拱坝混凝土施工过程动态模拟研究

简介： 混凝土拱坝在水利水电工程中应用广泛，其施工过程模拟研究有着重要的现实意义。本文介绍了拱坝混凝土施工动态模拟的原理以及数学逻辑模型，并将其应用在石门坎水电站拱坝预可行研究阶段的方案论证中，得出混凝土施工进度、设备利用率等参数指标，为方案比选提供科学决策依据。
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1 前言

混凝土拱坝作为一种经济性和安全性都较优越的坝型，在水利水电工程中得到了广泛应用，对拱坝混凝土施工这一成本高、无法重复的复杂系统进行计算机模拟研究具有重要的现实意义。对一个工程而言，一个合理的施工方案和机械配套方案往往需要多个方案的综合比较、多个施工参数反复调整才能最终确定。若用传统方法进行坝体分仓，论证混凝土施工方案，不仅工作量大，而且精度不高，应用计算机模拟技术则可以很好地解决这个问题。在满足混凝土浇筑系统实际条件和施工准则的情况下，针对施工过程进行动态模拟研究，可以为施工组织提供科学的参考信息，指导施工设计和施工管理。

本文介绍了拱坝混凝土施工过程动态模拟的方法，并以石门坎水电站拱坝为工程背景进行实例研究，从技术角度对施工方案进行分析比较。

2 大坝混凝土浇筑模拟系统分析

大坝混凝土施工主要由混凝土生产系统、混凝土运输系统和混凝土浇筑系统三个系统组成，这三个系统相互协调，相互影响，同时还受到施工系统的所处的具体环境的影响。根据研究的侧重点，这里仅对混凝土浇筑系统进行模拟。对混凝土生产和运输系统，可以在模拟过程中假设混凝土骨料生产的供应能够保证拌和楼的需要，以及水平运输系统能充分保证混凝土水平输送要求。

大坝混凝土浇筑系统是一个离散事件系统，可以采用系统模拟的方法对施工系统进行模拟分析。对模拟全过程而言，采用时间步长法来安排时间进程。时间步长是影响模拟精度的一个重要因素。选取的时间步长愈小，模拟的系统状态与真实状态就愈吻合，模拟的精度愈高，但增加了状态检查判断次数，从而增加了模拟运行时间；反之，当时间步长取得过大，虽然可以缩短运行时间，但会降低模拟精度。因此，在混凝土浇筑过程模拟时，需根据不同层次模拟的需要设置时间步长^[1]。这就弥补了固定步长对模拟精度的影响，能更加精确地描述混凝土浇筑过程中各主要因素的相互联系和制约关系^[2]。

3 模拟设计

混凝土浇筑模拟寻求的目标就是在给定的浇筑方案和机械配置情况下，在满足各种约束限制条件下，安排混凝土坝块的浇筑顺序，选择合理的浇筑施工方案。为达到这个目标，需要做好两方面工作：混凝土浇筑模拟数学逻辑模型的建立和