關(guān)于長大深埋水工隧洞設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用實踐分析

摘 要：針對目前長大深埋水工隧洞設(shè)計過程存在的技術(shù)運用局限，本文從實踐角度出發(fā)，分析了長大深埋水工隧洞設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用問題，并提出了應(yīng)用實踐的方法對策，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。結(jié)果表面，只有與工程項目所處的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行充分結(jié)合，才能使設(shè)計技術(shù)的運用效果起到事半功倍的效果。

關(guān)鍵詞：長大深埋水工隧洞；設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)；高地溫

中圖分類號：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0162-01

引 言

長大深埋水工隧洞，是解決復(fù)雜工程項目建造難度大問題的關(guān)鍵。其設(shè)計建造過程面臨的工程地質(zhì)問題，需從實踐角度出發(fā)，即在掌握高地溫地質(zhì)環(huán)境下設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用問題前提下，著手對工程項目的建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化控制。如此，長大深埋水工隧洞的建設(shè)使用就能以高穩(wěn)定性的狀態(tài)作用于鐵路、建筑以及橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施工程環(huán)境，進(jìn)而為涉及地區(qū)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，最終達(dá)到現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)背景下的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

1 研究長大深埋水工隧洞設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用實踐的現(xiàn)實意義

我國水利水電管理部門對深埋長隧洞的定義與國際隧洞協(xié)會的3～5km定義不同，將大于6km的隧洞定義為：深埋隧洞。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的不斷提升，長大深埋隧洞已經(jīng)運用于公路、鐵路以及水利水電等各類工程項目，其中水工隧洞總體建設(shè)使用呈現(xiàn)出來的長、大、深特點，使長大深埋隧洞的建造技術(shù)得到了大幅提升。但受水工隧洞建設(shè)環(huán)境的日趨復(fù)雜與工程建設(shè)規(guī)模日趨擴大影響，使地質(zhì)水文問題阻礙了長大深埋隧洞設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量水平。此工程建設(shè)技術(shù)的應(yīng)用背景下，研究人員應(yīng)加大長大深埋水工隧洞設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的科研力度，即對易造成復(fù)雜影響的地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行詳細(xì)分析，以提高長大深埋水工隧洞設(shè)計控制的科學(xué)有效性[1]。

2 長大深埋水工隧洞設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用問題

據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，長達(dá)深埋水工隧道設(shè)計面臨的工程地質(zhì)問題主要集中在：高地溫、高外水及突泥涌水、軟巖大變形以及高地應(yīng)力與巖爆。以高地溫工程地質(zhì)問題為例，通常情況下，當(dāng)隧洞所處的原始地溫達(dá)到28℃時，工程建設(shè)者就應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┓椒ㄟM(jìn)行溫度控制。如原始地溫達(dá)到35℃且濕度環(huán)境超出80%時，就會對工程項目的施工建設(shè)人員造成安全威脅。此外，對于工程建設(shè)材料的使用效果也會造成影響，即耐高溫炸藥、灌漿材料以及襯砌混凝土材料等，否則，就會對混凝土結(jié)構(gòu)作用的耐久性造成影響[2]。

如材料設(shè)計使用的效果不佳，混凝土結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的附加溫度應(yīng)力就會引起襯砌開裂問題，進(jìn)而大幅降低隧洞工程建設(shè)的耐久性。對于工程項目設(shè)計采用TBM法進(jìn)行建造的情況，設(shè)計人員應(yīng)考慮高地溫可能帶來的影響，即為其配套冷卻系統(tǒng)設(shè)備，來提高隧洞通風(fēng)系統(tǒng)的運行控制效果。此過程，長達(dá)深埋水工隧洞設(shè)計人員還可采用供排水系統(tǒng)、冰系統(tǒng)以及水系統(tǒng)降溫方案來降低高地溫影響。

但實際工程項目的建造環(huán)境是，地下工程埋深增加，使地溫值增加的同時，地下工程埋深與增加趨勢關(guān)系并非線性。這是因為隧洞地溫場的影響因素眾多，工程所處的地層巖性、地下水活動、地質(zhì)構(gòu)造以及隧洞埋深等，其影響程度與部位的差異性，降低了設(shè)計控制措施運用的價值。

為此，隧洞設(shè)計人員應(yīng)以實際工程項目為例，即在明確其地質(zhì)水文實際情況的基礎(chǔ)上，對設(shè)計技術(shù)的效果價值進(jìn)行控制，以提高長達(dá)埋深水工隧洞建造的質(zhì)量效果。

3 長大深埋水工隧洞設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用實踐分析

以貴州地區(qū)某長達(dá)深埋水工隧洞工程項目為例，經(jīng)地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，隧洞處在高地溫的環(huán)境下。為此，設(shè)計人員采用了以下措施方法進(jìn)行優(yōu)化控制。①做好工程建設(shè)場地的超前預(yù)報工作，即采用超前水平鉆孔等措施方法，來預(yù)測與掌控掌子面的前方溫度。②采用科學(xué)有效的通風(fēng)設(shè)計，如，通冷風(fēng)、灑低溫水以及放置冰塊等操作簡單且效果突出的降溫手段。③在安排施工計劃時，可考慮將高溫地段的開挖建設(shè)確定在冬季。④對于高溫或是超高溫的隧洞建設(shè)環(huán)境，如洞外氣溫較低，可通過增加通風(fēng)量，來滿足工程設(shè)計的降溫目標(biāo)需求。如，仍達(dá)不到降溫的預(yù)期要求，設(shè)計人員可配備制冷設(shè)備，來提高降溫效果[3]。

此外，水工隧洞設(shè)計人員還應(yīng)采用多種手段且聯(lián)合運用的方法，來分析高地溫所處的環(huán)境條件、影響因素以及破壞機理等，并通過試驗檢測來對破壞現(xiàn)象影響進(jìn)行對比分析。在對本工程高地溫情況以及運行階段的過水溫度情況，設(shè)計人員著手對其進(jìn)行了熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元分析，并確定了較為穩(wěn)定的洞段山體。即將襯砌作業(yè)確定采用限裂設(shè)計，來控制澆筑混凝土洞壁溫度與多年平均河水的水溫溫差，以降低溫度場因混凝土襯砌結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)力影響。與此同時，對于特殊的高地溫洞段，設(shè)計人員采用了新型的隧洞襯砌結(jié)構(gòu)，即在在圍巖與混凝土襯砌間設(shè)置了高效的隔熱材料，以圍巖的高地溫對襯砌造成傳導(dǎo)影響。為釋放溫度應(yīng)力，可在混凝土襯砌的拱頂設(shè)置鍵槽，來提高高地溫的溫度控制效果。如表1所示，為高地溫地質(zhì)問題工程采用設(shè)計措施的實施效果。

在此水工隧洞設(shè)計技術(shù)措施運用背景下，工程建設(shè)完成后順利貫通，為涉及工程建設(shè)使用的安全穩(wěn)定性提供了有效保證[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，長大深埋水工隧洞的設(shè)計工作開展，需以實際工程項目為例，即采用勘察手段明確工程地質(zhì)問題實際情況的基礎(chǔ)上，對設(shè)計技術(shù)進(jìn)行針對性調(diào)整，以強化設(shè)計控制的科學(xué)有效性。事實證明，只有這樣，長達(dá)深埋水工隧洞工程的建造設(shè)計效果才能得到應(yīng)有的保證，進(jìn)而為涉及地區(qū)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，最終服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]王 鋒，鄭曉紅，王玉潔.錦屏二級深埋長大水工隧洞安全監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)[J].大壩與安全，2017（06）：57～62.

[2]杜雷功.長大深埋水工隧洞設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究與實踐[J].水利水電技術(shù)，2017，48（10）：1～9.

[3]袁海波.深埋長大公路隧洞巖爆預(yù)測及防治措施[J].山西建筑，2015，41（08）：183～184.

[4]和孫文，于 濤.深埋長大水工隧洞施工新技術(shù)研究[J].云南水力發(fā)電，2013，29（04）：1～7.

收稿日期：2018-8-10