土初凝時間擬夏季為4h,冬季為3.5h;相臨壩段允許高差為8m;混凝土澆筑塊立模時間為20m2/h,允許拆模時間為3d。

壩體混凝土開工時間為2008年5月16日,其它模擬參數(shù)如壩體參數(shù)、機(jī)械技術(shù)參數(shù)等從略。

4工程實例與模擬成果

石門坎水電站位于云南省思茅地區(qū)普洱縣(右岸)與墨江縣(左岸)交界處,紅河支流李仙江上游的把邊江上,為干流的第二級水電站,上距梯級龍頭水庫崖羊山電站約21km。電站正常蓄水位756.00m,死水位740.00m,汛期限制水位740.00m,總庫容1.95億m3,調(diào)節(jié)庫容0.8億m3,電站裝機(jī)容量130MW。大壩擬采用混凝土雙曲拱壩,壩頂高程758.00m,壩頂長度356.36m,壩頂寬度5.00m,最大壩高108.00m。壩體連同基礎(chǔ)混凝土塞總混凝土澆筑量為32.12萬m3。

在預(yù)可行性研究階段,為全面把握石門坎水電站拱壩在不同澆筑方案下的施工特征,為大壩混凝土施工方案的比選提供科學(xué)決策依據(jù),保證混凝土的高效快速施工,采用計算機(jī)模擬對大壩混凝土施工過程進(jìn)行計算機(jī)模擬分析,預(yù)測不同混凝土施工方案的大壩施工進(jìn)程的各項參數(shù)指標(biāo)。

4.1石門坎拱壩施工方案

在預(yù)可研設(shè)計階段,石門坎拱壩混凝土澆筑擬定有兩個基本方案:纜機(jī)方案和塔機(jī)方案。

(1)纜機(jī)方案。本方案以兩臺輻射式纜機(jī)為主要澆筑機(jī)械,輔助以履帶式起重機(jī)澆筑。輻射式纜機(jī)固定端平臺高程800.0m,寬9.0m;移動端平臺高程795.0m,寬14m。纜索滿載時最低高程為789.33m,最大起升高度170m。取料平臺布置在纜機(jī)右塔平臺邊的上壩公路上。輻射式纜機(jī)主要負(fù)責(zé)2#~15#壩段的混凝土澆筑以及金屬結(jié)構(gòu)的吊裝,其澆筑范圍外的1#壩段混凝土量極少,由履帶式起重機(jī)輔助澆筑。

(2)塔機(jī)方案。本方案以兩臺DBQ4000塔機(jī)為主要澆筑機(jī)械,輔助以履帶式起重機(jī)澆筑。A#塔機(jī)布置在4#壩段的下游側(cè)680.0m高程,負(fù)責(zé)2#~7#壩段的混凝土澆筑及金屬結(jié)構(gòu)的吊裝;B#塔機(jī)布置在10#壩段的下游側(cè)680.0m高程,負(fù)責(zé)8#~12#壩段的混凝土澆筑及金屬結(jié)構(gòu)的吊裝。塔機(jī)工作范圍以外的兩岸壩肩壩段(1#壩段和13#~15#壩段)的混凝土由履帶式起重機(jī)輔助澆筑。

4.2模擬成果

按擬定的施工參數(shù)和邊界條件,對兩基本方案進(jìn)行模擬計算。模擬結(jié)果顯示,纜機(jī)方案中,大壩混凝土在2009年9月17日達(dá)到壩頂高程,總澆筑工期為17個月;塔機(jī)方案中,大壩混凝土在2009年9月28日澆筑全部完成,總澆筑工期約為17.5個月。兩澆筑方案主要設(shè)備澆筑強(qiáng)度、設(shè)備利用率等參數(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3各主要設(shè)備澆筑強(qiáng)度及設(shè)備利用率統(tǒng)計表

主要參數(shù)指標(biāo)

纜機(jī)方案

塔機(jī)方案

最高月澆筑強(qiáng)度(×104m3)

1.76

1.65

平均月澆筑強(qiáng)度(×104m3)

0.94

0.98

平均利用率(%)

30.97

40.84

全壩最大澆筑強(qiáng)度(×104m3/月)

3.41

3.43

全壩平均澆筑強(qiáng)度(×104m3/月)

1.89

1.84

不均衡系數(shù)

1.80

1.86

總工期(月)

17

17.5

為更直觀形象地描述模擬成果,將成果數(shù)據(jù)圖形化,如混凝土逐月澆筑強(qiáng)度,見圖1。

圖1大壩混凝土澆筑強(qiáng)度統(tǒng)計圖

4.3方案比較分析

根據(jù)模擬成果,纜機(jī)方案和塔機(jī)方案在大壩上升關(guān)鍵控制節(jié)點控制高程(擋水、度汛、發(fā)電)均滿足設(shè)計要求。在纜機(jī)方案中,2009年4月底大壩最低高程達(dá)到722m,較施工總進(jìn)度要求的2009年5月底達(dá)到719.5m擋水高程提前1個月。在纜機(jī)方案中,2009年5月初大壩最低高程達(dá)到722m,較施工總進(jìn)度要求提前近1個月。從施工進(jìn)度角度看,兩方案總工期基本相同。

輻射式纜機(jī)的工作范圍為一狹長的扇形,特別適合山區(qū)拱壩施工。在本工程中纜機(jī)能覆蓋除1#壩段外的所有壩段,其混凝土澆筑能力較塔機(jī)強(qiáng)。不足之處是供料線較難布置,還需要在河床兩岸設(shè)置塔架,工程投資相對較高。

塔機(jī)安裝及臨建工程量小,相對纜機(jī)而言更經(jīng)濟(jì)。模擬顯示,河床基礎(chǔ)混凝土塞部位對主體工程施工工期影響較大,加快混凝土塞的施工能明顯縮短主體工程施工工期。塔機(jī)方案配置兩臺履帶式起重機(jī)作為輔助澆筑手段,在基礎(chǔ)混凝土塞澆筑時,可以靈活機(jī)動地安排履帶式起重機(jī)輔助澆筑,提高初期混凝土澆筑強(qiáng)度,縮短直線工期。

綜上所述,通過對模擬計算得到的施工工期、進(jìn)度以及機(jī)械設(shè)備的利用率等參數(shù)的綜合分析論證,纜機(jī)方案和塔機(jī)方案在大壩施工進(jìn)度上總工期相差不大,大壩上升關(guān)鍵節(jié)點控制高程(擋水、渡汛、發(fā)電等)均能滿足設(shè)計要求;混凝土澆筑強(qiáng)度和設(shè)備利用率等參數(shù)指標(biāo)合理,從大壩混凝土澆筑的技術(shù)角度進(jìn)行分析,兩澆筑方案各有利弊,且均可行。

5結(jié)語

計算機(jī)系統(tǒng)模擬技術(shù)的應(yīng)用為水電施工過程研究提供了新方法。本研究課題從系統(tǒng)的觀點出發(fā),對石門坎水電站拱壩整個施工過程進(jìn)行模擬計算和分析,合理安排施工進(jìn)度,對擬定的兩施工方案的各項主要參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了定量分析,為直觀反映石門坎水電站拱壩施工過程提供了有效的分析工具,在很大程度上減輕了施工組織設(shè)計工作的困難度,又提高了其科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)

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StudyonArchDamConstructionDynamicSimulationoftheShimenkan

HydropowerStation

ShenMingliang1,XiongBilu1,Liuweixin2,ChenLihua1

(1.StateKeyLaboratoryofWaterResourceandHydropowerEngineeringScience,WuhanUniversity,Wuhan430072;2.YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd,Zhengzhou,450003)

[Abstract]Theconcretearchdamiswidelyappliedinthehydraulicandhydropowerengineeringanditisofsignificancetocarryoutthestudyoftheconstructionprocesssimulationoftheconcretearchdam.Thispaperintroducedtheprincipleandthemathematicallogicmodelofthedynamicsimulationofthearchdamconcreteconstruction,andappliedthemintheconstructionSchemesdemonstrationoftheShimenkanhydropowerstationatthestageofpre-feasibilitystudy,providedascientificbasisforthecomparisonandselectionoftheconstructionSchemeswiththeparameterssuchastheprogressofconcreteconstruction,themachineutilization.