研究水工隧洞设计方法

朱应强

（思南县水务局）

水工隧洞设计方法的挑选，有益于确保工程的施工安全以及质量。其中，水工隧道的内部结构为岩石和加固措施共同构成的，在对其进行设计的过程中，要充分考虑洞室围岩的稳定性以及承载的能力，在前期要对地质条件等充分的进行探究和分析，以便将隧洞的加固措施作用全面发挥出来。此外，由于水工隧洞当中的建设规模越来越大，隧道当中的施工和地质勘探技术、计算机技术以及岩石力学等有了全面的发展，提升了隧道当中的科学水平。因此，应用合理的支护结构形式可将隧洞当中的设计水平进行提升，保障工程效益实现最大化。

1 水工隧洞设计方法的类型

1.1 结构力学设计方法

对于结构力学设计方法的应用，是在水工隧道洞实际力学的基础理论知识前提下，充分的考虑水工隧洞当中的水文条件和地形地质情况等，将立力学分析模型作为设计的形式[1]。对于该项设计方式的应用，最明显的特征便是有明确的设计目标和清晰的设计思路，特别是在传输水工隧道、施工水工隧道以及排沙水工水隧道当中非常适用，可有效保障水工隧洞相关施工方案的合理性以及科学性，有益于施工效率的提升。

1.2 有限元分析设计方法

对于有限元分析设计方法的应用，主要是利用对单一变量法的控制，对影响施工隧洞设计内外因素进行详细的分析，可将隧洞设计的科学性进行提升。对于该设计方式的应用，具有非常强的匹配性和实用性[2]。在应用的过程中，要针对洞内实际荷载的情况进行分析，针对围岩和锚杆等荷载能力实施详细的计算，并依据最终的计算结果，调整好隧洞当中的开挖厚度和弹性抗压能力。对于该项设计方式的应用，在施工方案比较清晰的隧洞施工当中比较适用，依据相应的设计需求，可将设计方案的可控性以及可行性进行提升，所以该项设计方式也是主要的设计方式。

1.3 施工预期设计方法

该项设计方法为依据水工隧洞的具体施工方案进行设计的，在正式施工之前，要做好相应的预判和预测工作，如施工产生的成本、进度以及质量等，有益于保障施工的效率和质量[3]。在实施预测和预判时，要高度关注整体布局的合理性等，在对隧洞的半径进行确定时，对于长时间的施工工程，在对其旋转的半径进行控制时，还要关注支洞以及辅洞的相关设计工作以及施工，这样可以在相应的范围当中，保障工程效益的最大化。

1.4 功能反馈设计方法

该设计方法需要使用当前对先进的设计以及检测技术，可将水工隧功能要求的设计方法进行详细的调整，使其能够不断的完善。通常应用的设计方法需要在实际施工情况的基础上进行应用，这样可将工程红后期设计方案的合理性进行提升[4]。避免产生一系列的质量问题，并将水工隧洞设计方案的选择范围进行了扩大，有益于设计效率的提升。

2 水工隧洞设计方法选择的依据

2.1 水工隧洞抗裂指标的要求

水工隧设计方法要尽可能对施工的最低要求给予满足，对设计方法的应用测试进行加强。针对抗裂水隧道当中的相关设计包括堆砌式和预压式水工隧洞。在堆砌式施工隧洞的设计中，要应用钢筋混凝土，以便实现抗裂性能指标[5]。因为钢筋水泥的材质的特征比较特殊，导致了水工隧洞易出现开裂的情况。所以，针对设计方式的选择，要精确计算钢筋水泥材料的热膨胀系数，强化与地理环境和地质组分的匹灌浆研究。

2.2 水工隧洞施工方案分析

对于水工隧洞的设计，其关键的任务在于确保水工隧洞的实际施工进度以及相关目标的完成，将水工隧洞的可靠性以及功能性的作用全面发挥出来。在选择设计方法的过程中，要对施工隧洞的设计原则进行明确，确保设计方案与实际的施工方案保持一致，将设计的便利优势性发挥出来。在不同的地理环境以及结构当中，要对施工的影响因素进行充分的考虑，用当前最先进的设计和技术进行结合。

2.3 水工隧洞检修安全保障

水工隧洞方法的合理选择，要对检修和施工的安全性进行保障。其中，在施工的过程中，应用原则为预防为主、安全第一。在设计和选择时，要对周边的环境有充分的考量，检修安全设计的方式要与施工的理念相互吻合。①检测安全设计的原则，可调动起工作人员的工作热情，将检修人员的顾虑排除；②该原则可为其它的设计问题奠定良好的基础和条件；③水工隧洞设计的方法，要结合实际情况进行调整，可将设计方法的普遍性以及适用性进行提升。

3 水工隧洞设计方法应用的注意事项

3.1 施工隧洞的构造设计

水工隧洞的设计方法可对常压下的无水渗透要求给予满足。所以，在实际设计的过程中，针对隧洞止水结构的传感器要不断给予完善，可应用铜制的传感器对其实施详细的检测。在对排水结构进行设计时，针对其中的水文数据、地质数据和地形数据要详细的分析和计算，避免在洪水期间，隧洞的洞口有积水的现象出现。通常情况下，温度对于水工隧洞的稳定性能会产生严重的影响。所以，在对缝隙结构进行设计的过程中，对于温度问题要给予充分的考虑，并根据实际的水文和地质条件等，应用合理的设计方法，以便将设计方法的应用价值发挥出来。

3.2 水工隧洞的灌浆设计

施工隧洞灌浆过程中应用的材料，会对整个施工的效果产生直接的影响。所以，在对设计方法进行选择的过程中，要结合不同的灌浆目的。依据不同的灌浆方法，可将灌浆设分为固结式以及回填式。在对隧洞的洞身实施灌浆施工时，需要详细分析处理周围的岩石情况。此外，在实际灌浆的过程中，使用最多的材料为水泥砂浆。依据工程的实际情况，可将水玻璃、氯化钙以及速凝剂等填入到水泥浆液当中。

3.3 施工隧洞的结构布置设计

水工隧洞的结构布置设计涵盖了进出口设计、洞身设计以及洞口的设计。一般情况下，对于具有输送水泥以及泥沙工程的隧洞，会将进出口的上半部分以及进出口的下半部分设计成矩形或者半圆拱形，可将隧洞上方的岩石对隧洞造成的压力减少。在对隧洞洞身进行布置的过程中，要对排沙效率以及传输效率的影响进行充分的考虑，以便提高运行的整体效果和进度。因此，面对工程当中的具体地质条件，要记录好设计方法在隧洞当中的使用情况，并加以整理，从而分析出不同的地质环境中，应用各种设计方法产生的优势以及劣势。

4 结束语

总之，水工隧洞设计的具体方法、方案的制定，要很据实际情况对方案进行确定，其中要提升对设计方法的验证和计算，并针对实际的将地质情况以及水文结构等实施系统的调整，可将设计方法的使用效率进行提升。此外，设计人员在进行设计时，要对设计认真总结，对设计方案以及施工方案进行不断的完善，从而提升水工隧洞的设计质量。

[1]李腾，苏凯，张智敏，伍鹤皋.高压水工隧洞透水衬砌设计与优化方法[J].岩石力学与工程学报，2017，36（S2）：4047～4053.

[2]高 仝.水工隧洞设计方法研究[J].黑龙江水利科技，2017，45（06）：73～74+93.

[3]文喜雨，苏凯，周亚峰.高压水工隧洞透水衬砌设计方法与理论研究[J].武汉大学学报（工学版），2016，49（06）：824～830.

[4]吴 琨.浅谈水工隧洞设计方法[J].珠江水运，2016（12）：54～55.

[5]李向东.浅谈水工隧洞设计方法[J].山西水利科技，2014（04）：44～45+60.