摘 要：地下隧洞設計是一項復雜的工作，在具體施工過程中會出現(xiàn)各種不同類型的問題。因此，在具體設計過程中，應當對水工隧洞的類型進行介紹的基礎上，對圍巖壓力、襯砌自重、圍巖彈性抗力、回填灌漿壓力和內(nèi)外水壓力等隧洞荷載類型，隧洞中鋼筋混凝土襯砌、伸縮縫間距設計與環(huán)向裂縫寬度等各項內(nèi)容進行分析，從而確保最終設計結構的合理性，提高工程的設計質(zhì)量。

關鍵詞：隧洞結構；工程質(zhì)量；設計問題

中圖分類號：TV672+.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0114-02

水工隧洞是現(xiàn)代水利水電工程建設中的一項重要建筑物結構，其設計水平高度會對工程的整體質(zhì)量造成直接影響。水工隧洞因為荷載與結構的本身的特殊性，計算方法與設計理論都不完善，存在一些需要改進的地方，因此，做好相應的分析工作是必要的。

1 水工隧洞的類型

水工隧洞的類型按用途可分為泄洪隧洞、引水洞、排沙洞、放空洞和導流洞；按洞內(nèi)水流狀態(tài)可分為有壓洞和無壓洞；在設計水工隧洞時，盡量考慮一洞多用，以降低工程造價，如面板壩中導流、取水、放空三洞合一等，本文以面板壩中的導流洞進行分析。

1.1 獨立導流洞

獨立導流洞主要作用為施工期導流，導流洞作為水利樞紐中的關鍵導流建筑時，面板壩通常采用隧洞導流，很多情況下采用低圍堰截流，高強度填筑大壩臨時斷面擋水的方式度過第一個汛期，導流洞在導流過程中洞內(nèi)流態(tài)為無壓流、明滿流交替和有壓流的過程。

1.2 一洞多用

一洞多用導流洞除了考慮其主要作用施工期導流外，還要考慮隧洞的其它功能，如放空和取水等功能要求導流洞作為永久隧洞來進行設計。施工期主要作用是施工導流，施工期結束后作為永久建筑物使用。

2 內(nèi)外水荷載的合理處理

在巖層中開挖隧洞后，引起洞孔附近應力重新分布，巖體產(chǎn)生新的變形，圍巖不僅是形成圍巖壓力的主體，而且也是承受壓力的承載結構主體。隧洞襯砌在地下水位以下，其在應用過程中受到外水壓力，以及相應滲流形成的滲透體積，在圍巖與襯砌進行密切接觸時，對具體工作條件應進行聯(lián)合分析，此時，襯砌外緣也會承受作為邊界荷載的外水壓力。

在具體分析過程中，因為滲流場分析計算工作量相對較大，這也增加了相應模型的選取，同時在參數(shù)計算過程中也存在一定困難，因此滲流場分析法并不合適在一般隧洞工程中的應用，因此，通常會選擇“外水壓力折減系數(shù)”法，完成相應的估算操作[2]。在具體設計過程中，在取值時，需要充分考慮滲流水頭損失造成的影響，排水設施卸壓，以及無外水壓力作用造成的影響，從而完成相應的分析工作。

例如，貴州某水庫調(diào)壓井與隧洞襯砌的質(zhì)量相對較差，工程出現(xiàn)了較為嚴重的內(nèi)水外滲現(xiàn)象，這也就會導致調(diào)壓井與襯砌外表面受到較大的外水壓力，襯砌由于受到不均勻力的影響，從而會受到破壞，在該情況下，需要通過對鋼襯進行應用，從而完成相應的加固處理。

3 隧洞中鋼筋混凝土的襯砌的合理設計

3.1 裂縫的合理控制

通過大量的工程實例可以發(fā)現(xiàn)，水工隧洞在施工中，采用混凝土和鋼筋混凝土襯砌，勢必會出現(xiàn)一些裂縫，這些裂縫的出現(xiàn)主要是因為混凝土在應用過程中的抗拉強度遠不如其抗壓性。通過試驗可以確定，隧洞混凝土襯砌在具體應用過程中，其能夠承受的溫度變化只有7～10℃，由此可見，受荷載和降溫兩項因素的共同作用，將會引起拉力裂縫?；炷两Y構在應用過程中出現(xiàn)裂縫，此時，鋼筋與襯砌混凝土變形發(fā)生了一定程度變形協(xié)調(diào)，整個結構都保持低應力狀態(tài)，因此鋼筋對混凝土結構的抗裂性能幾乎沒有任何貢獻。

混凝土結構在具體應用過程中，如果發(fā)生了開裂情況，內(nèi)水將會通過裂縫向外部滲透，此時隧洞洞室的內(nèi)壁承受的水壓力荷載與內(nèi)水壓力荷載相近，這一現(xiàn)象表明，此時無論隧洞圍巖是否可以承擔內(nèi)水壓力，都必須由其承擔，如果在具體設計過程中，要想讓隧道襯砌高內(nèi)水壓力進行承擔，則需要采用鋼襯，也就說，只能依據(jù)限制裂縫的具體寬度，完成對鋼筋混凝土襯砌的合理設計。

3.2 襯砌裂縫寬度分析

水工壓力隧洞襯砌在具體應用過程中出現(xiàn)的裂縫的規(guī)律，與一般鋼筋混凝土結構在應用中出現(xiàn)的裂縫的規(guī)律的差異十分明顯，造成該現(xiàn)象的主要原因是隧洞結構特點，襯砌開裂后的應力狀態(tài)情況有著密切聯(lián)系。從實際情況來看，如果洞段圍巖的一些薄弱處的襯砌出現(xiàn)了裂縫，要立即消除裂縫處的拉應力，并且要重新調(diào)整近處襯砌、圍巖的具體應力情況。壓力水進入后，會逐漸向裂縫兩側擠壓，從而使裂縫附近襯砌拉應力得到合理釋放，同時在該過程中，裂縫會在壓力作用下，發(fā)生快速擴展。由此可見，裂縫近側，隨著壓應力的變大，造成的影響范圍也將會進一步擴大，隨著混凝土裂縫的擴大，此時結構中的鋼筋應力也將會進一步加大，并且能夠起到限制裂縫的具體寬度，以及改善混凝土應力情況的效果。

4 伸縮縫間距設計與環(huán)向裂縫寬度分析

一般來說，針對隧洞中出現(xiàn)的接縫，可以采取鑿毛、設置水結構、布設鋼筋等方式進行處理。如果在水工壓力隧洞工程中，如果存在防止內(nèi)水外滲對圍巖結構造成不良影響，此時對于施工縫的具體處理，只能通過設置止水結構的方式進行，并且在該過程中需要相關工作人員注意，為了避免結構造成破壞，對工程的整體質(zhì)量造成影響，結構中的縱向鋼筋不得穿過縫面。具體來說，如果水工壓力隧洞在具體施工過程中，具有限防滲要求，環(huán)向施工縫的具體布置，應當在與伸縮縫間設計進行相互協(xié)調(diào)的基礎上完成，從而保證設計的合理性。

現(xiàn)階段，無論國內(nèi)外，有關隧洞設計的規(guī)范，以及相應的計算方法，通常都只對隧洞襯砌橫斷面結構的具體內(nèi)力大小，以及相應的配筋情況進行考慮，并不會對隧洞襯砌中的軸向受力情況進行考慮。但是，隧洞襯砌在應用過程中會出現(xiàn)環(huán)向裂縫，這一情況表明，忽視隧洞結構的軸線受力分析，是具體設計中的一項重要缺陷。目前，水工壓力隧洞襯砌伸縮縫間距設計有設計工程師依據(jù)自身的工作經(jīng)驗進行評估，這也造成該結果經(jīng)常會出現(xiàn)問題，無法確保結構自身運行的安全性與合理性。針對該問題，應當依據(jù)隧洞結構所處位置環(huán)境問題的具體變化、約束襯砌的具體條件、圍巖的平整情況，通過對巖體提出的隧洞襯砌與圍巖接觸面上的剪應力與剪應力方向位移成線性關系的理論進行合理應用，提高最終鋼結構設計的合理性。

5 結束語

襯砌與圍巖兩者相互協(xié)調(diào)工作是水工壓力隧洞設計的核心，同時圍巖也是承載的主要主體。在隧洞中，為了確保襯砌與圍巖兩者能夠相互聯(lián)合工作，應當做好相應的回填灌漿作業(yè)，同時要確保襯砌與圍巖相互緊密接觸是必要的，只有這樣的結構設計才是合理的。否則，如果在隧洞中，襯砌與圍巖兩者出現(xiàn)脫離情況，將會導致隧洞襯砌結構的具體工作條件與設計計算模型出現(xiàn)違背的情況，襯砌則需要獨立承受內(nèi)水壓力，以及一定范圍內(nèi)的滲流體積，這將會對襯砌結構的安全性造成較為嚴重的影響。

由此可見，為了保證水工高壓隧洞運行的安全性，在具體設計過程中，應當從實際出發(fā)，做好具體設計過程中各項關鍵問題的分析工作。同時，在隧洞具體施工過程中，要做好相應的回填灌漿作業(yè)。

參考文獻

[1]周 偉，喇 路，王 健.水工壓力隧洞結構配筋計算分析[J].地下水，2016，38（05）：155～157.

[2]孫建仁.水工壓力隧洞混凝土澆筑技術措施和質(zhì)量控制[J].中國水運（下半月），2014，14（05）：342～343.

[3]劉 波，李 寧.圓形壓力隧洞襯砌與圍巖荷載分擔比研究[J].西安理工大學學報，2012，28（04）：379～384.

收稿日期：2018-5-15