研究水工隧洞設(shè)計(jì)方法

朱應(yīng)強(qiáng)

（思南縣水務(wù)局）

水工隧洞設(shè)計(jì)方法的挑選，有益于確保工程的施工安全以及質(zhì)量。其中，水工隧道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為巖石和加固措施共同構(gòu)成的，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要充分考慮洞室圍巖的穩(wěn)定性以及承載的能力，在前期要對(duì)地質(zhì)條件等充分的進(jìn)行探究和分析，以便將隧洞的加固措施作用全面發(fā)揮出來(lái)。此外，由于水工隧洞當(dāng)中的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，隧道當(dāng)中的施工和地質(zhì)勘探技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及巖石力學(xué)等有了全面的發(fā)展，提升了隧道當(dāng)中的科學(xué)水平。因此，應(yīng)用合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式可將隧洞當(dāng)中的設(shè)計(jì)水平進(jìn)行提升，保障工程效益實(shí)現(xiàn)最大化。

1 水工隧洞設(shè)計(jì)方法的類型

1.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)方法

對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，是在水工隧道洞實(shí)際力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)前提下，充分的考慮水工隧洞當(dāng)中的水文條件和地形地質(zhì)情況等，將立力學(xué)分析模型作為設(shè)計(jì)的形式[1]。對(duì)于該項(xiàng)設(shè)計(jì)方式的應(yīng)用，最明顯的特征便是有明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)和清晰的設(shè)計(jì)思路，特別是在傳輸水工隧道、施工水工隧道以及排沙水工水隧道當(dāng)中非常適用，可有效保障水工隧洞相關(guān)施工方案的合理性以及科學(xué)性，有益于施工效率的提升。

1.2 有限元分析設(shè)計(jì)方法

對(duì)于有限元分析設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，主要是利用對(duì)單一變量法的控制，對(duì)影響施工隧洞設(shè)計(jì)內(nèi)外因素進(jìn)行詳細(xì)的分析，可將隧洞設(shè)計(jì)的科學(xué)性進(jìn)行提升。對(duì)于該設(shè)計(jì)方式的應(yīng)用，具有非常強(qiáng)的匹配性和實(shí)用性[2]。在應(yīng)用的過(guò)程中，要針對(duì)洞內(nèi)實(shí)際荷載的情況進(jìn)行分析，針對(duì)圍巖和錨桿等荷載能力實(shí)施詳細(xì)的計(jì)算，并依據(jù)最終的計(jì)算結(jié)果，調(diào)整好隧洞當(dāng)中的開(kāi)挖厚度和彈性抗壓能力。對(duì)于該項(xiàng)設(shè)計(jì)方式的應(yīng)用，在施工方案比較清晰的隧洞施工當(dāng)中比較適用，依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)需求，可將設(shè)計(jì)方案的可控性以及可行性進(jìn)行提升，所以該項(xiàng)設(shè)計(jì)方式也是主要的設(shè)計(jì)方式。

1.3 施工預(yù)期設(shè)計(jì)方法

該項(xiàng)設(shè)計(jì)方法為依據(jù)水工隧洞的具體施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在正式施工之前，要做好相應(yīng)的預(yù)判和預(yù)測(cè)工作，如施工產(chǎn)生的成本、進(jìn)度以及質(zhì)量等，有益于保障施工的效率和質(zhì)量[3]。在實(shí)施預(yù)測(cè)和預(yù)判時(shí)，要高度關(guān)注整體布局的合理性等，在對(duì)隧洞的半徑進(jìn)行確定時(shí)，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的施工工程，在對(duì)其旋轉(zhuǎn)的半徑進(jìn)行控制時(shí)，還要關(guān)注支洞以及輔洞的相關(guān)設(shè)計(jì)工作以及施工，這樣可以在相應(yīng)的范圍當(dāng)中，保障工程效益的最大化。

1.4 功能反饋設(shè)計(jì)方法

該設(shè)計(jì)方法需要使用當(dāng)前對(duì)先進(jìn)的設(shè)計(jì)以及檢測(cè)技術(shù)，可將水工隧功能要求的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)整，使其能夠不斷的完善。通常應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法需要在實(shí)際施工情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用，這樣可將工程紅后期設(shè)計(jì)方案的合理性進(jìn)行提升[4]。避免產(chǎn)生一系列的質(zhì)量問(wèn)題，并將水工隧洞設(shè)計(jì)方案的選擇范圍進(jìn)行了擴(kuò)大，有益于設(shè)計(jì)效率的提升。

2 水工隧洞設(shè)計(jì)方法選擇的依據(jù)

2.1 水工隧洞抗裂指標(biāo)的要求

水工隧設(shè)計(jì)方法要盡可能對(duì)施工的最低要求給予滿足，對(duì)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用測(cè)試進(jìn)行加強(qiáng)。針對(duì)抗裂水隧道當(dāng)中的相關(guān)設(shè)計(jì)包括堆砌式和預(yù)壓式水工隧洞。在堆砌式施工隧洞的設(shè)計(jì)中，要應(yīng)用鋼筋混凝土，以便實(shí)現(xiàn)抗裂性能指標(biāo)[5]。因?yàn)殇摻钏嗟牟馁|(zhì)的特征比較特殊，導(dǎo)致了水工隧洞易出現(xiàn)開(kāi)裂的情況。所以，針對(duì)設(shè)計(jì)方式的選擇，要精確計(jì)算鋼筋水泥材料的熱膨脹系數(shù)，強(qiáng)化與地理環(huán)境和地質(zhì)組分的匹灌漿研究。

2.2 水工隧洞施工方案分析

對(duì)于水工隧洞的設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵的任務(wù)在于確保水工隧洞的實(shí)際施工進(jìn)度以及相關(guān)目標(biāo)的完成，將水工隧洞的可靠性以及功能性的作用全面發(fā)揮出來(lái)。在選擇設(shè)計(jì)方法的過(guò)程中，要對(duì)施工隧洞的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行明確，確保設(shè)計(jì)方案與實(shí)際的施工方案保持一致，將設(shè)計(jì)的便利優(yōu)勢(shì)性發(fā)揮出來(lái)。在不同的地理環(huán)境以及結(jié)構(gòu)當(dāng)中，要對(duì)施工的影響因素進(jìn)行充分的考慮，用當(dāng)前最先進(jìn)的設(shè)計(jì)和技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。

2.3 水工隧洞檢修安全保障

水工隧洞方法的合理選擇，要對(duì)檢修和施工的安全性進(jìn)行保障。其中，在施工的過(guò)程中，應(yīng)用原則為預(yù)防為主、安全第一。在設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，要對(duì)周邊的環(huán)境有充分的考量，檢修安全設(shè)計(jì)的方式要與施工的理念相互吻合。①檢測(cè)安全設(shè)計(jì)的原則，可調(diào)動(dòng)起工作人員的工作熱情，將檢修人員的顧慮排除；②該原則可為其它的設(shè)計(jì)問(wèn)題奠定良好的基礎(chǔ)和條件；③水工隧洞設(shè)計(jì)的方法，要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，可將設(shè)計(jì)方法的普遍性以及適用性進(jìn)行提升。

3 水工隧洞設(shè)計(jì)方法應(yīng)用的注意事項(xiàng)

3.1 施工隧洞的構(gòu)造設(shè)計(jì)

水工隧洞的設(shè)計(jì)方法可對(duì)常壓下的無(wú)水滲透要求給予滿足。所以，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，針對(duì)隧洞止水結(jié)構(gòu)的傳感器要不斷給予完善，可應(yīng)用銅制的傳感器對(duì)其實(shí)施詳細(xì)的檢測(cè)。在對(duì)排水結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)其中的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)要詳細(xì)的分析和計(jì)算，避免在洪水期間，隧洞的洞口有積水的現(xiàn)象出現(xiàn)。通常情況下，溫度對(duì)于水工隧洞的穩(wěn)定性能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以，在對(duì)縫隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于溫度問(wèn)題要給予充分的考慮，并根據(jù)實(shí)際的水文和地質(zhì)條件等，應(yīng)用合理的設(shè)計(jì)方法，以便將設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用價(jià)值發(fā)揮出來(lái)。

3.2 水工隧洞的灌漿設(shè)計(jì)

施工隧洞灌漿過(guò)程中應(yīng)用的材料，會(huì)對(duì)整個(gè)施工的效果產(chǎn)生直接的影響。所以，在對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行選擇的過(guò)程中，要結(jié)合不同的灌漿目的。依據(jù)不同的灌漿方法，可將灌漿設(shè)分為固結(jié)式以及回填式。在對(duì)隧洞的洞身實(shí)施灌漿施工時(shí)，需要詳細(xì)分析處理周圍的巖石情況。此外，在實(shí)際灌漿的過(guò)程中，使用最多的材料為水泥砂漿。依據(jù)工程的實(shí)際情況，可將水玻璃、氯化鈣以及速凝劑等填入到水泥漿液當(dāng)中。

3.3 施工隧洞的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

水工隧洞的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)涵蓋了進(jìn)出口設(shè)計(jì)、洞身設(shè)計(jì)以及洞口的設(shè)計(jì)。一般情況下，對(duì)于具有輸送水泥以及泥沙工程的隧洞，會(huì)將進(jìn)出口的上半部分以及進(jìn)出口的下半部分設(shè)計(jì)成矩形或者半圓拱形，可將隧洞上方的巖石對(duì)隧洞造成的壓力減少。在對(duì)隧洞洞身進(jìn)行布置的過(guò)程中，要對(duì)排沙效率以及傳輸效率的影響進(jìn)行充分的考慮，以便提高運(yùn)行的整體效果和進(jìn)度。因此，面對(duì)工程當(dāng)中的具體地質(zhì)條件，要記錄好設(shè)計(jì)方法在隧洞當(dāng)中的使用情況，并加以整理，從而分析出不同的地質(zhì)環(huán)境中，應(yīng)用各種設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)以及劣勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，水工隧洞設(shè)計(jì)的具體方法、方案的制定，要很據(jù)實(shí)際情況對(duì)方案進(jìn)行確定，其中要提升對(duì)設(shè)計(jì)方法的驗(yàn)證和計(jì)算，并針對(duì)實(shí)際的將地質(zhì)情況以及水文結(jié)構(gòu)等實(shí)施系統(tǒng)的調(diào)整，可將設(shè)計(jì)方法的使用效率進(jìn)行提升。此外，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)設(shè)計(jì)認(rèn)真總結(jié)，對(duì)設(shè)計(jì)方案以及施工方案進(jìn)行不斷的完善，從而提升水工隧洞的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

[1]李騰，蘇凱，張智敏，伍鶴皋.高壓水工隧洞透水襯砌設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2017，36（S2）：4047～4053.

[2]高 仝.水工隧洞設(shè)計(jì)方法研究[J].黑龍江水利科技，2017，45（06）：73～74+93.

[3]文喜雨，蘇凱，周亞峰.高壓水工隧洞透水襯砌設(shè)計(jì)方法與理論研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2016，49（06）：824～830.

[4]吳 琨.淺談水工隧洞設(shè)計(jì)方法[J].珠江水運(yùn)，2016（12）：54～55.

[5]李向東.淺談水工隧洞設(shè)計(jì)方法[J].山西水利科技，2014（04）：44～45+60.