探討中小型水工隧洞設計與施工優化

胡訊書

摘?要：中小型水工隧洞，作為提升所處地區水資源利用效率的重要基礎設施。其建設過程易受所處水文地質條件因素的影響而出現諸多不合理問題，不僅會影響工程建設效果，還會延長施工進度。為改善這一問題，相關建設者應在明確工程建設要求與既定規范標準情況下，采用科學技術方法對指標參數進行設置。如此，隧洞建設環節就可遵循具有科學合理性的方案落實各部分隧洞結構的建設。這是推動水工行業健康穩定發展的關鍵，基于此，本篇文章對中小型水工隧洞設計與施工優化進行研究，以供參考。

關鍵詞：中小型隧洞;隧洞設計;施工優化

引言

水利工程的建設能夠有效緩解我國現階段的能源緊張的局面，同時，還能提高水力資源的利用效率。在實際的中小型水利工程建設中，隧洞的設計以及施工具有重要意義，對于工程的質量具有直接影響。隧洞結構設計過程中，應該堅持以堵為主，限排為輔的原則，加強對施工現場的地質勘察工作。另外，還要對相關的施工工藝進行優化，制定合理的施工方案，保證施工的順利開展，才能提高施工質量。

一、中小型水工隧洞設計

（一）簡化隧洞斷面

按是否過流劃分，圓拱直墻式輸水隧洞斷面可分為過流斷面和凈空兩部分。按過流部位細分：有圓拱不過流，直墻段部分過流;圓拱部分過流，直墻段淹沒;特例有圓拱部分不過流，直墻部分全斷面過流。為優化設計，體現經濟和高寬比安全性特點，將斷面簡化為特例斷面進行參數關聯分析。

（二）引入水力最優斷面的過流設計

圓拱直墻式隧洞過流斷面為矩形，一定流量下的水力最優斷面為寬淺式，過流斷面面積最小，底寬是水深的2倍（b0=2h0），但此種形式在工程應用中出現機率較小，《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）推薦采用實用經濟斷面，其面積（A）與最優面積（A0）的比值α為1.01～1.04。

（三）隧洞襯砌設計

隧洞的施工建設過程，應在嚴格按照規范標準情況下，通過支護來加固周邊圍巖。具體來說，就是根據圍巖結構的穩定情況，確定圍巖壓力。經勘察，隧洞圍巖屬V類，設計開挖作業后，運用C25鋼筋混凝土對其進行噴射加固處理，即將厚度控制在10cm上下。此后，隧洞工程所處的圍巖就處于穩定狀態，無需進行其他方面的處理。設計過程，相關人員應通過3次計算來保證各點法向位移與抗力條件的一致性。對于隧洞的進口部位，應運用漿砌石翼墻，寬度應設置為3.5m，并把攔污柵設置在墻的末端部位。值得注意的是，取水塔內部的內外半徑應分別設置為2.4m，2.7m。同時，還要對其工作閘門進行檢修，以滿足既定的設計規范要求。

二、中小型水工隧洞施工優化措施分析

（一）隧洞開挖前

巖體中的地應力場稱為初始地應力場，是在長期、復雜的地質作用過程中不斷變化后逐漸形成的，其組成部分包括自重應力、構造應力、溫度應力，以及因沉積、變質、固結等作用引起的應力。隧洞開挖后，隧洞周圍初始地應力場受到擾動，原有的應力平衡遭到破壞，應力進行調整，進行應力重分布，并引起圍巖變形，以達到新的平衡。隧洞的失穩主要因巖體應力重分布后，其應力超過強度，難以形成新的平衡而造成。應力重分布的結果和初始地應力場有較大關系，初始地應力場的確定是評判隧洞開挖后圍巖是否穩定的關鍵問題。

（二）工程支洞優化

在優化中，其主要目的就是為了縮短工期，提高通風、排煙、排渣的工作效率，同時，還能避免施工對于一些重要的建筑物造成一定的影響。工程中，支洞的不合理設置容易導致施工成本增加，同時，還會受到地形地形的限制不能保證經濟效益。所以，在實際的施工中，此種方式雖然能夠縮短工期，但是對于經濟具有一定的影響，相關的工作人員應該依據實際情況進行綜合考慮然后再決定。

（三）開挖施工機械化控制機械化

作為滿足水庫工程隧洞施工進度要求的關鍵，施工優化人員應從實踐角度出發，對開挖與鉆孔設備進行優選，以提升其作用于施工場地實際情況的安全可靠性。經對以往隧洞施工情況進行分析，發現多臂鉆孔設備的施工速度較快，風鉆設備的施工速度較慢。但受隧洞施工環境多樣性的影響，多臂鉆設備的作用效果較低，風鉆因其在施工場地占用空間小，可高效作用于開挖施工過程。

（四）巖爆的預測和模擬

巖爆的預測和模擬是隧洞工程建設的難題，由于形成機理十分復雜，準確地預報巖爆發生的位置、時間和強度難度非常大。近年來，國內外的學者對巖爆機理、預測和模擬等進行了許多研究，取得了一定的成果。在巖爆機理方面，有分形理論、突變理論和能量理論等理論;在預測方法方面，根據巖爆發生的機理，有應力判據、能量判據等判據;在數值模擬方面，有彈性、彈塑性及彈脆塑性等模型。但由于巖爆是一種極其復雜的動力失穩現象，與初始地應力場、巖性、地質構造、地下水條件、隧洞斷面、施工方法等許多因素相關，巖爆發生的機理目前還未完全掌握，巖爆模擬和預測的結果還不十分準確，特別是對于融合了大型構造、復雜巖性和富水條件下的深埋隧洞，巖爆預測和模擬的方法亟待進一步研究。

結束語

綜上所述，中小型水工項目隧洞的建設，應在明確所處水文地質環境條件基礎上，開展設計與施工優化控制工作。事實證明，只有這樣，才能將最具適用性的隧洞圖紙方案作用于實踐，進而促進所處工程施工建設的整體性與科學合理性。為此，工程建設者應將上述分析內容與科研結果更多地作用于不同建設條件與建設要求的中小型水工項目，以提高其作用于水資源可持續使用的效果價值。

參考文獻

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