簡(jiǎn)議水利工程隧洞設(shè)計(jì)的主要方法及其注意事項(xiàng)

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(shè)計(jì)方法時(shí)，需要加強(qiáng)前期的地質(zhì)條件和施工環(huán)境探測(cè)，合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)，制定設(shè)計(jì)施工方案。基于此，本文闡述了水利工程隧洞設(shè)計(jì)的要求，對(duì)水利工程隧洞設(shè)計(jì)的主要方法及其注意事項(xiàng)進(jìn)行了論述分析。

【關(guān)鍵詞】水利工程；隧洞設(shè)計(jì)；要求；設(shè)計(jì)方法；注意事項(xiàng)

一、水利工程隧洞設(shè)計(jì)的要求

1、水利工程隧洞抗裂指標(biāo)要求。水利工程隧洞設(shè)計(jì)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(biāo)要求，加強(qiáng)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用測(cè)試。對(duì)于抗裂水利工程隧洞的設(shè)計(jì)一般分為預(yù)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(shí)現(xiàn)抗裂性能指標(biāo)的達(dá)成。由于鋼筋水泥材質(zhì)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(shè)計(jì)方法的選擇，必須將鋼筋水泥材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，加強(qiáng)與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)組分和地理環(huán)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(shè)計(jì)需要因地制宜，在對(duì)整個(gè)隧洞的路線進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇時(shí)，需要綜合考量周邊條件。隧洞設(shè)計(jì)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(xiàn)為安全第一、預(yù)防為主。水利工程隧洞檢修安全的要求，與水利工程項(xiàng)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(shè)計(jì)原則有利于從根本上為解決其他設(shè)計(jì)問題奠定客觀條件基礎(chǔ)。

二、水利工程隧洞設(shè)計(jì)的主要方法

目前水利工程隧洞設(shè)計(jì)方法主要包括：有限元計(jì)算方法設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)方法設(shè)計(jì)、施工預(yù)期方法設(shè)計(jì)和功能反饋方法設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合不同方法的優(yōu)勢(shì)，合理選擇設(shè)計(jì)方法。

1、有限元計(jì)算方法設(shè)計(jì)。有限元計(jì)算方法設(shè)計(jì)是主要利用控制單一變量法實(shí)現(xiàn)水利工程隧洞設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方法具有匹配性強(qiáng)的特點(diǎn)。水利工程隧洞有限元計(jì)算結(jié)合隧洞材料和荷載的指標(biāo)，對(duì)圍巖、鋼筋混凝土、二期襯砌和錨桿等進(jìn)行計(jì)算分析，利用實(shí)際變量的調(diào)控，將水利工程隧洞的施工工況、設(shè)計(jì)狀況匹配系數(shù)、水利工程隧洞開挖厚度、彈性抗壓能力等進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，可以結(jié)合具體的水利工程隧洞的實(shí)際設(shè)計(jì)要求，展開設(shè)計(jì)與施工。有限元計(jì)算設(shè)計(jì)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(xiàng)目，結(jié)合施工要求，可以提升設(shè)計(jì)方案的可控性。

2、結(jié)構(gòu)力學(xué)方法設(shè)計(jì)。其主要是指水利工程隧洞的設(shè)計(jì)方法的選擇結(jié)構(gòu)水利工程隧洞的實(shí)際力學(xué)要求，建立力學(xué)分析模型，對(duì)于設(shè)計(jì)方案采用以力學(xué)性能設(shè)計(jì)為主的方法。對(duì)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(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法設(shè)計(jì)可以有效提升水利工程隧洞施工方案的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)方法最大的特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)目的明確，設(shè)計(jì)思路清晰。

3、施工預(yù)期方法設(shè)計(jì)。水利工程隧洞施工設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)方法的主要類型之一，加強(qiáng)施工預(yù)期的判斷可以有效提升水利工程隧洞設(shè)計(jì)方法選擇的關(guān)聯(lián)度和匹配性。所謂施工預(yù)期方法設(shè)計(jì)就是結(jié)合水利工程隧洞的施工目標(biāo)合理制定設(shè)計(jì)方案和施工方案。在預(yù)期過程中，需要注重施工通道的場(chǎng)地布局問題，在進(jìn)行水利工程隧洞半徑選擇時(shí)，要嚴(yán)格限定旋轉(zhuǎn)半徑。對(duì)于較長(zhǎng)的隧洞洞施工預(yù)期，設(shè)計(jì)方法路線要加強(qiáng)支洞和輔洞的設(shè)計(jì)與建設(shè)，進(jìn)而保障施工隧洞洞的施工安全性，在合理的空間內(nèi)有效提升施工效率，加快施工進(jìn)度。

4、功能反饋方法設(shè)計(jì)。功能反饋方法設(shè)計(jì)主要是利用先進(jìn)的監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案與水利工程隧洞功能要求的實(shí)時(shí)調(diào)整并逐漸完善的設(shè)計(jì)方法。水利工程隧洞設(shè)計(jì)方法的確立需要建立在對(duì)水利工程工況具有系統(tǒng)的勘探和認(rèn)識(shí)上，這對(duì)于現(xiàn)在施工項(xiàng)目而言，設(shè)計(jì)難度較大，對(duì)于設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)要求較高。功能反饋方法設(shè)計(jì)有效規(guī)避了由于設(shè)計(jì)人員能力不足而引發(fā)的后期設(shè)計(jì)和施工問題，擴(kuò)大了方法選擇的范圍，并提升了設(shè)計(jì)效率。

三、水利工程隧洞設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

1、水利工程隧洞構(gòu)造設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。水利工程隧洞設(shè)計(jì)方法關(guān)于構(gòu)造設(shè)計(jì)與力學(xué)分析類型的選擇相似，由于結(jié)構(gòu)具體包括止水結(jié)構(gòu)、排水結(jié)構(gòu)和縫隙結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)方法的應(yīng)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(shè)計(jì)中需要完善止水結(jié)構(gòu)傳感器的設(shè)計(jì)，可以利用銅制或石英制的實(shí)現(xiàn)水帶檢測(cè)。排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意調(diào)節(jié)洪峰的進(jìn)出隧洞洞口不會(huì)積水，這就需要在設(shè)計(jì)時(shí)，加強(qiáng)地形與地勢(shì)的數(shù)據(jù)分析計(jì)算，為后期檢修打通安全通道?？p隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是考慮溫度對(duì)于水利工程隧洞整體穩(wěn)定性的影響。因此，水利工程隧洞設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用對(duì)于地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響規(guī)律加強(qiáng)探究，以不斷提升設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用水平。

2、水利工程隧洞灌漿設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。水利工程隧洞設(shè)計(jì)方法確定后，對(duì)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(zhì)對(duì)于施工效果影響顯著，水利工程隧洞方法設(shè)計(jì)的內(nèi)容需要結(jié)合灌漿設(shè)計(jì)的主要方式合理制定。水利工程隧洞的灌漿設(shè)計(jì)結(jié)合灌漿方式的不同分為固結(jié)式灌漿設(shè)計(jì)和回填式灌漿設(shè)計(jì)。依據(jù)上文講述的水利工程隧洞設(shè)計(jì)方法選擇的依據(jù)，加強(qiáng)周圍巖石的處理分析，明確固結(jié)式灌漿隧洞洞的參數(shù)。在對(duì)隧洞洞身進(jìn)行灌漿時(shí)，灌漿漿料一般采用水泥漿液。設(shè)計(jì)方法與施工方案相結(jié)合，需要弄清二者關(guān)系。設(shè)計(jì)方法選擇的依據(jù)和類型的確定不是一蹴而就的，需要反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證。

3、水利工程隧洞布局設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。水利工程隧洞布局設(shè)計(jì)方法主要包括水源和泥沙進(jìn)出口處的布局設(shè)計(jì)、隧洞洞身的布局設(shè)計(jì)和洞頂?shù)牟季衷O(shè)計(jì)。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用需要對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)做好應(yīng)用結(jié)構(gòu)反饋整理分析工作。水源或泥沙進(jìn)出口布局需要上半部分設(shè)計(jì)成半圓拱形，下半部分設(shè)計(jì)成矩形，這樣可以緩解隧洞上端巖石對(duì)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(jìn)而影響施工進(jìn)度。無論選擇何種設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)方案需要明確設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)于無明顯應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的設(shè)計(jì)方法，及時(shí)進(jìn)行修訂和完善。

結(jié)束語

綜上所述，水利工程隧洞設(shè)計(jì)方法的選擇對(duì)于隧洞工程施工質(zhì)量和施工效率具有重要影響，并且由于水利工程隧洞結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，因此為了保障水利工程隧洞施工順利進(jìn)行，必須加強(qiáng)隧洞設(shè)計(jì)方法的分析。

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