水利工程中壓力隧洞型式的研究

孫千淇

摘 要：水利工程是一項(xiàng)綜合性工程，其包含的內(nèi)容很多，而且涉及的范圍非常廣。水利工程的投資一般比較大，在施工的過程中，其需要用到多項(xiàng)施工工藝，具有施工難度大、工期長的特點(diǎn)。影響水利工程施工工期的因素很多，比如壓力隧洞型式的水利工程，會因?yàn)樗矶绰袢氲叵律顪\程度而影響其施工的工期與成本。本文分析了選擇壓力隧洞形式的前提條件，并對無襯砌壓力隧洞的最小埋深計(jì)算進(jìn)行了分析，希望對水利工程中壓力隧洞型式的研究提供一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：水利工程；壓力隧洞；無襯砌

壓力隧洞型式的水利工程是一種施工難度較大的工程，這項(xiàng)工程中埋入地下的壓力隧道深度對工程項(xiàng)目的工期有著重要影響，通過對壓力隧洞型式的水利工程的研究，可以有效的縮短施工工期，還能有效的降低施工的成本。在選用壓力隧洞型式的水利工程前，要了解施工的前提與條件，要根據(jù)相關(guān)要求對隧道的深度進(jìn)行計(jì)劃與挖掘，過深或過淺的隧道都會影響施工的質(zhì)量，本文為了找到縮短該項(xiàng)工程進(jìn)度的措施，對選擇壓力隧洞型式的前提進(jìn)行了分析，希望對相關(guān)研究人員的研究工作能盡到自己的一份力量。

1 選擇壓力隧洞型式的前提

壓力隧洞型式是水利工程的重要類型，選擇這項(xiàng)工程需要考慮施工的前提條件，這樣才能有效達(dá)到施工的要求與進(jìn)度。在壓力隧洞型式的水利工程中，隧洞埋入的深度對工程項(xiàng)目的有效進(jìn)行有著重要的影響作用，如果其深度設(shè)定出現(xiàn)失誤，則會造成較大的安全事故，給水利工程的施工人員帶來較大的危險(xiǎn)，并且給水利工程造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免這一問題的出現(xiàn)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要掌握壓力隧洞設(shè)計(jì)的工作原理以及思路，這樣才能設(shè)定出正確的壓力隧洞位置以及深度，壓力隧洞還需要與地表保持一定距離，這樣才能保證后續(xù)工作的有效進(jìn)行。如果隧洞埋下地表的深度無法達(dá)到相關(guān)的要求，則會為施工埋下安全隱患，可能會造成巖石滑落等問題的發(fā)生。筆者為了更好的研究選擇壓力隧洞型式水利工程的前提，對一工程的主導(dǎo)思想進(jìn)行了分析與介紹：

壓力隧洞型式的水利工程由于需要在地下作業(yè)，所以其施工的危險(xiǎn)系數(shù)比較高，隧洞埋入地下的深度對工程質(zhì)量有著較大影響，在施工的過程中，巖石的結(jié)構(gòu)以及應(yīng)力狀態(tài)對隧洞的承載能力有著很大影響。所以，相關(guān)人員一定要規(guī)范自己的操作，提高安全意識，使施工效果達(dá)到相關(guān)要求的標(biāo)準(zhǔn)，避免巖石滑坡或者隧洞進(jìn)水的問題發(fā)生。水利工程在施工的過程中，還要考慮水壓的問題，設(shè)計(jì)人員需要掌握全面的施工知識，還要通過水泥混凝土襯砌等方式提高隧洞的強(qiáng)度，避免在施工的過程中受到水壓力的影響。為了縮短壓力隧洞型式水利工程的工期，降低其施工的成本，施工單位可以利用混凝土等價(jià)格低廉的建筑材料進(jìn)行施工，在襯砌的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)裂縫，可以通過混凝土的特性將水壓力傳遞到巖體上，從而降低隧洞的水滲程度，從而提高隧洞的穩(wěn)定性與安全性。

2 無襯砌壓力隧洞的最小埋深計(jì)算分析

2.1 壓力隧洞最小埋深的含義

壓力隧洞最小埋深主要是指隧洞埋入地下的深度，也就是隧洞最底端到地面的距離。隧洞埋入地下的深度對施工的質(zhì)量與安全有著很大影響，對深度的把握需要精準(zhǔn)，太深或者太淺都會降低施工的質(zhì)量，如果隧洞與地表的距離無法達(dá)到施工的要求，還會影響后續(xù)工作的正常進(jìn)行。只有設(shè)計(jì)出合理的隧洞位置與深度，才能將隧洞內(nèi)水壓力的荷載有效的傳遞到巖體上，從而避免隧洞內(nèi)進(jìn)入水流的危險(xiǎn)事故發(fā)生。在施工的過程，設(shè)計(jì)人員一定要提高自身的能力，水利工程監(jiān)管部門也要加強(qiáng)對隧洞深度的檢測，這樣才能提高施工的安全系數(shù)以及企業(yè)的利潤。

2.2 用具體實(shí)例分析無襯砌壓力隧洞的最小埋深計(jì)算方法

水利工程中壓力隧洞的最小埋深實(shí)際上就是指無襯砌壓力隧洞的最小埋深，對水利工程的整個(gè)過程有著至關(guān)重要的作用。本文運(yùn)用的具體事例，壓力隧洞內(nèi)徑為9.5m，水頭為160m（P=1.6MPa），穿越一段地形低洼地段。水利工程中可以按照施工需要決定壓力隧洞的內(nèi)徑大小，本文引用的實(shí)例中壓力隧洞內(nèi)徑大小為9.5m，剛好符合施工要求和標(biāo)準(zhǔn)。該壓力隧洞穿越的一段地形低洼地段是一個(gè)山谷隘口，洼地兩側(cè)與水平面的坡度分別為26°和 46°，其最小埋深為36m。實(shí)例中所說的山巖巖體是由弱泥質(zhì)密實(shí)的層狀石灰?guī)r組成的，其層厚度為0.4m～0.8m，有時(shí)候巖體還有可能是用混凝土或鋼筋混凝土襯砌的巖體，不同情況下巖體的組成部分會有所不同。山巖巖體層隧洞軸線對水平面的傾角為6°，在垂直于隧洞縱軸的平面內(nèi)巖層對水平面的傾角為65°。分析無襯砌壓力隧洞的最小埋深計(jì)算過程是針對隧洞的空間結(jié)構(gòu)，是空間結(jié)構(gòu)的有些參數(shù)的計(jì)算過程，比如順層理的巖體變形模量和垂直于層理的巖體變形模量分別采用E11=7000MPa和E⊥=3600MPa，這些參數(shù)都要通過利用計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序求解，主要是有限元法計(jì)算無襯砌壓力隧洞的最小埋深。

2.3 對計(jì)算區(qū)域的選擇要求

水利工程中無襯砌壓力隧洞埋深計(jì)算區(qū)域的選擇要考慮當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)等因素，還要考慮計(jì)算采用的對稱條件，因?yàn)闊o襯砌壓力隧洞的最小埋深計(jì)算區(qū)域的選擇把一切影響因素考慮進(jìn)去才能保證選擇的正確性。本文對無襯砌壓力隧洞的最小埋深計(jì)算區(qū)域的選擇，要按照實(shí)例中隧道的大小來說明，計(jì)算區(qū)域的尺寸沿著隧洞軸線400m，水平方向的長度距隧洞軸線200m（相當(dāng)于計(jì)算區(qū)域的寬度），計(jì)算區(qū)域的高度按照當(dāng)?shù)氐牡匦吻闆r可以為400m。

2.4 巖體在不同情況下的應(yīng)力值分析

水利工程中無襯砌壓力隧道的最小埋深的計(jì)算必須對周圍巖體的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)分析研究，這樣才能減少巖體的滑移和涌水的危險(xiǎn)。隧洞周圍的巖體在不同情況下，應(yīng)力狀態(tài)有區(qū)別，比如隧洞未來襯砌頂拱點(diǎn)處未受到損害，其應(yīng)力值為σmin=-2.1MPa，σmax=-0.97MPa。巖體巖層在呈垂直狀和水平狀的情況下其應(yīng)力值都不同，分別為σmin=-2.25MPa，σmax=-1.35MPa和σmin=-2.17MPa，σmax=-1.5MPa。巖體在不同情況下的應(yīng)力值對施工前期的設(shè)計(jì)階段提供依據(jù)，我們可以通過不同情況下的巖體的應(yīng)力狀態(tài)，確定某一個(gè)隧洞能否在無襯砌條件下作為壓力隧洞保留下來。

結(jié)束語

對水利工程中壓力隧洞型式的研究，需要從壓力隧洞型式的選用前提入手，還要提高隧洞設(shè)計(jì)的質(zhì)量，使隧洞處在地表下合理的位置，隧洞在地表下的深度不宜過深，也不宜過淺，否則會影響隧洞的承載力以及水壓力荷載的傳遞，如果設(shè)計(jì)人員對隧洞的深度設(shè)計(jì)出現(xiàn)誤差，可能會造成隧洞內(nèi)進(jìn)入大量水流，使隧洞出現(xiàn)裂縫，增加其滲流量，從而降低水利工程的質(zhì)量與安全性，還會增加維修的成本，延長工期，降低企業(yè)的利潤。

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