簡議水利工程隧洞設計的主要方法及其注意事項

吳琨

【摘要】由于不同水利工程隧洞施工的巖石條件不同，在選擇設計方法時，需要加強前期的地質條件和施工環境探測，合理選擇支護結構，制定設計施工方案。基于此，本文闡述了水利工程隧洞設計的要求，對水利工程隧洞設計的主要方法及其注意事項進行了論述分析。

【關鍵詞】水利工程；隧洞設計；要求；設計方法；注意事項

一、水利工程隧洞設計的要求

1、水利工程隧洞抗裂指標要求。水利工程隧洞設計需要盡可能滿足施工的最低要求，特別是滿足抗裂性能的指標要求，加強設計方法的應用測試。對于抗裂水利工程隧洞的設計一般分為預壓式水利工程隧洞和堆砌式水利工程隧洞。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利工程隧洞容易開裂，因此設計方法的選擇，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。

2、水利工程隧洞施工檢修安全的要求，水利工程隧洞的合理設計需要因地制宜，在對整個隧洞的路線進行設計選擇時，需要綜合考量周邊條件。隧洞設計方法的選擇，需要保障施工及其檢修的安全性。施工要求的主要表現為安全第一、預防為主。水利工程隧洞檢修安全的要求，與水利工程項目的施工理念相吻合，并且檢修安全可以排除檢修人員的顧慮；其次，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。

二、水利工程隧洞設計的主要方法

目前水利工程隧洞設計方法主要包括：有限元計算方法設計、結構力學方法設計、施工預期方法設計和功能反饋方法設計。在實際設計過程中，需要結合不同方法的優勢，合理選擇設計方法。

1、有限元計算方法設計。有限元計算方法設計是主要利用控制單一變量法實現水利工程隧洞設計，該設計方法具有匹配性強的特點。水利工程隧洞有限元計算結合隧洞材料和荷載的指標，對圍巖、鋼筋混凝土、二期襯砌和錨桿等進行計算分析，利用實際變量的調控，將水利工程隧洞的施工工況、設計狀況匹配系數、水利工程隧洞開挖厚度、彈性抗壓能力等進行科學計算，可以結合具體的水利工程隧洞的實際設計要求，展開設計與施工。有限元計算設計方法的選擇適合水利工程隧洞施工方案較為清晰的工程項目，結合施工要求，可以提升設計方案的可控性。

2、結構力學方法設計。其主要是指水利工程隧洞的設計方法的選擇結構水利工程隧洞的實際力學要求，建立力學分析模型，對于設計方案采用以力學性能設計為主的方法。對于排沙水利工程隧洞、傳輸水利工程隧洞和施工水利工程隧洞而言，應用結構力學方法設計可以有效提升水利工程隧洞施工方案的設計效率和設計質量。結構力學設計方法最大的特點就是設計目的明確，設計思路清晰。

3、施工預期方法設計。水利工程隧洞施工設計是設計方法的主要類型之一，加強施工預期的判斷可以有效提升水利工程隧洞設計方法選擇的關聯度和匹配性。所謂施工預期方法設計就是結合水利工程隧洞的施工目標合理制定設計方案和施工方案。在預期過程中，需要注重施工通道的場地布局問題，在進行水利工程隧洞半徑選擇時，要嚴格限定旋轉半徑。對于較長的隧洞洞施工預期，設計方法路線要加強支洞和輔洞的設計與建設，進而保障施工隧洞洞的施工安全性，在合理的空間內有效提升施工效率，加快施工進度。

4、功能反饋方法設計。功能反饋方法設計主要是利用先進的監控設備實現設計方案與水利工程隧洞功能要求的實時調整并逐漸完善的設計方法。水利工程隧洞設計方法的確立需要建立在對水利工程工況具有系統的勘探和認識上，這對于現在施工項目而言，設計難度較大，對于設計人員的綜合素質要求較高。功能反饋方法設計有效規避了由于設計人員能力不足而引發的后期設計和施工問題，擴大了方法選擇的范圍，并提升了設計效率。

三、水利工程隧洞設計的注意事項

1、水利工程隧洞構造設計的注意事項。水利工程隧洞設計方法關于構造設計與力學分析類型的選擇相似，由于結構具體包括止水結構、排水結構和縫隙結構。設計方法的應用需要格外注意水利工程隧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洞洞口不會積水，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利工程隧洞整體穩定性的影響。因此，水利工程隧洞設計方法的應用對于地質條件和結構構造的影響規律加強探究，以不斷提升設計方法的應用水平。

2、水利工程隧洞灌漿設計的注意事項。水利工程隧洞設計方法確定后，對于施工方案的確立需要盡快完成。由于水利工程隧洞灌漿材質對于施工效果影響顯著，水利工程隧洞方法設計的內容需要結合灌漿設計的主要方式合理制定。水利工程隧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。依據上文講述的水利工程隧洞設計方法選擇的依據，加強周圍巖石的處理分析，明確固結式灌漿隧洞洞的參數。在對隧洞洞身進行灌漿時，灌漿漿料一般采用水泥漿液。設計方法與施工方案相結合，需要弄清二者關系。設計方法選擇的依據和類型的確定不是一蹴而就的，需要反復進行驗證。

3、水利工程隧洞布局設計的注意事項。水利工程隧洞布局設計方法主要包括水源和泥沙進出口處的布局設計、隧洞洞身的布局設計和洞頂的布局設計。因此，對于設計方法的應用需要對每一個環節做好應用結構反饋整理分析工作。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，這樣可以緩解隧洞上端巖石對隧洞洞的壓力。隧洞洞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。無論選擇何種設計方法，設計方案需要明確設計方法的應用優勢，對于無明顯應用優勢的設計方法，及時進行修訂和完善。

結束語

綜上所述，水利工程隧洞設計方法的選擇對于隧洞工程施工質量和施工效率具有重要影響，并且由于水利工程隧洞結構受力較為復雜，因此為了保障水利工程隧洞施工順利進行，必須加強隧洞設計方法的分析。

參考文獻：

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