关于水工隧道洞设计的一些问题

2016-07-19马国文新疆水利水电勘测设计研究院

珠江水运 2016年12期

◎ 马国文新疆水利水电勘测设计研究院

关于水工隧道洞设计的一些问题

◎ 马国文新疆水利水电勘测设计研究院

摘要：水是生命之源，电是社会运转的源动力。随着水利水电工程的持续建设，水利水电技术得到快速发展。在水利水电建设工程中，水工隧道洞可以为工程提供完善的电力，可以为周边打通水利输运的通道。水工隧道洞由于应用广泛，近年来得到大家广泛的关注。然而，由于我国水工隧道洞在设计过程中依然存在一些问题，导致对于水利和水电的供给可靠性受到影响，没能最大程度的发挥水工隧道洞在水利水电工程施工中的优势。为了不断提升水工隧道洞的设计和施工水平，必须明确水工隧道洞设计存在问题的原因。以及时采取相关对策，最终实现水工隧道洞的高效利用。

关键词：隧道洞水利水电问题探究设计原则

所谓水工隧道洞是指在地下进行水利水电工程施工时，需要开凿隧洞。水工隧道洞可以广泛应用于发电、农田灌溉、水库蓄水和泄水、水利水电施工引流等。根据水工隧道洞的自由水压力可以分为高压水工隧道洞和常压水工隧道洞。水工隧道洞在设计时，需要严格遵循设计准则，防止高压水工隧道洞和常压水工隧道洞出现湍流交替现象的出现，阻碍水利水电工程的施工进度。本文浅析了水工隧道洞的种类以及设计线路选择问题，结合水工隧道洞的设计原则，提出了水工隧道洞在不同设计方面具体的注意事项。

1.水工隧道洞的分类及设计线路选择

1.1 传输水工隧道洞

水工隧道洞在具体设计中，需要结合不同的隧道洞功能需求展开设计。水工隧道洞目前主要分为：传输水工隧道洞、调控水工隧道洞、施工水工隧道洞和排沙水工隧道洞。所谓传输水工隧道洞是指可以实现水资源引流与输送功能。传输水工隧道洞设计路线应该选择地势较为平坦的地区，尽可能避开地表水渗透区和地质构造复杂的地区。水工隧道洞洞线应尽可能保持水平，路线尽可能为直线，缩短水工隧道洞的传输距离，提升水工隧道洞的水资源传输效率。除此之外，设计线路最好为常压水工隧道洞，降低传输能耗。

1.2 调控水工隧道洞

所谓调控水工隧道洞主要是在水利水电施工过程中，可以起到蓄水和调洪峰的隧道洞。由于水利水电工程施工环境较为多样化，周边水资源的调控水平的高低，直接决定整个工程项目建设的安全性。对于调控水工隧道洞在设计路线选择时，需要加强实际的地理环境勘探，结合水资源的调控技术发展现状，设计易于施工和调控的隧道洞动工解决方案。调控水工隧道洞为了更好的实现调峰削谷，需要在设计路线选择时，保障隧道洞上水口的水流流畅，出水口无障碍物阻碍，隧道洞地基与周边建筑保持足够的距离，减少冲刷隐患。

1.3 施工水工隧道洞

所谓施工水工隧道洞是为了减少水利水电工程项目施工难度，专门为工程施工人员设计的水工隧道洞。施工水工隧道洞与传输水工隧道洞的功能类似，同样可以实现水资源的部分引流和传输功能。施工水工隧道洞在设计路线选择时，需要充分满足施工条件。注重施工通道的场地布局问题，在进行水工隧道洞半径选择时，要严格限定旋转半径。对于较长的隧道洞，设计路线要加强支洞和辅洞的设计与建设，进而保障施工隧道洞的施工安全性，在合理的空间内有效提升施工效率，加快施工进度。

1.4 排沙水工隧道洞

所谓排沙水工隧道洞是指在施工过程中可以将水库产生的废渣和泥沙利用专有隧洞及时清理出去。排沙水工隧道洞可以及时减小周边的岩石压力，主要是在放空水库后，可以顺利实现水利水电工程建筑的检修与维护工作。排沙水工隧道洞的设计路线选择需要以当地的地质条件为依据。对于高压水工隧道洞的施工，需要保障稳定岩石的覆盖厚度多于30cm，隧道洞的洞体直径约占隧道长度的三分之一。对于常压水工隧道洞的施工设计，则需要结合地形条件，对于水工隧道洞的弯道设计曲率半径高于排沙隧道洞体直径的8倍。

2.水工隧道洞的设计原则

2.1 抗裂性好

无论实现何种功能的水工隧道洞，在设计与施工需要严格执行水工隧道洞的抗裂性能测试，保障水工隧道洞的使用寿命。对于抗裂水工隧道洞的设计一般分为预压式水工隧道洞和堆砌式水工隧道洞。堆砌式主要借助钢筋混凝土实现抗裂性能指标的达成。由于钢筋水泥材质自身的特性决定了堆砌式的水工隧道洞容易开裂，因此在设计时，必须将钢筋水泥材料的热膨胀系数进行精准计算，加强与当地地质组分和地理环境相互匹配的灌浆配方的研制。需要指出的是抗裂性较好的水工隧道洞，其设计的安全级别较高，可以有效提升设计水平。

2.2 施工便利

由于水工隧道洞设计的主要目标是保障施工进度，降低施工难度，实现安全可靠的水利水电工程建设。在进行设计时，需要明确水工隧道洞的基本设计原则，保障设计方案与施工方案的对等一致性，发挥水工隧道洞设计的施工便利优势。不同的地理环境和地质构造对于水工隧道洞的设计而言，考虑的施工便利影响因素不同，这就需要结合先进的施工技术和施工设备，合理制定水工隧道洞的设计方案。经过调查发现，由于隧道洞工程属于高危项目，每一公里长的水工隧道洞建成，就会伤亡一个劳动力。施工便利设计原则，可以有效降低伤亡率。

2.3 检修安全

水工隧道洞在具体的应用过程中，会因施工周期的长短而进行一定频率的检修和维护。对于施工型水工隧道洞必须坚持检修安全的设计原则。在对整个隧道洞的路线进行设计选择时，需要综合考量地质构造、地形条件、水文状况和施工计划等，水工隧道洞的检修安全设计原则，与安全第一，预防为主的施工理念相吻合，有效体现了人作为施工设计的主要参与者的主体作用。一方面，检修安全设计原则可以激发相关检修人员的工作积极性，排除检修人员的顾虑；另一方面，检修安全设计原则有利于从根本上为解决其他设计问题奠定客观条件基础。

3.水工隧道洞在不同设计方面具体的注意事项

3.1 水工隧道洞的构造设计

水工隧道洞的构造设计具体又包括止水结构设计、排水结构设计和缝隙结构设计。止水结构设计需要注意水工隧道洞可以满足常压下的无水渗透要求，在设计中需要完善止水结构传感器的设计，可以利用铜制或石英制的实现水带检测。排水结构设计需要注意调节洪峰的进出隧道洞口不会积水，这就需要在设计时，加强地形与地势的数据分析计算，为后期检修打通安全通道。缝隙结构设计主要是考虑温度对于水工隧道洞整体稳定性的影响，需要注意水工隧道洞洞口与洞身的分块设计，一般可以采用间歇式施工方案，加强洞内壁的差异化处理。

3.2 水工隧道洞的灌浆设计

水工隧道洞的灌浆设计结合灌浆方式的不同分为固结式灌浆设计和回填式灌浆设计。依据上文讲述的水工隧道洞设计原则，加强周围岩石的处理分析，明确固结式灌浆隧道洞的参数。在对隧道洞身进行灌浆时，保证每排多于8个灌浆孔，孔距约2至3m，灌浆压力高于隧道洞内的施工压力。回填式灌浆设计需要注意堆砌隧道洞完成后，在洞口弧顶90度到110度的范围内进行浆料回填，灌浆压力一般需要控制在3到7个大气压。灌浆浆料一般采用粉煤灰。粉煤灰品质需要满足国家二级标准以上，以保障灌浆设计获得应有的效果。

3.3 水工隧道洞的布局设计

水工隧道洞的布局设计主要针对传输型和排沙型水工隧道洞设计。布局主要包括水源和泥沙进出口处的布局设计、隧道洞身的布局设计和洞顶的布局设计。水源或泥沙进出口布局需要上半部分设计成半圆拱形，下半部分设计成矩形，这样可以缓解隧道上端岩石对隧道洞的压力。隧道洞身要设计成喇叭口状，需要简化设计流程，提升设计效率。隧道洞身的布局直接影响传输效率和排沙效率，进而影响施工进度。洞顶的布局要呈现圆锥形，传输和排沙对于隧道洞顶的布局方案要求不严，圆锥形有利于扩宽隧道洞顶的应用范围，节省施工成本。