關于水工隧道洞設計的一些問題

◎ 馬國文 新疆水利水電勘測設計研究院

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關于水工隧道洞設計的一些問題

◎ 馬國文 新疆水利水電勘測設計研究院

摘 要：水是生命之源，電是社會運轉的源動力。隨著水利水電工程的持續建設，水利水電技術得到快速發展。在水利水電建設工程中，水工隧道洞可以為工程提供完善的電力，可以為周邊打通水利輸運的通道。水工隧道洞由于應用廣泛，近年來得到大家廣泛的關注。然而，由于我國水工隧道洞在設計過程中依然存在一些問題，導致對于水利和水電的供給可靠性受到影響，沒能最大程度的發揮水工隧道洞在水利水電工程施工中的優勢。為了不斷提升水工隧道洞的設計和施工水平，必須明確水工隧道洞設計存在問題的原因。以及時采取相關對策，最終實現水工隧道洞的高效利用。

關鍵詞：隧道洞 水利水電 問題探究 設計原則

所謂水工隧道洞是指在地下進行水利水電工程施工時，需要開鑿隧洞。水工隧道洞可以廣泛應用于發電、農田灌溉、水庫蓄水和泄水、水利水電施工引流等。根據水工隧道洞的自由水壓力可以分為高壓水工隧道洞和常壓水工隧道洞。水工隧道洞在設計時，需要嚴格遵循設計準則，防止高壓水工隧道洞和常壓水工隧道洞出現湍流交替現象的出現，阻礙水利水電工程的施工進度。本文淺析了水工隧道洞的種類以及設計線路選擇問題，結合水工隧道洞的設計原則，提出了水工隧道洞在不同設計方面具體的注意事項。

1.水工隧道洞的分類及設計線路選擇

1.1 傳輸水工隧道洞

水工隧道洞在具體設計中，需要結合不同的隧道洞功能需求展開設計。水工隧道洞目前主要分為：傳輸水工隧道洞、調控水工隧道洞、施工水工隧道洞和排沙水工隧道洞。所謂傳輸水工隧道洞是指可以實現水資源引流與輸送功能。傳輸水工隧道洞設計路線應該選擇地勢較為平坦的地區，盡可能避開地表水滲透區和地質構造復雜的地區。水工隧道洞洞線應盡可能保持水平，路線盡可能為直線，縮短水工隧道洞的傳輸距離，提升水工隧道洞的水資源傳輸效率。除此之外，設計線路最好為常壓水工隧道洞，降低傳輸能耗。

1.2 調控水工隧道洞

所謂調控水工隧道洞主要是在水利水電施工過程中，可以起到蓄水和調洪峰的隧道洞。由于水利水電工程施工環境較為多樣化，周邊水資源的調控水平的高低，直接決定整個工程項目建設的安全性。對于調控水工隧道洞在設計路線選擇時，需要加強實際的地理環境勘探，結合水資源的調控技術發展現狀，設計易于施工和調控的隧道洞動工解決方案。調控水工隧道洞為了更好的實現調峰削谷，需要在設計路線選擇時，保障隧道洞上水口的水流流暢，出水口無障礙物阻礙，隧道洞地基與周邊建筑保持足夠的距離，減少沖刷隱患。

1.3 施工水工隧道洞

所謂施工水工隧道洞是為了減少水利水電工程項目施工難度，專門為工程施工人員設計的水工隧道洞。施工水工隧道洞與傳輸水工隧道洞的功能類似，同樣可以實現水資源的部分引流和傳輸功能。施工水工隧道洞在設計路線選擇時，需要充分滿足施工條件。注重施工通道的場地布局問題，在進行水工隧道洞半徑選擇時，要嚴格限定旋轉半徑。對于較長的隧道洞，設計路線要加強支洞和輔洞的設計與建設，進而保障施工隧道洞的施工安全性，在合理的空間內有效提升施工效率，加快施工進度。

1.4 排沙水工隧道洞

所謂排沙水工隧道洞是指在施工過程中可以將水庫產生的廢渣和泥沙利用專有隧洞及時清理出去。排沙水工隧道洞可以及時減小周邊的巖石壓力，主要是在放空水庫后，可以順利實現水利水電工程建筑的檢修與維護工作。排沙水工隧道洞的設計路線選擇需要以當地的地質條件為依據。對于高壓水工隧道洞的施工，需要保障穩定巖石的覆蓋厚度多于30cm，隧道洞的洞體直徑約占隧道長度的三分之一。對于常壓水工隧道洞的施工設計，則需要結合地形條件，對于水工隧道洞的彎道設計曲率半徑高于排沙隧道洞體直徑的8倍。

2.水工隧道洞的設計原則

2.1 抗裂性好

無論實現何種功能的水工隧道洞，在設計與施工需要嚴格執行水工隧道洞的抗裂性能測試，保障水工隧道洞的使用壽命。對于抗裂水工隧道洞的設計一般分為預壓式水工隧道洞和堆砌式水工隧道洞。堆砌式主要借助鋼筋混凝土實現抗裂性能指標的達成。由于鋼筋水泥材質自身的特性決定了堆砌式的水工隧道洞容易開裂，因此在設計時，必須將鋼筋水泥材料的熱膨脹系數進行精準計算，加強與當地地質組分和地理環境相互匹配的灌漿配方的研制。需要指出的是抗裂性較好的水工隧道洞，其設計的安全級別較高，可以有效提升設計水平。

2.2 施工便利

由于水工隧道洞設計的主要目標是保障施工進度，降低施工難度，實現安全可靠的水利水電工程建設。在進行設計時，需要明確水工隧道洞的基本設計原則，保障設計方案與施工方案的對等一致性，發揮水工隧道洞設計的施工便利優勢。不同的地理環境和地質構造對于水工隧道洞的設計而言，考慮的施工便利影響因素不同，這就需要結合先進的施工技術和施工設備，合理制定水工隧道洞的設計方案。經過調查發現，由于隧道洞工程屬于高危項目，每一公里長的水工隧道洞建成，就會傷亡一個勞動力。施工便利設計原則，可以有效降低傷亡率。

2.3 檢修安全

水工隧道洞在具體的應用過程中，會因施工周期的長短而進行一定頻率的檢修和維護。對于施工型水工隧道洞必須堅持檢修安全的設計原則。在對整個隧道洞的路線進行設計選擇時，需要綜合考量地質構造、地形條件、水文狀況和施工計劃等，水工隧道洞的檢修安全設計原則，與安全第一，預防為主的施工理念相吻合，有效體現了人作為施工設計的主要參與者的主體作用。一方面，檢修安全設計原則可以激發相關檢修人員的工作積極性，排除檢修人員的顧慮；另一方面，檢修安全設計原則有利于從根本上為解決其他設計問題奠定客觀條件基礎。

3.水工隧道洞在不同設計方面具體的注意事項

3.1 水工隧道洞的構造設計

水工隧道洞的構造設計具體又包括止水結構設計、排水結構設計和縫隙結構設計。止水結構設計需要注意水工隧道洞可以滿足常壓下的無水滲透要求，在設計中需要完善止水結構傳感器的設計，可以利用銅制或石英制的實現水帶檢測。排水結構設計需要注意調節洪峰的進出隧道洞口不會積水，這就需要在設計時，加強地形與地勢的數據分析計算，為后期檢修打通安全通道。縫隙結構設計主要是考慮溫度對于水工隧道洞整體穩定性的影響，需要注意水工隧道洞洞口與洞身的分塊設計，一般可以采用間歇式施工方案，加強洞內壁的差異化處理。

3.2 水工隧道洞的灌漿設計

水工隧道洞的灌漿設計結合灌漿方式的不同分為固結式灌漿設計和回填式灌漿設計。依據上文講述的水工隧道洞設計原則，加強周圍巖石的處理分析，明確固結式灌漿隧道洞的參數。在對隧道洞身進行灌漿時，保證每排多于8個灌漿孔，孔距約2至3m，灌漿壓力高于隧道洞內的施工壓力。回填式灌漿設計需要注意堆砌隧道洞完成后，在洞口弧頂90度到110度的范圍內進行漿料回填，灌漿壓力一般需要控制在3到7個大氣壓。灌漿漿料一般采用粉煤灰。粉煤灰品質需要滿足國家二級標準以上，以保障灌漿設計獲得應有的效果。

3.3 水工隧道洞的布局設計

水工隧道洞的布局設計主要針對傳輸型和排沙型水工隧道洞設計。布局主要包括水源和泥沙進出口處的布局設計、隧道洞身的布局設計和洞頂的布局設計。水源或泥沙進出口布局需要上半部分設計成半圓拱形，下半部分設計成矩形，這樣可以緩解隧道上端巖石對隧道洞的壓力。隧道洞身要設計成喇叭口狀，需要簡化設計流程，提升設計效率。隧道洞身的布局直接影響傳輸效率和排沙效率，進而影響施工進度。洞頂的布局要呈現圓錐形，傳輸和排沙對于隧道洞頂的布局方案要求不嚴，圓錐形有利于擴寬隧道洞頂的應用范圍，節省施工成本。

4.結論

水工隧道洞在設計中的主要方面包括：構造設計、灌漿設計和布局設計，針對水工隧道洞的功能需求，需要嚴格遵循設計原則，不斷規范設計與施工過程。本文對于水工隧道洞的設計中易于出現的問題，提出了應當注意的具體事項，希望有利于改善設計的現狀。

參考文獻：

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