逆作工程中土方工程施工的仿真優化
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摘要：面對快速發展社會經濟，人們不再滿足于當前的生活狀態，不斷追求更加舒適、高質量的生活環境。而這一訴求，也使城市中的建筑及相關工程逐漸增多，施工場地隨之縮小，并對周邊建筑物的安全性產生了一定的影響。施工人員應采取逆作工程技術，對以上問題進行解決，尤為注重土方工程施工質量。文章就逆作工程中土方工程施工的方針與優化進行了研究分析。
當前社會中高層建筑愈發增多，多層地下結構施工需求得以提升，并對深基坑開挖方面提出了更高的要求。逆作工程則因其高效性，在多層地下結構施工中得到了普遍運用。土方工程施工是其中的重要內容，為確保施工質量，施工人員還應積極引入現代化仿真技術，對施工方案予以優化，從而得出最佳方案，以最低成本，完成最高質量的工程建設。
1逆作工程中土方工程施工的概況
逆作工程主要是借助工程樁接到地面的臨時支柱與擋土墻、頂板的支撐力量，以地上至地下的順序，開展地下施工。從而在建筑施工過程中，實現上、下兩方的同時施工。逆作工程下的土方工程施工，必須遵循一定的原則。主要原則有：①施工人員必須遵循盆式加抽條開挖原則。分層開挖，每層土體都需要保持不超出2.5m，確保抽條挖土的對稱和加撐的平衡性；②施工人員應保證地上建筑物的安全性。通過機械及手推車的同時運用，開展挖土和運土工作。并隨時對水平數值等進行測量，避免存在超挖、抽條挖土不對稱等情況。挖土應避免對立柱四周挖空，以便立柱受力不均。并要求機械盡量遠離工程樁、井點等，以免發生碰撞。同時墊層應隨挖雖搗，全部完成后才能夠進行地下一層樓板施工；③施工人員應具體問題具體分析。對于不同區域開挖深度差距較大的情況，應先按照淺基坑的標準進行開挖，并在墊層完成后，繼續開挖較深部位。在開挖前，施工人員必須設置臨時支撐，并采取相應手段穩固邊坡，保證施工安全。逆作工程中土方工程施工具有工程量較大、工期較長、所運用機械較多、施工環節交錯、受自然因素影響較大等特點。在實際施工中，施工人員還應構建包含土方開挖子系統、土方外運子系統以及人工運輸子系統的逆作取土施工出土系統，從而實現標準化、系統化、流程化的逆作工程土方工程施工，使施工人員更好的掌握土方施工各個環節[1]。
2逆作工程中土方工程施工的仿真
土方開挖中的各子系統是由排隊服務系統構成的，因此在仿真過程中需要建立以排隊論為基礎的土方裝運系統。排隊系統又稱隨機服務系統，通過研究，可明確其概率統計規律，此后對其展開優化。該系統是由輸入輸出過程、排隊規則及服務規則構成的，其涉及的參數指標主要有隊長、排隊長，等待及逗留時間、忙期及閑期等。在仿真作用下，改善了建模環境，使仿真環境具有了一體化特點。具體流程如下：系統分析、仿真建模、程序設計、仿真運行及結果分析。在建立土方工程仿真模型過程中利用循環網絡，通常由流水單元、矢線及節點構成，具體模型有首層大開挖循環網絡模型、暗挖地下各層循環網絡模型及逆作施工循環網絡模型等。
3逆作工程中土方工程施工的優化
3.1首層大開挖過程優化
以現場條件為基礎，分為A、B兩個施工區域。為了便于計算，假設兩個區域工作效率相同，各個工序同步進行，選取其中B區域進行仿真優化計算。以循環網絡模型為基礎，編寫仿真程序進行計算，模擬運行100次，即控制節點處m=0，將每個機械臺班設為12小時，存儲運行結果。根據仿真數據得出的分析曲線來進行優化分析可知：在采用挖掘機與不同數量配套施工的過程中，裝載機利用效率隨著自卸汽車數量的增加而提升。但如果汽車數量配置過多，會提升汽車排隊等待時間，增加施工成本，資源會造成一定浪費。為了平衡工期、利用效率、成本，優化方案為10～12輛汽車與一臺挖掘機配套施工。以此類推，進行兩臺挖掘機的配套方案優化，經過分析可知，挖掘機數量的增加會降低其工作效率，增加汽車使用數量，雖然汽車使用率提升和工期縮短有著一定優勢，但機械臺班損失費用較大，在實際施工的過程中，將這種方案作為需要縮短工期時的應急預案[2]。
3.2地下二、三、四層暗挖過程優化
首先開挖中間部分，保證空氣流通和施工安全，從取土口將小挖掘機吊入到地下，之后挖通通道，最后以取土口為中心向四周進行開挖。仿真過程中，以工程施工實際為依據，簡化施工過程，假設每個出土口效率一致，選取一個出土口進行仿真計算。根據仿真結果及仿真優化曲線走勢圖，以靈敏度分析方法為基礎，將挖機數量和手推車作為控制變量，不斷改變二者數量來選擇最終符合實際情況的優化施工方案。
3.3優化對比
通過優化前后對比可知，優化之前，該項目土方工程費用為317萬元，預計工期在77天。利用文章提出的仿真優化過程，優化之后工程費用為270萬元，降低了47萬元，工期為63天，減少了14天。由此可見，仿真模型及優化策略是可行的，且效果良好。此外，結合上述分析環境和工程實際，在不同機械配置方案下選擇適應的施工方案，能夠實現對資源配置的有效優化，實現人員與機械的最優化組合。在施工機械和人工配置方案一定的基礎上，通過仿真優化，得到了工期最短的施工方案和配置方案及施工費用的方案。出于施工進度和施工成本的不同考慮，用戶可以針對性的選擇優化方案[3]。
4結束語
綜上所述，逆作工程作為重要的施工形式，其常見于高層建筑施工。為了保證施工效率與質量，文章探討了逆作工程中土方工程施工的仿真與優化，相信，日后仿真方法將更加豐富，施工成效將更加顯著。
參考文獻：
[1]李靜,周明乾,房國琳,等.逆作工程中封蓋挖土施工的優化設計[J].基建優化,2013,13(6):209-211.
[2]關雪梅.大型深基坑逆作法施工中的若干工藝技術問題研究[D].同濟大學,2013.
[3]張頌娟,蔣洪濤.網絡循環技術在土方工程中的應用[J].遼寧交通科技,2015,(5):19-21.
作者：李明陽 單位：鄭州市第四十七中學
