探討中小型水工隧洞設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化

胡訊書

摘?要：中小型水工隧洞，作為提升所處地區(qū)水資源利用效率的重要基礎(chǔ)設(shè)施。其建設(shè)過程易受所處水文地質(zhì)條件因素的影響而出現(xiàn)諸多不合理問題，不僅會(huì)影響工程建設(shè)效果，還會(huì)延長(zhǎng)施工進(jìn)度。為改善這一問題，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)在明確工程建設(shè)要求與既定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)情況下，采用科學(xué)技術(shù)方法對(duì)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如此，隧洞建設(shè)環(huán)節(jié)就可遵循具有科學(xué)合理性的方案落實(shí)各部分隧洞結(jié)構(gòu)的建設(shè)。這是推動(dòng)水工行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵，基于此，本篇文章對(duì)中小型水工隧洞設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：中小型隧洞;隧洞設(shè)計(jì);施工優(yōu)化

引言

水利工程的建設(shè)能夠有效緩解我國(guó)現(xiàn)階段的能源緊張的局面，同時(shí)，還能提高水力資源的利用效率。在實(shí)際的中小型水利工程建設(shè)中，隧洞的設(shè)計(jì)以及施工具有重要意義，對(duì)于工程的質(zhì)量具有直接影響。隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該堅(jiān)持以堵為主，限排為輔的原則，加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)勘察工作。另外，還要對(duì)相關(guān)的施工工藝進(jìn)行優(yōu)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(zhì)量。

一、中小型水工隧洞設(shè)計(jì)

（一）簡(jiǎn)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(xì)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(yōu)化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和高寬比安全性特點(diǎn)，將斷面簡(jiǎn)化為特例斷面進(jìn)行參數(shù)關(guān)聯(lián)分析。

（二）引入水力最優(yōu)斷面的過流設(shè)計(jì)

圓拱直墻式隧洞過流斷面為矩形，一定流量下的水力最優(yōu)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(yīng)用中出現(xiàn)機(jī)率較小，《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）推薦采用實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面，其面積（A）與最優(yōu)面積（A0）的比值α為1.01～1.04。

（三）隧洞襯砌設(shè)計(jì)

隧洞的施工建設(shè)過程，應(yīng)在嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)情況下，通過支護(hù)來加固周邊圍巖。具體來說，就是根據(jù)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況，確定圍巖壓力。經(jīng)勘察，隧洞圍巖屬V類，設(shè)計(jì)開挖作業(yè)后，運(yùn)用C25鋼筋混凝土對(duì)其進(jìn)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(wěn)定狀態(tài)，無(wú)需進(jìn)行其他方面的處理。設(shè)計(jì)過程，相關(guān)人員應(yīng)通過3次計(jì)算來保證各點(diǎn)法向位移與抗力條件的一致性。對(duì)于隧洞的進(jìn)口部位，應(yīng)運(yùn)用漿砌石翼墻，寬度應(yīng)設(shè)置為3.5m，并把攔污柵設(shè)置在墻的末端部位。值得注意的是，取水塔內(nèi)部的內(nèi)外半徑應(yīng)分別設(shè)置為2.4m，2.7m。同時(shí)，還要對(duì)其工作閘門進(jìn)行檢修，以滿足既定的設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

二、中小型水工隧洞施工優(yōu)化措施分析

（一）隧洞開挖前

巖體中的地應(yīng)力場(chǎng)稱為初始地應(yīng)力場(chǎng)，是在長(zhǎng)期、復(fù)雜的地質(zhì)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(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、溫度應(yīng)力，以及因沉積、變質(zhì)、固結(jié)等作用引起的應(yīng)力。隧洞開挖后，隧洞周圍初始地應(yīng)力場(chǎng)受到擾動(dòng)，原有的應(yīng)力平衡遭到破壞，應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行應(yīng)力重分布，并引起圍巖變形，以達(dá)到新的平衡。隧洞的失穩(wěn)主要因巖體應(yīng)力重分布后，其應(yīng)力超過強(qiáng)度，難以形成新的平衡而造成。應(yīng)力重分布的結(jié)果和初始地應(yīng)力場(chǎng)有較大關(guān)系，初始地應(yīng)力場(chǎng)的確定是評(píng)判隧洞開挖后圍巖是否穩(wěn)定的關(guān)鍵問題。

（二）工程支洞優(yōu)化

在優(yōu)化中，其主要目的就是為了縮短工期，提高通風(fēng)、排煙、排渣的工作效率，同時(shí)，還能避免施工對(duì)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(shè)置容易導(dǎo)致施工成本增加，同時(shí)，還會(huì)受到地形地形的限制不能保證經(jīng)濟(jì)效益。所以，在實(shí)際的施工中，此種方式雖然能夠縮短工期，但是對(duì)于經(jīng)濟(jì)具有一定的影響，相關(guān)的工作人員應(yīng)該依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮然后再?zèng)Q定。

（三）開挖施工機(jī)械化控制機(jī)械化

作為滿足水庫(kù)工程隧洞施工進(jìn)度要求的關(guān)鍵，施工優(yōu)化人員應(yīng)從實(shí)踐角度出發(fā)，對(duì)開挖與鉆孔設(shè)備進(jìn)行優(yōu)選，以提升其作用于施工場(chǎng)地實(shí)際情況的安全可靠性。經(jīng)對(duì)以往隧洞施工情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)多臂鉆孔設(shè)備的施工速度較快，風(fēng)鉆設(shè)備的施工速度較慢。但受隧洞施工環(huán)境多樣性的影響，多臂鉆設(shè)備的作用效果較低，風(fēng)鉆因其在施工場(chǎng)地占用空間小，可高效作用于開挖施工過程。

（四）巖爆的預(yù)測(cè)和模擬

巖爆的預(yù)測(cè)和模擬是隧洞工程建設(shè)的難題，由于形成機(jī)理十分復(fù)雜，準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)巖爆發(fā)生的位置、時(shí)間和強(qiáng)度難度非常大。近年來，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)巖爆機(jī)理、預(yù)測(cè)和模擬等進(jìn)行了許多研究，取得了一定的成果。在巖爆機(jī)理方面，有分形理論、突變理論和能量理論等理論;在預(yù)測(cè)方法方面，根據(jù)巖爆發(fā)生的機(jī)理，有應(yīng)力判據(jù)、能量判據(jù)等判據(jù);在數(shù)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(fù)雜的動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象，與初始地應(yīng)力場(chǎng)、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水條件、隧洞斷面、施工方法等許多因素相關(guān)，巖爆發(fā)生的機(jī)理目前還未完全掌握，巖爆模擬和預(yù)測(cè)的結(jié)果還不十分準(zhǔn)確，特別是對(duì)于融合了大型構(gòu)造、復(fù)雜巖性和富水條件下的深埋隧洞，巖爆預(yù)測(cè)和模擬的方法亟待進(jìn)一步研究。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，中小型水工項(xiàng)目隧洞的建設(shè)，應(yīng)在明確所處水文地質(zhì)環(huán)境條件基礎(chǔ)上，開展設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化控制工作。事實(shí)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(shí)踐，進(jìn)而促進(jìn)所處工程施工建設(shè)的整體性與科學(xué)合理性。為此，工程建設(shè)者應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研結(jié)果更多地作用于不同建設(shè)條件與建設(shè)要求的中小型水工項(xiàng)目，以提高其作用于水資源可持續(xù)使用的效果價(jià)值。

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