無壓水工隧洞設計中的相關問題研究的論文

　　近年來，我國穿山鐵路公路建設不斷發(fā)展，小水電等建設也取得較人的突破，因此隧洞的需求量不斷增人。傳統(tǒng)的水工隧洞的方法對環(huán)境造成嚴峻的挑戰(zhàn)，因此為了現(xiàn)實情況的需要，無壓水工隧洞技術方案和設計模式也在建設中受到投資者的普遍關注和運用。這種無壓水工隧洞的建設方案不僅能夠較人程度的改善和保護生態(tài)環(huán)境，還十分切合可持續(xù)發(fā)展的需求。無壓水工隧洞在具體的設計實施過程中也會出現(xiàn)很多問題，函待需要相關技術人員加以解決，這對隧洞工程的建設具有極人的現(xiàn)實意義。通過本文的論述，筆者一方面希望能起到拋磚引玉的作用，另一方面，希望能給相關的工作人員提供一點參考借鑒的材料。

　　1相關概念界定

　　1.1水工隧洞

　　水工隧洞是指在山體或地表下開鑿出來的過水洞。水工隧洞的主要功能表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、供居民生產(chǎn)生活用水、泄水、輸水、施工導流和通航等方面。水工隧洞根據(jù)受壓狀況和洞內(nèi)水流狀態(tài)的不同，可以分為有壓隧洞和無壓隧洞兩類。有壓隧洞是指在隧洞內(nèi)壁有一定水壓的隧洞，其較多采用圓形的斷面，如果洞內(nèi)的直徑和洞內(nèi)外水的壓力較小，也可以運用其他斷面形式以便利于施工。

　　1.2無壓水工隧洞

　　無壓隧洞是指水流在隧洞內(nèi)有自山水面。無壓水工隧洞比較常見的斷面是圓拱直墻形，這種類型的斷面適用于垂直方向上的巖石壓力，也有利于開挖和襯砌，可以承受較人的流水速度。當山巖壓力比較小時，則可以采用圓拱直墻形的斷面，但當山巖壓力比較人時，襯砌這種形式的斷面不經(jīng)濟實惠，這時候需要考慮其他形式的斷面。

　　2無壓水工隧洞設計中的相關問題

　　2.1無壓水工隧洞設計的整體布置

　　無壓水工隧洞的布置要根據(jù)具體的工程任務和排泄水中的建筑物面定，依據(jù)建筑物的特性，相互關系、泄洪流量、地形地質(zhì)和施工運行條件等綜合因素來進行技術上的設計。在合理的洞線方案基礎上，選擇隧洞的進口位置和結構形式，布置閘門在隧洞中的具體位置。出口位置的選擇，隧洞的具體高程和消耗方式的確定則需要根據(jù)地質(zhì)地形和尾水等條件與建筑物間的相互關系發(fā)生改變。無壓水工隧洞的布置選擇，是一個復雜的過程，需要綜合考慮永久占地、植被破壞恢復、地下水位的變化、施工對周圍環(huán)境的不利影響等多種要求。因此要合理選擇出正確的無壓水工隧洞，需要綜合多方面的人力、物力、則力和各方面的智慧。

　　2.2圍巖的最小厚度和彈性杭力的問題設計

　　無壓水工隧洞圍巖較人程度的影響著隧洞襯砌的受力情況，因此在對洞線和襯砌結構進行設計時，都要對圍巖的地質(zhì)條件和厚度進行精確的設計。根據(jù)我國隧洞設計的相關標準，隧洞上部分圍巖的覆蓋厚度0. 411(內(nèi)水壓力)，如果圍巖的最小覆蓋厚度沒有滿足，很容易導致隧洞出現(xiàn)裂縫使巖坡不穩(wěn)。當然，圍巖覆蓋的厚度還需要根據(jù)圍巖的構造情況面定，當巖石比較新鮮，巖層也比較完整時，巖體對內(nèi)水壓具有上抬作用，即使圍巖厚度沒有0. 4倍的水壓也能保持圍巖的穩(wěn)定性。

　　無壓水工隧洞圍巖的彈性抗力具體就是指隧洞內(nèi)外變形面產(chǎn)生作用在結構物上的發(fā)抗力。彈性抗力的人小跟圍巖的特性具有較人的相關性，彈性抗力與隧洞襯砌一起承受著隧洞的內(nèi)水壓力。因此，要設計出安全性能高的無壓水工隧洞，需要嚴格確定好隧洞圍巖的彈性抗力人小和襯砌的工程量。對彈性抗力的計算，主要是沿用1867年捷克學者E溫克勒的觀點，他認為彈性抗力與圍巖表面外法向變位成正相關，面圍巖的彈性抗力與開挖半徑成反比。

　　2. 3無壓水工隧洞設計中的支護和襯砌問題

　　目前，我國人部分的隧洞或者是地下洞都是利用噴錨支護或者是噴錨和鋼筋混凝土符合面成的襯砌結構。這種支護結構建立在現(xiàn)代支護結構的基礎上，在隧洞開挖后緊跟著作業(yè)面進行快速的支護或者是提前支護，以便防止圍巖等松動。隨著當今人量隧洞建設實踐經(jīng)驗的不斷積累，隧洞掘進機、噴錨支護等新機器技術的不斷發(fā)展，隧洞設計工作人員對襯砌結構的設計也出現(xiàn)了較明顯的該表。襯砌結構主要是以其受力狀況為核心，著力于尋求最嚴密的計算方法和設計思想。襯砌結構在隧洞施工的過程中，其主要承擔的作用就是可以平整圍巖表面，減少圍巖的粗糙程度，防止巖石出現(xiàn)滲水等情況，同時能使圍巖能夠承受各方面的壓力負荷，加強內(nèi)外水的壓力等。

　　襯砌結構的計算方法有兩種，一種是彈性理論計算法:另一種是結構力學計算法。對于比較人型的工程，主要采用電子計算機來分析較為復雜的斷面，即常說的彈性力學數(shù)值解法。筆者在本文中就針對此種方法進行詳細的例證。當襯砌結構的洞徑比6m還小時，設計工作人員就可以按照《水工隧洞和調(diào)壓室》中所涉及到的方法進行計算，這樣既可以計算出隧洞的厚壁圓筒應力，還可以簡化設計計算的工作量。

　　2. 4無壓水工隧洞設計中的防滲和排水問題

　　無壓水工隧洞的設計，需要對地下水進行相關的處理。設計技術人員要依據(jù)隧洞沿線圍巖的地質(zhì)地形以及水文條件來進行設立的設計，根據(jù)具體的實際情況，選擇性的設計襯護、灌漿、防滲帷幕和排水走廊等設施。灌漿的作用是為了改善圍巖的整體性，通過回填和團結灌漿來防止地下水的滲透。也并不是所有的無壓水工隧洞都要采用灌漿的形式來進行固結，我國國內(nèi)根據(jù)固結灌漿范圍也制定了相應的不同標準和要求。因此設計人員應該根據(jù)具體工程情況去選擇灌漿的范圍和形式。

　　排水問題在環(huán)保中也越來越受到人們的重視和關注，尤其是當無壓水工隧洞的引水線較長時，設計人員在進行設計時重點要考慮隧洞內(nèi)的水流是否會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。有些隧洞內(nèi)排出來的水會對周圍天然的地下水造成不利的影響，內(nèi)水外滲會促使地下水位抬高，導致滑坡、坍塌等地質(zhì)災害的發(fā)生，這嚴重危害到當?shù)厝藗兊纳�產(chǎn)生活安全和動植物的生存環(huán)境。

　　3結束語

　　無壓水工隧洞是在巖體下開挖面成的洞室，因此整個隧洞都是圍巖，需要采用襯砌的于段來加固周圍的巖石以便滿足水力學等方面的需要。在對無壓水工隧洞進行設計的時候，應該綜合圍巖的完整性和覆蓋厚度，使圍巖的彈性抗力系數(shù)能夠符合相關標準。本文結合具體的工程實際和地質(zhì)特征，對無壓水工隧洞的設計問題進行了系統(tǒng)的分析與闡述。根據(jù)隧洞工程相關的地形地質(zhì)條件，優(yōu)化無壓水工隧洞設計方案具有重人的理論和實踐意義，對我國整個隧洞項目的發(fā)展具有深遠的作用。以上就是筆者對于無壓水工隧洞設計的簡要闡述，希望能得到有關專家和學者的批評指正。

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