Từ những vấn đề lý thuyết về cụng nghệ đào hầm bằng khoan nổ được cụ thể húa bằng mụ hỡnh tiền định đó được trỡnh bày ở chương 2 cũng như tham khảo cỏc nghiờn cứu cựng chủ đề, quy trỡnh đào hầm theo phương phỏp NATM tại dự ỏn Đốo Cả (hỡnh 2 8) được chi tiết húa đến từng bước cụng việc nhỏ để phự hợp với việc mụ hỡnh húa Vớ dụ, cụng đoạn khoan nổ mỡn được chia thành cỏc bước cụng việc: di chuyển mỏy khoan từ vị trớ tập kết vào vị trớ; định vị mỏy và tiến hành khoan cỏc lỗ mỡn; khi khoan xong, di chuyển mỏy khoan ra vị trớ tập kết an toàn hoặc tận dụng mỏy khoan để nạp thuốc; nạp thuốc nổ vào lỗ mỡn; nổ mỡn và thụng giú
Dựa trờn phõn tớch ứng xử của hệ thống, bao gồm trỡnh tự của cỏc bước cụng việc và sự phụ thuộc lẫn nhau giữa cỏc bước cụng việc và nguồn lực cũng như trạng thỏi của cỏc nguồn lực, xõy dựng sơ đồ nguyờn lý làm cơ sở cho việc xõy dựng sơ đồ ACD của mụ hỡnh mụ phỏng (hỡnh 4 6) Sơ đồ nguyờn lý được biểu diễn bởi việc sử dụng sơ đồ quy trỡnh đơn giản, bao gồm cỏc hỡnh chữ nhật, hỡnh thoi và mũi tờn
Hỡnh 4 6 Sơ đồ nguyờn lý hoạt động của quỏ trỡnh đào hầm bằng khoan nổ
4 2 3 Chuyển sơ đồ nguyờn lý sang ACD theo cỏc tiờu chuẩn của EZStrobe
Ở giai đoạn này, trước tiờn cần tỡm hiểu cỏc thụng tin liờn quan đến cỏc bước cụng việc, cỏc điều kiện cần thiết và kết quả của chỳng, theo khuyến nghị của Martinez [63] Từ cỏc thụng tin đú, tạo bố cục cho mụ hỡnh ACD Việc chuyển đổi này được thực hiện theo cỏch thức đó được trỡnh bày tại mục 3 4 2 Sau đú, sử dụng cỏc phần tử tiờu chuẩn của chương trỡnh EZStrobe, sửa đổi mụ hỡnh ACD đó phỏt triển, tạo nờn phiờn bản mới, gọi là mụ hỡnh ACD EZStrobe Một bản mụ tả chi tiết về mụ hỡnh được ghi lại ở phụ lục 5
Bước tiếp theo là việc chuẩn bị dữ liệu cho mụ hỡnh, bao gồm xỏc định về tài nguyờn sử dụng (biến tài nguyờn hay dung lượng hàng đợi) và ước lượng thời gian thực hiện cỏc bước cụng việc Để cú thể làm được điều này, cần phải tiến hành thu
thập và phõn tớch dữ liệu Cú nhiều phương phỏp thu thập dữ liệu khỏc nhau theo phương phỏp nghiờn cứu điển hỡnh Theo Yin [92], sỏu nguồn bằng chứng cú thể được khai thỏc và sử dụng trong cỏc nghiờn cứu điển hỡnh, đú là: tài liệu, hồ sơ lưu trữ, phỏng vấn, quan sỏt trực tiếp, quan sỏt của người tham gia và đồ tạo tỏc vật lý Mỗi nguồn bằng chứng cú những điểm mạnh và điểm yếu khỏc nhau Theo Tellis [86], khụng cú nguồn bằng chứng nào cú lợi thế hoàn toàn so với những nguồn khỏc và vỡ vậy, cỏc nguồn này cú thể được sử dụng bổ sung cho nhau hoặc kết hợp với nhau
Trong điều kiện của dự ỏn Đốo Cả, dữ liệu cho mụ hỡnh được thu thập bằng 2 nguồn sau:
(1) Tài liệu:
+ Cỏc tài liệu liờn quan trực tiếp đến thiết kế và thi cụng dự ỏn, bao gồm: Hồ sơ thiết kế cụng trỡnh; Hồ sơ yờu cầu gúi thầu; Hồ sơ thiết kế biện phỏp thi cụng của cỏc nhà thầu thi cụng (Lũng Lụ, Sụng Đà, liờn danh nhà thầu); Phương ỏn kỹ thuật khoan - nổ mỡn của Tổng cụng ty xõy dựng Lũng Lụ cho dự ỏn Đốo Cả; Nhật ký thi cụng hàng ngày gúi thầu 1A-2 của Nhà thầu Lũng Lụ; Hồ sơ năng lực cỏc nhà thầu tham gia dự ỏn; Cụng văn của Ban quản lý dự ỏn và của Tư vấn giỏm sỏt liờn quan đến thay đổi chiều dài bước đào hầm;
+ Cỏc nghiờn cứu hoặc đỏnh giỏ chớnh thức về cựng một đối tượng (đào hầm bằng phương phỏp khoan nổ) như trường hợp đang được nghiờn cứu, bao gồm cỏc nghiờn cứu trong và ngoài nước
(2) Quan sỏt của người tham gia: Lấy từ tham vấn ý kiến của một số cỏn bộ kỹ thuật Tổng cụng ty xõy dựng Lũng Lụ tham gia trực tiếp thi cụng dự ỏn Dự ỏn đầu tư xõy dựng hầm đường bộ qua Đốo Cả
Từ cỏc dữ liệu thu thập được, trong trường hợp nghiờn cứu cụ thể, đó xỏc định được cỏc biến về tài nguyờn và ước lượng thời gian cỏc cụng việc như sau:
- Cỏc biến về tài nguyờn sử dụng trong mụ hỡnh của dự ỏn đường hầm Đốo Cả được mụ tả trong bảng 4 1, trong đú thể hiện ký hiệu biến trờn mụ hỡnh và giỏ trị thực của chỳng Cỏc biến ExcvSoil và DmpdSoil được tự động xỏc định trong quỏ trỡnh mụ phỏng
Bảng 4 1 Cỏc biến về tài nguyờn sử dụng trong mụ hỡnh
- Phõn phối xỏc suất thời lượng của từng hoạt động sử dụng trong mụ hỡnh mụ phỏng được liệt kờ trong bảng 4 2
Bảng 4 2 Phõn phối xỏc suất thời lượng của cỏc cụng việc sử dụng trong mụ hỡnh
TT Mụ hỡnh cụng việc Ký hiệu biến Giỏ trị (phỳt)
1 Lắp đặt mỏy khoan PlcngJmbTm Triangular[25,30,40]
2 Khoan lỗ mỡn DrillTm Triangular[296,345,394]
3 Di chuyển mỏy khoan DsplngJmbTm Triangular[15,20,25]
4 Sửa chữa mỏy khoan RepJumboTm Uniform[20,40]
5 Nạp thuốc nổ LdgExplTm Triagular[80,90,100]
6 Nổ và thụng giú BlstnVntltnTm Triangular[60,75,90] 7 Sắp xếp xe tải đất vào vị trớ MnvrTrckTm Triangular[2,3,5] 8 Bốc xỳc đất đỏ lờn xe LdSlTm Triangular[9,10,12] 9 Vận chuyển đất đỏ thải TrnspTrckTm Triangular[11,13,26]
10 Đổ bỏ đất đỏ thải UnldSlTm Triangular[3,5,10]
11 Xe tải đất (rỗng) quay vào TrnspTrckTm Triangular[11,13,26] 12 Dọn khoang đào bằng mỏy MchSclngTm Triangular[5,10,15]
TT Mụ hỡnh biến Ký hiệu biến Giỏ trị
1 Số lượng xe chở đất nSoilTr 5
2 3
Sức chứa của xe tải (m ) TruckCap 12
3 Số lượng xe chở vật liệu chống tạm nMatTr 1
4 Số lượng mỏy xỳc nLdrs 1
5 Số lượng mỏy khoan nJumbo 2
6 Số lượng xe tải kiểu sàn nPlatfTrck 2
7 Số nhõn cụng làm việc trong một chu kỳ nCrew 9
8 3
Số lượng đất đỏ đào phỏ trong một chu kỳ (m ) SoilAmt 336
9 3
Lượng đất đỏ đào được (m ) ExcvSoil n a
10 3
Dựa trờn cỏc số liệu thu thập được từ hồ sơ thi cụng của nhà thầu và tham khảo ý kiến chuyờn gia, tiến hành phõn tớch thống kờ, tỏc giả luận ỏn đi tới quyết định sử dụng mụ tả đa số cỏc thời lượng hoạt động theo phõn phối tam giỏc (Triangular) Phõn phối dạng tam giỏc cú thế mạnh hơn so với phõn phối chuẩn đú là khụng xột đến thời gian õm Ngoài ra sử dụng phõn phối dạng tam giỏc vỡ những lớ do như sau [9]:
- Việc lựa chọn loại hàm phõn phối cho thời lượng cụng tỏc khụng phải là ở dạng phõn phối xỏc suất mà cỏi chớnh là nú phải diễn tả được gần đỳng tớnh chất phõn phối xỏc suất của cụng việc và mục tiờu mụ phỏng Với mục đớch đú, hàm phõn phối dạng tam giỏc đều thỏa món cỏc yờu cầu núi trờn;
- Phõn phối tam giỏc phự hợp với trường hợp mà thụng tin về quỏ khứ khụng đầy đủ để xỏc định phõn phối thực của cụng tỏc Ta chỉ cần ba ước lượng thời gian: thời gian thuận lợi (a), thời gian khụng thuận lợi (b), và thời gian bỡnh thường (m) là cú thể diễn tả được phõn phối thời lượng cụng việc Do đú rất dễ đơn giản tớnh toỏn;
- Trong phương phỏp mụ phỏng, chỉ cần những thụng tin cơ bản của phõn phối tam giỏc nhưng thụng qua quỏ trỡnh mụ phỏng hàng nghỡn lần, thỡ theo luật số lớn, kết quả vẫn rất gần với thực tế;
- Phõn phối tam giỏc cú khoảng giới hạn như phõn phối bờta Do đú, nú phự hợp với những giới hạn về năng suất, thời gian và chi phớ trong thực tế;
- Tương tự phõn phối Beta, hỡnh dạng của phõn phối tam giỏc của nú cú thể mộo lệch tuỳ theo cỏc thời gian ước lượng Do đú, nú diễn tả được tớnh chất của cỏc yếu tố năng suất, thời gian và chi phớ
TT Mụ hỡnh cụng việc Ký hiệu biến Giỏ trị (phỳt)
13 Dọn khoang đào bằng thủ cụng MnlSclngTm Triangular[15,20,25] 14 Vận chuyển vật liệu chống tạm TrnspTrckTm Triangular[11,13,26] 15 Dỡ vật liệu chống tạm khỏi xe UnlLnngTm Triangular[5,7,10] 16 Xe chở vật liệu (rỗng) quay ra TrnspTrckTm Triangular[11,13,26] 17 Chống tạm đường hầm LnngTnnlTm Triangular[25,30,40] 18 Kiểm tra tỡnh trạng khoang đào SrvyTnnlTm Triangular[20,30,45] 19 Mở rộng hệ thống phụ trợ ExtndngSrvcsTm Triangular[20,30,40]
Thời gian sửa chữa xe mỏy/thiết bị được lấy là phõn phối đều và với giả thiết là quỏ trỡnh sự cố (hỏng húc) của xe mỏy/thiết bị là những hỏng húc thụng thường, cú thể khắc phục trong thời gian ngắn từ 20 đến 40 phỳt Những trường hợp hỏng nặng, thời gian này tương đương với việc thay thế xe mỏy/thiết bị khỏc
Để phỏt triển mụ hỡnh, cỏc chu trỡnh xõy dựng khỏc nhau đó được tỏch ra để cú thể phỏt hiện được những sai lầm cú thể cú trong mụ hỡnh Quỏ trỡnh phỏt triển của cỏc mụ hỡnh là lặp đi lặp lại Cỏc chu trỡnh xõy dựng được mụ phỏng và thử nghiệm tỏch biệt với nhau Chỉ sau khi đưa ra kết quả hợp lý, nú được đưa vào mụ hỡnh chung và kết nối với cỏc chu trỡnh khỏc
DrillJumbo PlatfTruck ExcvSoil
>0 , 1 nJumbos 1 >0 , 1 nPlatfTrcks 1 SoilAmt 0 SpcAvlbl 1
==1 , 1 PlacingJumboPlcngJmbTm DrillTmDrilling 1 P:95 DisplaceJumboDplcJmbTm 1 RdyExplsvs >0 , 1 LoadExplosives LdgExplTm BlastVent BlstngVntltnTm >0 , 1 P:5 Repair Cycle RepJumboTm nCycle ExcvSoil 1 Loader ExcvSoil 0 2 >0 , 1 nLdrss 1 1 0 >=0 , TruckCap !=0 , 0 RdySclng 1 StopSoilDisp >0 , 1 RdyMnvr
0 1 LoadSoil LdSlTm >0 , 1 RdyLd 1 ManoeuvreTruck MnvrTrckTm >0 , 1 RdyMnvr0 ==SoilAmt , 0 DmpdSoil >0 , 1 DmpdSoil TruckCap 0 0 TransferSoil TrnspTrckTm UnloadSoil UnldSlTm ReturnEmpty
RetrnEmptTrckTm 1 nSoilTrsTrucks >0 , 1 >0 , 1 ExtendServ ExtdngSrvcsTm 1/2 SpcAvlbl 1 Trucks nSoilTrs ==nSoilTrs , 0 >0 , 1 1 RdyGrSp >0 , 1 RdyExtServ 1 >0 , 1 DrillJumbo nJumbos 1 >0 , 1 Manlift nMnlift 1 1/2 >0 , 1 MechScaling MchSclngTm Excavator RdyMnlSc >0 , 1 ManualScling mnlSclngTm 1 TransferLining TrnspTrckTm >0 , 1 UnloadLining UnlLnngTm 1 LiningMat >0 , 1 >0 , 2 LiningTunnel LnngTnnlTm 2 1 Surveying SrvyTnnlTm >0 , 1 nExcv PlatfTruck MatTruck nMatTr 1 ReturnMatTruck TrnspTrckTm PlatfTruck nPlatfTrcks RdySrvy nPlatfTrcks
Hỡnh 4 7 Mụ hỡnh mụ phỏng quỏ trỡnh đào hầm bằng khoan nổ mỡn trờn EZStrobe
Việc kiểm tra lỗi trong quỏ trỡnh phỏt triển mụ hỡnh được thực hiện thụng qua kiểm tra kết quả đầu ra từ thụng bỏo kết quả của chương trỡnh và thụng qua chạy mụ hỡnh hoạt hỡnh Kết quả cho thấy mụ hỡnh đó hoạt động chớnh xỏc, cú thể sử dụng để
tiến hành mụ phỏng Mụ hỡnh mụ phỏng trờn EZStrobe cuối cựng được thể hiện trờn hỡnh 4 7
4 3 Một số kết quả mụ phỏng ban đầu trờn mụ hỡnh mụ phỏng cơ bản
Khi đó cú mụ hỡnh mụ phỏng được xỏc minh về tớnh chớnh xỏc, thực hiện chạy mụ hỡnh với số lần mụ phỏng 10 000 lần, được một số kết quả sau:
a) Về thời gian hoàn thành cỏc cụng việc:
Kết quả về thời gian hoàn thành một chu kỳ đào hầm (thời gian chuyển dịch gương đào - giờ) và tốc độ đào hầm (m/ngày) cho trong bảng 4 3
Bảng 4 3 Thời gian chu kỳ và tốc độ đào xỏc định bằng mụ phỏng
So sỏnh với kết quả tớnh toỏn từ mụ hỡnh tiền định được xỏc định từ vớ dụ số tại mục 2 6 trong 3 trường hợp:
(i) Khi cỏc hệ số hiệu quả ui = 1: + Tốc độ đào (tra từ đồ thị hỡnh 2 9): + Thời gian chu kỳ: 3*24/4,4568
= 4,4568 (m/24h) = 16,3310 (h) (ii) Khi hệ số hiệu quả liờn quan đến giai đoạn khoan nổ u1 = 0,9:
+ Tốc độ đào (tra từ đồ thị hỡnh 2 9): + Thời gian chu kỳ: 3*24/4,1688
(iii) Trường hợp cỏc hệ số hiệu quả ui đều bằng 0,9: + Tốc độ đào (từ cỏc cụng thức của mụ hỡnh tiền định): + Thời gian chu kỳ: 3*24/3,9762
= 4,1688 (m/24h) = 17,2712 (h)
= 3,9672 (m/24h) = 18,3486 (h)
Nhận xột: Cú thể thấy, kết quả mụ phỏng về gần nhất với trường hợp 3 của mụ
hỡnh tiền định là trường hợp cú kể đến cỏc yếu tố ảnh hưởng đến năng suất, được lượng húa bằng cỏc hệ số hiệu quả ui < 1
b) Về hiệu quả sử dụng thiết bị theo thời gian:
Trong số cỏc thiết bị sử dụng để thi cụng, được quan tõm nhất là việc bố trớ tổ hợp mỏy bốc xỳc - xe vận chuyển đất và thời gian làm việc của thiết bị bốc xỳc vỡ
Giỏ trị trung bỡnh Độ lệch Giỏ trị nhỏ nhất Giỏ trị lớn nhất Thời gian chu kỳ (h) 18,37549 0,41101 17,06601 20,20109
đõy là cụng đoạn chiếm thời lượng lớn trong cả chu kỳ Trong mụ hỡnh tiền định khảo sỏt trường hợp dự ỏn hầm Đốo Cả (mục 2 6), để làm giảm thời gian chu kỳ vận chuyển đồng thời phỏt huy hết cụng suất của mỏy xỳc, đó lựa chọn số lượng xe chở đất là 5, khi đú mỏy xỳc sẽ làm việc liờn tục Điều này xảy ra nhờ giả thiết đơn giản húa, cho rằng đoàn xe sẽ tạo thành một hàng, vào vị trớ để nhận, được chất đầy đất đỏ và quay ra theo hàng, tức là chỳng chạy theo vũng kớn với tốc độ cỏc xe là như nhau và khụng đổi theo dự kiến
Trong mụ hỡnh mụ phỏng, cũng lựa chọn số xe chở đất là 5 Số xe này trong đoàn xe cũng được chứng minh là hợp lý nhất bởi kết quả khảo sỏt quan hệ giữa số lượng xe và tốc độ đào hầm để lựa chọn số lượng xe tải hợp lý trong dõy chuyền bốc xỳc đất đỏ như trờn hỡnh 4 8
Hỡnh 4 8 Khảo sỏt lựa chọn số lượng xe tải hợp lý trong dõy chuyền bốc xỳc đất đỏ
Tuy nhiờn, kết quả mụ phỏng cho thấy trong thực tế, giả thiết trờn sẽ khú, thậm chớ khụng xảy ra Lý do là với tớnh ngẫu nhiờn của thời lượng cỏc cụng việc, sẽ làm thay đổi trật tự mong muốn như ở mụ hỡnh tiền định Vớ dụ: tốc độ của từng xe cú thể thay đổi dẫn đến khoảng cỏch giữa cỏc xe trong đoàn xe thay đổi, thời gian tiếp cận để nhận đất đỏ từ mỏy xỳc sẽ thay đổi và mỏy xỳc phải chờ đợi xe tải
Cỏc thụng tin thu nhận được từ quỏ trỡnh mụ phỏng cho thấy thời gian chờ của mỏy xỳc (thụng số Average Wait của hàng đợi Loader) như trờn hỡnh 4 9
Hỡnh 4 9 Cỏc thụng tin về hàng đợi mỏy xỳc (Loader) sau khi chạy mụ phỏng
Như vậy, thời gian chờ của mỏy xỳc tương ứng với thời gian chu kỳ của trường hợp cú khả năng xảy ra nhất Tck = 18,338 (h) là 28,195 phỳt
4 4 Phỏt triển mụ hỡnh mụ phỏng cho cỏc phương ỏn thi cụng hầm
Từ cơ sở của mụ hỡnh được thiết lập trờn đõy, cú thể dựa trờn cỏc kịch bản theo cỏc phương ỏn thi cụng khỏc nhau, với những điều kiện đầu vào khỏc nhau để thiết lập cỏc mụ hỡnh mụ phỏng tương ứng và chạy mụ hỡnh lấy cỏc kết quả, từ đú so sỏnh, lựa chọn phương ỏn tốt nhất cú thể trong cỏc điều kiện ràng buộc từ nhiều yếu tố Cỏc mục tiếp theo sẽ trỡnh bày một số kết quả chớnh của sự phỏt triển này
4 4 1 Chuẩn bị dữ liệu cho mụ hỡnh
Dữ liệu cần thiết cho mụ hỡnh bao gồm khai bỏo về tài nguyờn sử dụng và phõn phối xỏc suất thời lượng cỏc hoạt động được mụ hỡnh húa trong mụ hỡnh mụ phỏng Căn cứ để xỏc định cũng như thụng số của cỏc dữ liệu này cho phương ỏn thi cụng tồn gương đó được trỡnh bày Khi phỏt triển mụ hỡnh cho cỏc phương ỏn thi cụng, cỏc tài nguyờn về xe mỏy - thiết bị (mỏy khoan, mỏy bốc xỳc, xe chở đất, xe chở vật liệu chống tạm và xe phục vụ) được khai bỏo thống nhất trong cỏc phương ỏn về chủng loại và số lượng Thời lượng cỏc hoạt động được mụ hỡnh húa trong mụ hỡnh mụ phỏng theo phõn phối xỏc suất đó lựa chọn, được sửa đổi về giỏ trị phự hợp với tổ chức hoạt động trong mỗi mụ hỡnh theo phương ỏn thi cụng được mụ phỏng (chi tiết về cỏc tham số của từng mụ hỡnh được trỡnh bày tại Phụ lục 6)
4 4 2 Mụ hỡnh mụ phỏng trong EZStrobe
Dựa trờn mụ hỡnh cơ bản đó lập được tại mục 4 2 và cỏc phõn tớch quy trỡnh cụng nghệ tại mục 4 1 2, tỏc giả luận ỏn đó xõy dựng cỏc mụ hỡnh mụ phỏng cho cỏc
trường hợp thi cụng chia gương đào (được trỡnh bày trong cỏc hỡnh từ 4 10a đến 4 12d) Giữa cỏc lần đào, sử dụng biểu diễn nhiều trang của EZStrobe thụng qua hàng đợi kết hợp và cụng việc cú điều kiện đi sau nú để kết nối