[发明专利]以时间-成本为评价模型建立的钻爆法隧道施工仿真系统

权利要求书

1.以时间-成本为评价指标建立的钻爆法隧道施工仿真系统，该仿真系统使用到MATLAB软件和Microsoft Visual Studio软件，钻爆法隧道施工钻爆法隧道施工能划分为八条作业线，即超前地质预报、超前支护、钻孔爆破、装碴运输、初期支护、防排水和二次衬砌和辅助作业，其中影响施工进度的主要作业线有超前支护、钻孔爆破、装碴运输和初期支护而其余作业线能平行或独立作业，以[时间-成本]为综合评价指标将超前支护、钻孔爆破、装碴运输和初期支护确定为一级子系统作业线，其特征是：

在超前支护一级子系统作业线中进一步能划分为测量定位、钻孔过程、安设小导管、封口调试及注浆作业五个二级子系统具体工序，以[时间-成本]为综合评价指标将钻孔过程和注浆作业确定为关键工序，钻孔过程关键工序的仿真作业时间T_dk通过如下组合公式①计算：

v_c＝K₁K_sK_dK_pP

组合公式①中，v_c-凿岩台车的实际凿岩速度mm/min，K₁-深度修正系数，K_s-岩石强度影响系数，K_d-钎头直径修正系数，K_p-工作风压修正系数，P-气动凿岩机的冲击功率W；t_dk-凿岩台车单孔钻孔仿真时间min，L-设计钻孔深度m，t_y-移动设备及定眼钻孔的间隔时间且取1min，T_dk-钻孔过程仿真作业时间min，N-掌子面的炮孔数量；n-气腿式凿岩机或凿岩台车数量，k_m-单台凿岩台车的臂数，如为气腿式凿岩机无该项k_m；

注浆作业关键工序的仿真作业时间T_zj通过如下组合公式②计算：

组合公式②中，-平均速度L/min，q₀-初始注浆速度L/min，kq₀-最终注浆速度L/min，其中k为系数且k＝[0.2～0.4]，T_zj-注浆作业仿真时间min，Q_zj-一个超前支护循环中的总注浆量，N-一个超前支护循环中的小导管数量，t_z-上一根小导管注浆完成到下一根小导管开始注浆的间隔时间min；

在钻孔爆破一级子系统作业线中进一步能划分为测量定位、钻孔过程、装药、连线起爆及透风五个二级子系统具体工序，以[时间-成本]为综合评价指标将钻孔过程确定为关键工序，其中钻孔爆破一级子系统作业线中钻孔过程关键工序的仿真作业时间T_dk通过上述组合公式①计算；

在装渣运输一级子系统作业线中进一步划分为找顶清危、出渣循环、设备就位及设备提高四个二级子系统具体工序，以[时间-成本]为综合评价指标将出渣循环作业确定为关键工序；

在初期支护一级子系统作业线中进一步划分为受喷面处理、初喷砼、镐杆立拱、拉网及复喷砼五个二级子系统具体工序，以[时间-成本]为综合评价指标将初喷砼和复喷砼确定为关键工序；

上述装渣运输一级子系统作业线中的出渣循环以及初期支护一级子系统作业线中的初喷砼和复喷砼的仿真作业时间T_cp通过如下组合公式③计算：

Q_T＝k₁SJ

q_r＝mP_sQ_s

T_cp＝Q_T/q_r

组合公式③中，Q_T-一个循环中的出渣量或初喷砼量或复喷砼量m³，k₁-爆破产生的虚方量和爆破前实方量的比值且取1.3，S-隧道开挖面积m²，J-每循环进尺长度m，q_r-服务台的实际工作效率，m-装载机的数量，P_s-装载机处于工作状态的概率，Q_s-装载机或湿喷机的理论生产率m³/min，T_cp-出渣循环或初喷砼量或复喷砼仿真作业时间；

MATLAB软件负责仿真系统的具体运算，该具体运算主要含有输入参数矩阵化、仿真系统计算模型、模型计算及计算结果输出四部分内容，其中在仿真系统计算模型除存储上述组合公式①～③外，还存储有[时间-成本]为评价指标而建立的如下组合公式④：

组合公式④中，minY-最小时间成本，C-成本人民币圆，T-时间min，s.t-使上述公式被约束于时间-成本评价模型，T(N)-仿真计算的施工总时间min，N-主要机械的数量构成的向量，C(N，T)-第i种施工机械设备台班费人民币圆，C_i-第i种施工机械设备台班费人民币圆，N_i-第i种施工机械设备的数量，t(N)-主要机械在施工中的台班使用时间min，C_max-各机械配套方案中所有C(N，T)的最大成本人民币圆，T_max-各机械配套方案中所有T(N)的最长时间min，m-施工机械设备的种类，其中i为自然正整数；

Microsoft Visual Studio软件负责仿真系统中用户界面的具体操作运算，这些具体操作运算包括上述组合公式①～④中各分项因子的参数输入和修改以及结果查看和保存，通过用户界面系统进入主界面即能实施操作，在主界面里能够使经过授权的用户进行参数输入界面及结果显示界面查看，并其具有新建、查询、保存钻爆法隧道施工之操作作用；

用户界面系统将上述组合公式①～④各分项因子参数通过输入参数矩阵化进入到仿真系统计算模型中，仿真系统计算模型通过存储的上述组合公式①～④并通过模型计算后传输到计算结果输出，计算结果输出再反馈至用户界面系统，参数输入和修改通过用户界面系统能够将上述组合公式①～④各分项因子随时进行输入和修改，之后通过用户界面系统随时进行结果查看和保存。