基于敏感性分析的引水隧洞TBM施工进度仿真研究

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引水隧洞TBM施工具有较高的综合效益,在隧洞的设计和施工中应用广泛。然而隧洞施工过程涉及众多施工参数,参数的任何微小改变都有引起工期波动的可能性,影响施工进度。目前针对此问题展开的工期敏感性分析研究局限在单因素敏感性分析上,无法同时判断多个参数各自对工期敏感性的影响、无法判断参数之间的交互关系对工期敏感性的影响、无法判断参数对工期敏感性的总影响,对施工进度管理的指导作用有限。如何解决这些问题,是隧洞TBM施工进度控制的重点。因此,本文就上述问题开展深入研究分析,并取得了以下研究成果:1、考虑仿真模型中的施工仿真参数对工期敏感性的影响,提出基于敏感性分析的引水隧洞TBM施工进度仿真理论与建模方法。根据引水隧洞施工条件,结合TBM掘进特点,在原有耦合CPM(Critical Path Method,关键路径法)和CYCLONE(Cycle Operation Network,循环网络技术)的隧洞TBM施工仿真建模理论基础上,建立基于敏感性分析的引水隧洞TBM施工进度仿真模型。结合仿真模型的层次化构建特点,分别进行工期的控制层敏感性分析、实施层敏感性分析,以及整体敏感性分析;考虑模型中全部施工仿真参数对进度的影响,弥补以往敏感性分析研究中参数识别不全面的不足;实现对隧洞工期敏感性的多因素、综合,以及全局分析,确定施工参数对工期敏感性影响的主效应,以及参数组合对工期敏感性影响的交互效应;以图形形式直观输出工期以及施工工序的逻辑关系,确定工程完工概率,并识别关键施工参数,揭示施工参数对工期影响的一般规律,为施工组织设计的制定与施工现场的实际管理提供科学依据。2、考虑仿真模型中的全部施工仿真参数对工期敏感性的影响,进行基于均匀试验设计的引水隧洞TBM施工工期多因素敏感性分析。针对以往研究仅分析部分主要因素对工期的影响、分析结果的指导作用不够全面的问题,提出引水隧洞TBM施工工期多因素敏感性分析方法。采用均匀试验设计法构建敏感性分析试验方案,分析全部施工仿真参数对总工期敏感性的影响,在大幅降低试验次数的同时保证分析可靠度,克服了因引水隧洞TBM施工中参数众多而导致的全面试验难以开展的分析障碍;采用回归分析法对试验方案进行数据分析,输出对工期影响显著的关键施工参数,为整个TBM施工过程的施工参数的合理选取与有效控制提供指导。兼顾隧洞施工的整体性和层次性,依据隧洞施工仿真模型的结构特点,分别进行控制层(工序工期对总工期影响的)敏感性分析、实施层(施工参数对工序工期影响的)敏感性分析,以及整体(施工参数对总工期影响的)敏感性分析,综合分析工序工期、施工参数、参数组合对工期的敏感性影响;将仿真模型中全部施工仿真参数选取为敏感性分析输入参数,并根据“均匀分散,整齐可比”的正交试验设计原则,编制一整套应用于引水隧洞TBM施工工期敏感性分析的试验方案;采用方差分析法对试验方案进行数据分析,输出施工参数对工期敏感性影响的主效应与交互效应,揭示施工参数对工期影响的一般规律,并实现对施工参数以及机械配置的重点管理。4、考虑施工仿真参数之间关系对工期敏感性的全局影响,进行基于扩展傅里叶幅度敏感性检验法(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test,EFAST)的引水隧洞TBM施工工期全局敏感性分析。引入全部施工仿真参数作为敏感性分析的输入参数,通过控制层敏感性分析提取对工期敏感性影响显著的关键施工工序,以此工序作为实施层与整体敏感性分析的分析目标;对仿真模型中的所有施工仿真参数引入一个具有共同独立参数的转换函数,并为每个施工参数定义一个整数频率,形成参数独立的周期函数;通过傅里叶变换计算傅里叶级数频谱,获得模型总方差,进而结合Sobol方差分解思想,输出施工参数的主效应,识别对工期敏感性影响显著的关键施工参数;输出施工参数的交互效应之和对总工期敏感性影响的比重,辅助关键施工参数的识别并验证识别结果,为现场施工进度的管理与控制提供参考。5、对三种引水隧洞TBM施工工期敏感性分析方法进行对比研究,明确各种方法的使用特点与优势,为不同的工期敏感性分析研究目标提供方法选取的合理依据。依托实际工程,以工期仿真分析结果为基础,分别采用正交设计、均匀设计和EFAST方法对工期进行敏感性分析:依据三种方法各自的试验方案编制原则,比较三种方法在试验设计方面的便捷性;在保持试验次数相同和试验因素的水平数相同的两种条件下,确定分别采用三种方法对工期进行敏感性分析时分析结果的偏差值,比较各方法计算结果的准确度;总结三种方法下敏感性分析的主效应与交互效应输出结论,比较不同方法的结论侧重点与指导作用。明确各种方法的使用特点与优势,为不同的工期敏感性分析研究目标提供方法选取的合理依据。3、考虑工序工期与施工仿真参数对总工期敏感性的综合影响,进行基于正交试验设计的引水隧洞TBM施工工期综合敏感性分析。
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