水利工程隧洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺談

牛永前

摘 ?要：在水利工程的建設(shè)中，隧洞區(qū)域是比較常見的一種建設(shè)結(jié)構(gòu)區(qū)域。隧洞由于自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工技術(shù)要求與常規(guī)的水利工程建設(shè)區(qū)域有所不同，因此需要在設(shè)計(jì)階段就把握好工作開展的要點(diǎn)。隧洞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作在具體開展的過程中，不同的設(shè)計(jì)區(qū)域在設(shè)計(jì)方法上都有所差異，下文本文結(jié)合水利工程隧洞設(shè)計(jì)的不同環(huán)節(jié)闡述具體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水利工程;隧洞結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)分析

引言：

水利工程項(xiàng)目建設(shè)中，隧洞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)系列工程，整體設(shè)計(jì)工作的開展需要注意的技術(shù)要點(diǎn)和參數(shù)設(shè)置要求有多種不同的類型。具體的設(shè)計(jì)工作開展過程中要綜合考慮各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，協(xié)同做好整體設(shè)計(jì)。

一、隧洞設(shè)計(jì)在水利工程中的重要性

（一）維護(hù)水利工程的安全

隧洞結(jié)構(gòu)本身在位置區(qū)域和施工建設(shè)中就屬于風(fēng)險(xiǎn)較大的一個(gè)施工環(huán)節(jié)，在隧洞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)把握好設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法，能夠通過科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置提高隧洞施工中和完工后的安全系數(shù)，對于水利工程來說，在設(shè)計(jì)階段就有效規(guī)避可能出現(xiàn)的安全隱患是非常重要的[1]。

（二）提高隧洞施工的效率和質(zhì)量

隧洞結(jié)構(gòu)的特征是復(fù)雜性強(qiáng)，這也意味著施工建設(shè)中針對隧洞結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)容易出現(xiàn)工期長，施工技術(shù)要求高的問題。設(shè)計(jì)階段的工作是在充分考慮了施工建設(shè)區(qū)域的周邊環(huán)境和建設(shè)要求的基礎(chǔ)上開展的工作，需要對整個(gè)工程建設(shè)的應(yīng)用效果和安全問題等多方面的問題進(jìn)行綜合考慮[2]。因此，抓住設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的要點(diǎn)，提高設(shè)計(jì)工作的合理性，有利于通過優(yōu)化前期設(shè)計(jì)方案為后續(xù)的施工建設(shè)工作開展提供便利。這能夠?yàn)檫M(jìn)一步提升施工建設(shè)的效率和質(zhì)量起到一定的促進(jìn)作用。

二、隧洞設(shè)計(jì)工作開展中的要點(diǎn)分析

隧洞設(shè)計(jì)工作的開展需要針對不同的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略進(jìn)行應(yīng)對，力求取得符合項(xiàng)目建設(shè)效果的隧洞設(shè)計(jì)。下文結(jié)合不同的設(shè)計(jì)區(qū)域?qū)λ矶丛O(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行分析。

（一）封堵體設(shè)計(jì)要點(diǎn)

封堵體在隧洞結(jié)構(gòu)中主要發(fā)揮承載重量的作用，其所承載的重量包括了其自身的重量、直接水壓、滲水壓力、以及由于灌漿操作和圍巖施工帶來的壓力。這幾種壓力可能以單一作用或綜合作用的方式使得封堵體受力。在進(jìn)行封堵體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)針對性地在封堵體的建筑原材料中添加具有活性的復(fù)合型膨脹節(jié)。提高封堵體的承受能力。為了提高設(shè)計(jì)工作的精確性，在對不同區(qū)域的受力情況要通過數(shù)據(jù)計(jì)算的方式進(jìn)行合理分析，系統(tǒng)性地掌握受力情況。另外，針對封堵體本身的規(guī)格尺寸也要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)[3]。通常情況下，與封堵體結(jié)構(gòu)規(guī)格相關(guān)的元素主要是長度因素?，F(xiàn)階段關(guān)于封堵體長度的計(jì)算方法并沒有形成一個(gè)完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。比較常見的計(jì)算方法有二，一是按照封堵洞的尺寸取其倍數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常情況下，符合實(shí)際應(yīng)用要求的封堵體尺寸要達(dá)到封堵洞洞涇的3倍以上。二是三維有限元分析。這種分析方法主要是通過建立三維有限元計(jì)算模型進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，確定封堵體的尺寸。在計(jì)算尺寸指標(biāo)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意將計(jì)算環(huán)境設(shè)置為封堵體的工作狀態(tài)下。

（二）彈性抗力指標(biāo)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

彈性抗力指標(biāo)是指隧洞結(jié)構(gòu)在向外變形的過程中產(chǎn)生的一種處在結(jié)構(gòu)物上的反作用力。哲宏作用力的強(qiáng)度與圍巖本身的特性有直接的關(guān)系。在隧洞結(jié)構(gòu)中，彈性抗力指標(biāo)承擔(dān)著一部分的內(nèi)水壓力。因此，設(shè)計(jì)中還需要充分考慮隧洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全問題，在確保安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上做好彈性抗力的設(shè)計(jì)。另外，具體到彈性抗力指標(biāo)的計(jì)算環(huán)節(jié)，目前并沒有形成一個(gè)獨(dú)立的、具有創(chuàng)新性的計(jì)算方法，而是對長期以來運(yùn)用的常規(guī)方法進(jìn)行沿用。在具體計(jì)算中，通常需要通過假設(shè)圍巖是一種無限且均質(zhì)的彈性介質(zhì)，計(jì)算中運(yùn)用固定的計(jì)算公式得到彈性抗力的數(shù)值。另外，埋深也是影響彈性抗力的一個(gè)主要因素。對于埋深指標(biāo)的具體要求是，深埋深度要高于開挖直徑的3倍。并且保持圍巖的均質(zhì)性和穩(wěn)定性。但這一條件也不能作為單一的條件判定彈性抗力指標(biāo)，為了提高指標(biāo)判定的準(zhǔn)確性，還需要考慮圍巖結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量[4]。而且從實(shí)際出發(fā)分析可知，如果遇到中小型的水利工程項(xiàng)目，其隧洞設(shè)計(jì)工作的開展中，針對圍巖結(jié)構(gòu)的前期勘察工作可能會存在充分性不足的問題，這些問題會直接影響深埋的深度設(shè)置，通常情況下，不容易達(dá)到3倍的直徑標(biāo)準(zhǔn)。最后，彈性抗力的計(jì)算數(shù)據(jù)在確認(rèn)時(shí)，還需要考慮其在實(shí)際施工建設(shè)中的可行性。避免數(shù)據(jù)指標(biāo)單純具有計(jì)算價(jià)值而失去了具體應(yīng)用中的價(jià)值。

（三）襯砌結(jié)構(gòu)的有效設(shè)計(jì)

襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作開展在現(xiàn)代的隧洞設(shè)計(jì)中被認(rèn)定為圍巖區(qū)域設(shè)計(jì)的輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主要原則是，通過襯砌結(jié)構(gòu)的附加，提高圍巖結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性和應(yīng)用效果。具體來說，襯砌結(jié)構(gòu)的作用主要有以下幾個(gè)方面。

1.提高圍巖表面的平整度

圍巖表面的平整度與圍巖結(jié)構(gòu)的密實(shí)性有非常直接的聯(lián)系，要想確保圍巖結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，襯砌是修復(fù)其表面出現(xiàn)的不平整問題的有效措施，對于項(xiàng)目建設(shè)來說，保證襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性是提升圍巖結(jié)構(gòu)質(zhì)量的有效路徑。另外，從平整度提升的具體作用上分析，有了良好的平整度狀態(tài)，圍巖自身的荷載能力以及對外部環(huán)境中溫度、濕度等影響因素的抵御能力也會隨之加強(qiáng)。

2.提升隧洞設(shè)計(jì)的安全系數(shù)

從隧洞的整體設(shè)計(jì)效果角度分析，這意味著隧洞結(jié)構(gòu)本身在施工建設(shè)中的按安全系數(shù)會有所提高。只有在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中充分重視一下幾方面問題，才能為取得更好的隧洞運(yùn)行效果提供有效保障。

三、結(jié)束語

綜合來講，水利工程中的隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量和安全系數(shù)，為了取得更好的隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)提升參數(shù)計(jì)算科學(xué)性、優(yōu)化隧洞設(shè)計(jì)理念等多方面入手進(jìn)行全面調(diào)整和完善。從設(shè)計(jì)人員自身的角度上來說，其自身也應(yīng)當(dāng)注意設(shè)計(jì)水平的提升，切實(shí)按照具體工程項(xiàng)目的要求開展設(shè)計(jì)工作，通過對設(shè)計(jì)要點(diǎn)的控制達(dá)到控制整個(gè)設(shè)計(jì)工作質(zhì)量的目的。

參考文獻(xiàn)

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