摘 要：水工隧洞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這也其受力情況變得十分復(fù)雜，增加了設(shè)計的難度。因此，在水工隧洞設(shè)計過程中，要對不同的設(shè)計方法進(jìn)行研究，選擇一種合理的設(shè)計方法，對其進(jìn)行應(yīng)用，從而確保最終設(shè)計的合理性。

關(guān)鍵詞：水工隧洞； 設(shè)計方法；工程質(zhì)量

中圖分類號：TV672.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0156-02

不同的水工隧洞在具體施工過程中面臨的巖石條件也會有所不同，在選擇設(shè)計方法過程中，應(yīng)當(dāng)在前期做好施工環(huán)境和地質(zhì)條件探測，制定一套合理的施工該方案，從而確保施工的順利開展。通過大量工程建設(shè)經(jīng)驗可以發(fā)現(xiàn)，水工隧洞設(shè)計方法的選擇，會對工程施工的效率、質(zhì)量，安全性造成直接影響，因此，做好相應(yīng)的研究與分析工作是必要的。

1 水工隧洞設(shè)計方法的常見類型

1.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計

結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計是對水工水隧洞具體相關(guān)理論進(jìn)行合理應(yīng)用的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合水工隧洞的水文、地形地質(zhì)等情況，構(gòu)建一個合理力學(xué)分析模型，完成相應(yīng)的設(shè)計[1]。該方法的具體特點是設(shè)計思路清晰、目標(biāo)明確，適合應(yīng)用在排沙水工隧洞、輸水隧洞中，可以保證水工過隧洞施工該方案的合理性，提高工程的整體施工效率和施工質(zhì)量。

1.2 有限元設(shè)計

該方法在具體應(yīng)用過程中，采取控制單一變量法，分析在隧洞設(shè)計過程中，可能會對設(shè)計造成異性影響的各項因素，從而使水工隧洞設(shè)計的合理性能夠得到進(jìn)一步提高。該方法主要適合應(yīng)用在一些工程施工方案相對比較清晰的水工隧洞中。

1.3 預(yù)期設(shè)計

預(yù)期設(shè)計是在充分結(jié)合水工隧洞施工的具體方案，最終形成的一種合理的設(shè)計方案，在水工隧洞具體施工開展前，對整個工程的進(jìn)度、成本、質(zhì)量等各項內(nèi)容進(jìn)行預(yù)測，在此基礎(chǔ)上，選擇合理的設(shè)計方法，預(yù)測工程的具體情況過程中，要確保施工現(xiàn)場布局的合理性，同時，針對周期相對較長的工程，要在對旋轉(zhuǎn)半徑進(jìn)行合理控制的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對支洞和輔助洞的合理設(shè)計，并且依據(jù)設(shè)計完成相應(yīng)的施工[2]。

1.4 功能反饋設(shè)計

對先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備進(jìn)行合理應(yīng)用，對水工隧洞功能進(jìn)行不斷調(diào)整。功能反饋設(shè)計方法的應(yīng)用，可以使隧洞后期設(shè)計的合理性得到進(jìn)一步提高，避免工程出現(xiàn)質(zhì)量問題。

2 選擇水工隧洞設(shè)計方法的依據(jù)

2.1 抗裂指標(biāo)

選擇的水工隧洞設(shè)計方法應(yīng)當(dāng)能夠滿足工程在具體施工過程中的最低要求，尤其是要滿足抗裂性能方面的要求，對選用的設(shè)計方法的應(yīng)用進(jìn)行合理測試。堆砌式水工隧洞是抗裂水工隧洞設(shè)計中的一項常用方式，具體堆砌過程中，主要對對鋼筋混凝土進(jìn)行合理應(yīng)用，使鋼筋混凝土的抗裂性能夠滿足相應(yīng)的要求標(biāo)準(zhǔn)[3]。但是，從實際施工情況來看，由于受工程具體施工過程中，水泥材質(zhì)情況的影響，采用堆砌式水工隧洞容易發(fā)生開裂現(xiàn)象，這將會對工程的質(zhì)量造成影響，因此在選擇設(shè)計方法時，必須要計算水泥鋼筋材料的具體膨脹系數(shù)，同時要在對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)地理環(huán)境以及組分進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，完成對灌漿配方的研制，從而提高工程最終質(zhì)量。

2.2 保證水工隧洞檢修的安全性

選擇水工隧洞設(shè)計方法時，要確保檢修工作的自身的安全性。施工中過程中應(yīng)當(dāng)堅持“預(yù)防為主，安全第一”的原則。在設(shè)計水工隧洞的路線時，應(yīng)當(dāng)對周邊的具體條件情況進(jìn)行充分考慮，確保檢修的安全性，將檢修安全作為設(shè)計方法的選擇依據(jù)，體現(xiàn)了人的主體作用[4]。①檢修安全可以調(diào)動相關(guān)工作人員的積極性，消除顧慮。②解決設(shè)計過程中遇到的各項問題。③選擇水工隧設(shè)計方法，應(yīng)當(dāng)因地制宜，確保設(shè)計方案的合理性。

3 水工隧洞設(shè)計實例

3.1 工程概況

貴州地區(qū)某水工隧洞定圍巖厚度為12～88m，隧道圍巖為Ⅳ類，圍巖的各項內(nèi)容的參數(shù)如表1所示。

3.2 分析設(shè)計方案

3.2.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計

混凝土硬化期間，噴錨支護(hù)的受力情況會有所不同，通過對結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計方法進(jìn)行應(yīng)用，通常要將噴錨支護(hù)作為結(jié)構(gòu)安全儲備，并不需要對很周邊圍壓力的分擔(dān)作用加以考慮。

3.2.2 有限元設(shè)計

通過對計算用軟件進(jìn)行合理應(yīng)用，模擬出一個圍巖脫離體，在進(jìn)行隧道開挖期間，應(yīng)當(dāng)將混凝土、圍堰、錨桿等各項內(nèi)容作為一個整體，從而分析其在具體應(yīng)用過程中，承受的外部荷載。

在具體分析過程中，為了能夠完成隧洞具體結(jié)構(gòu)受力情況的合理模擬，要對工程在施工建設(shè)過程中，不同階段，圍巖和結(jié)構(gòu)間的相互作用進(jìn)行合理分析，同時還要將工程具體施工中采用的施工程序合理的輸入到有限元模型中，呈現(xiàn)工程建設(shè)過程中的各個環(huán)節(jié)，從而使相應(yīng)的施工人員能夠完成對工程具體情況的合理分析。

3.3 結(jié)果分析

在工程具體建設(shè)過程中，通過對有限元設(shè)計法進(jìn)行應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對圍巖與錨桿形成的承載拱，以及相應(yīng)的噴射混凝土內(nèi)容進(jìn)行針對分析，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，錨桿和圍巖共同形成的圍巖，分擔(dān)了40～60%外部荷載，隧道結(jié)構(gòu)承擔(dān)剩余荷載。分析隧洞成洞以及應(yīng)力釋放，可以發(fā)現(xiàn)，開挖初期階段，隧洞出現(xiàn)了較大規(guī)模的變形，此時，掛網(wǎng)噴混凝土襯砌會形成內(nèi)力。

水工隧洞設(shè)計過程中對有限元設(shè)計法進(jìn)行合理應(yīng)用，能夠使圍巖與錨桿，以及掛網(wǎng)噴混凝土襯砌承擔(dān)荷載的分擔(dān)作用可以得到充分發(fā)揮。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，應(yīng)當(dāng)對開挖施工，以及噴錨支護(hù)的優(yōu)點進(jìn)行合理應(yīng)用，依據(jù)工程的具體情況，適當(dāng)提高錨桿密度，增加掛網(wǎng)噴混凝土厚度，通過該方式，使圍巖結(jié)構(gòu)的安全性能夠得到進(jìn)一步提高，同時，降低工程的整體造價，縮短工期，使工程能夠在質(zhì)量達(dá)到要求的基礎(chǔ)上，按期竣工，并且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

水工隧洞設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，在具體設(shè)計過程中，要結(jié)合工程的具體情況，選擇一種合理的設(shè)計方案，確保設(shè)計的合理性。同時，設(shè)計人員在具體工作中，應(yīng)當(dāng)對工作經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，不斷對設(shè)計方案進(jìn)行改進(jìn)與完善，從而促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]鄧 建，肖 明，陳俊濤.水工隧洞混凝土襯砌地震動響應(yīng)過程分析[J].工程科學(xué)與技術(shù)，2017，49（02）：36～44.

[3]孫奔博，胡良明，付曉龍.圍巖類型及襯砌厚度對水工隧洞地震動力響應(yīng)的影響分析[J].水利水電技術(shù)，2017，48（03）：19～24+45.

[4]文喜雨，蘇 凱，周亞峰.高壓水工隧洞透水襯砌設(shè)計方法與理論研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2016，49（06）：824～830.

收稿日期：2018-8-2