探讨中小型水工隧洞设计与施工优化

胡讯书

摘 要：中小型水工隧洞，作为提升所处地区水资源利用效率的重要基础设施。其建设过程易受所处水文地质条件因素的影响而出现诸多不合理问题，不仅会影响工程建设效果，还会延长施工进度。为改善这一问题，相关建设者应在明确工程建设要求与既定规范标准情况下，采用科学技术方法对指标参数进行设置。如此，隧洞建设环节就可遵循具有科学合理性的方案落实各部分隧洞结构的建设。这是推动水工行业健康稳定发展的关键，基于此，本篇文章对中小型水工隧洞设计与施工优化进行研究，以供参考。

关键词：中小型隧洞;隧洞设计;施工优化

引言

水利工程的建设能够有效缓解我国现阶段的能源紧张的局面，同时，还能提高水力资源的利用效率。在实际的中小型水利工程建设中，隧洞的设计以及施工具有重要意义，对于工程的质量具有直接影响。隧洞结构设计过程中，应该坚持以堵为主，限排为辅的原则，加强对施工现场的地质勘察工作。另外，还要对相关的施工工艺进行优化，制定合理的施工方案，保证施工的顺利开展，才能提高施工质量。

一、中小型水工隧洞设计

（一）简化隧洞断面

按是否过流划分，圆拱直墙式输水隧洞断面可分为过流断面和净空两部分。按过流部位细分：有圆拱不过流，直墙段部分过流;圆拱部分过流，直墙段淹没;特例有圆拱部分不过流，直墙部分全断面过流。为优化设计，体现经济和高宽比安全性特点，将断面简化为特例断面进行参数关联分析。

（二）引入水力最优断面的过流设计

圆拱直墙式隧洞过流断面为矩形，一定流量下的水力最优断面为宽浅式，过流断面面积最小，底宽是水深的2倍（b0=2h0），但此种形式在工程应用中出现机率较小，《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）推荐采用实用经济断面，其面积（A）与最优面积（A0）的比值α为1.01～1.04。

（三）隧洞衬砌设计

隧洞的施工建设过程，应在严格按照规范标准情况下，通过支护来加固周边围岩。具体来说，就是根据围岩结构的稳定情况，确定围岩压力。经勘察，隧洞围岩属V类，设计开挖作业后，运用C25钢筋混凝土对其进行喷射加固处理，即将厚度控制在10cm上下。此后，隧洞工程所处的围岩就处于稳定状态，无需进行其他方面的处理。设计过程，相关人员应通过3次计算来保证各点法向位移与抗力条件的一致性。对于隧洞的进口部位，应运用浆砌石翼墙，宽度应设置为3.5m，并把拦污栅设置在墙的末端部位。值得注意的是，取水塔内部的内外半径应分别设置为2.4m，2.7m。同时，还要对其工作闸门进行检修，以满足既定的设计规范要求。

二、中小型水工隧洞施工优化措施分析

（一）隧洞开挖前

岩体中的地应力场称为初始地应力场，是在长期、复杂的地质作用过程中不断变化后逐渐形成的，其组成部分包括自重应力、构造应力、温度应力，以及因沉积、变质、固结等作用引起的应力。隧洞开挖后，隧洞周围初始地应力场受到扰动，原有的应力平衡遭到破坏，应力进行调整，进行应力重分布，并引起围岩变形，以达到新的平衡。隧洞的失稳主要因岩体应力重分布后，其应力超过强度，难以形成新的平衡而造成。应力重分布的结果和初始地应力场有较大关系，初始地应力场的确定是评判隧洞开挖后围岩是否稳定的关键问题。

（二）工程支洞优化

在优化中，其主要目的就是为了缩短工期，提高通风、排烟、排渣的工作效率，同时，还能避免施工对于一些重要的建筑物造成一定的影响。工程中，支洞的不合理设置容易导致施工成本增加，同时，还会受到地形地形的限制不能保证经济效益。所以，在实际的施工中，此种方式虽然能够缩短工期，但是对于经济具有一定的影响，相关的工作人员应该依据实际情况进行综合考虑然后再决定。

（三）开挖施工机械化控制机械化

作为满足水库工程隧洞施工进度要求的关键，施工优化人员应从实践角度出发，对开挖与钻孔设备进行优选，以提升其作用于施工场地实际情况的安全可靠性。经对以往隧洞施工情况进行分析，发现多臂钻孔设备的施工速度较快，风钻设备的施工速度较慢。但受隧洞施工环境多样性的影响，多臂钻设备的作用效果较低，风钻因其在施工场地占用空间小，可高效作用于开挖施工过程。

（四）岩爆的预测和模拟

岩爆的预测和模拟是隧洞工程建设的难题，由于形成机理十分复杂，准确地预报岩爆发生的位置、时间和強度难度非常大。近年来，国内外的学者对岩爆机理、预测和模拟等进行了许多研究，取得了一定的成果。在岩爆机理方面，有分形理论、突变理论和能量理论等理论;在预测方法方面，根据岩爆发生的机理，有应力判据、能量判据等判据;在数值模拟方面，有弹性、弹塑性及弹脆塑性等模型。但由于岩爆是一种极其复杂的动力失稳现象，与初始地应力场、岩性、地质构造、地下水条件、隧洞断面、施工方法等许多因素相关，岩爆发生的机理目前还未完全掌握，岩爆模拟和预测的结果还不十分准确，特别是对于融合了大型构造、复杂岩性和富水条件下的深埋隧洞，岩爆预测和模拟的方法亟待进一步研究。

结束语

综上所述，中小型水工项目隧洞的建设，应在明确所处水文地质环境条件基础上，开展设计与施工优化控制工作。事实证明，只有这样，才能将最具适用性的隧洞图纸方案作用于实践，进而促进所处工程施工建设的整体性与科学合理性。为此，工程建设者应将上述分析内容与科研结果更多地作用于不同建设条件与建设要求的中小型水工项目，以提高其作用于水资源可持续使用的效果价值。

参考文献

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