浅谈水工隧洞设计方法

摘 要：在水利水电建设工程中，水工隧洞可以为工程提供完善的电力，可以为周边打通水利运输的通道。水工隧洞由于应用广泛，近年来得到大家广泛的关注。然而，由于我国水工隧洞在设计方法单一，对隧洞的施工设计多样性较差，没能最大程度的发挥水工隧洞在水利水电工程施工中的优势。水工隧洞设计方法的选择对于隧洞施工质量和施工效率影响重大，由于水工隧洞结构受力较为复杂，加强设计方法的研究有利于获得更合理的支护结构，进而更好的开展施工工作。

关键词：隧洞 水工工程 方法研究 设计原则

水工隧洞的衬砌主要分为三个部分，主要包括支护钢架、锚喷装置和钢筋混凝土内衬。由于不同水工隧洞需要施工的岩石条件不同，在进行设计方法的选择时，需要加强前期的地质条件和施工环境探测，合理选择支护结构，制定设计施工方案。水工隧洞设计方法的选择对于施工的安全性和施工的质量与效率影响重大。本文浅析了水工隧洞设计方法的主要类型，结合水工隧洞的设计方法选择的依据，提出了设计方法实际应用中的注意事项。

1.水工隧洞设计方法的主要类型

1 . 1结构力学方法设计

经过调查发现，目前水工隧洞设计方法主要包括四种类型，具体是结构力学方法设计、有限元计算方法设计、施工预期方法设计和功能反馈方法设计。结构力学方法设计主要是指水工隧洞的设计方法的选择结构水工隧洞的实际力学要求，建立力学分析模型，对于设计方案采用以力学性能设计为主的方法。对于排沙水工隧洞、传输水工隧洞和施工水工隧洞而言，应用结构力学方法设计可以有效提升水工隧洞施工方案的设计效率和设计质量。结构力学设计方法最大的特点就是设计目的明确，设计思路清晰。

1 . 2有限元计算方法设计

所谓有限元计算方法设计主要利用控制单一变量法实现水工隧洞设计影响因素的探究，该设计方法具有匹配性强的特点。水工隧洞有限元计算结合隧洞材料和荷载的指标，对围岩、钢筋混凝土、二期衬砌和锚杆等进行计算分析，利用实际变量的调控，将水工隧洞的施工工况、设计状况匹配系数、水工隧洞开挖厚度、弹性抗压能力等进行科学计算，可以结合具体的水工隧洞的实际设计要求，展开设计与施工。有限元计算设计方法的选择适合水工隧洞施工方案较为清晰的工程项目，结合施工要求，可以提升设计方案的可控性。

1.3施工预期方法设计

水工隧洞施工设计是设计方法的主要类型之一，加强施工预期的判断可以有效提升水工隧洞设计方法选择的关联度和匹配性。所谓施工预期方法设计就是结合水工隧洞的施工目标合理制定设计方案和施工方案。在预期过程中，需要注重施工通道的场地布局问题，在进行水工隧洞半径选择时，要严格限定旋转半径。对于较长的隧洞洞施工预期，设计方法路线要加强支洞和辅洞的设计与建设，进而保障施工隧洞洞的施工安全性，在合理的空间内有效提升施工效率，加快施工进度。

1 . 4功能反馈方法设计

功能反馈方法设计类型作为21世纪新型的设计方法选择，主要是利用先进的监控设备实现设计方案与水工隧洞功能要求的实时调整并逐渐完善的设计方法。水工隧洞设计方法的确立需要建立在对水工工况具有系统的勘探和认识上，这对于现在施工项目而言，设计难度较大，对于设计人员的综合素质要求较高。功能反馈方法设计有效规避了由于设计人员能力不足而引发的后期设计和施工问题，极大扩大了方法选择的范围，并提升了设计效率。水工隧洞设计方法的类型较多，在具体选择时，需要充分结合不同类型的优势。

2.水工隧洞的设计方法选择的依据

2 . 1水工隧洞抗裂指标要求

水工隧洞设计方法需要尽可能满足施工的最低要求，特别是满足抗裂性能的指标要求，加强设计方法的应用测试。对于抗裂水工隧洞的设计一般分为预压式水工隧洞和堆砌式水工隧洞。堆砌式主要借助钢筋混凝土实现抗裂性能指标的达成。由于钢筋水泥材质自身的特性决定了堆砌式的水工隧洞容易开裂，因此设计方法的选择，必须将钢筋水泥材料的热膨胀系数进行精准计算，加强与当地地质组分和地理环境相互匹配的灌浆配方的研制。需要指出的是抗裂性较好的水工隧洞，其设计方法的科学性和可操作性优势明显。

2 . 2水工隧洞施工方案简捷

水工隧洞设计的主要任务就是保证水工隧洞施工进度和目标的达成，发挥水工隧洞的功能性和可靠性。在设计方法选择时，需要明确水工隧洞的基本设计原则，保障设计方案与施工方案的对等一致性，发挥水工隧洞设计的施工便利优势。不同的地理环境和地质构造对于水工隧洞的设计而言，考虑的施工便利影响因素不同，这就需要结合先进的施工技术和施工设备，合理制定水工隧洞的设计方案。设计方法选择效率的高低直接影响设计方案的合理性，需要结合水工隧洞的设计原则，及时完善设计方法。

2.3水工隧洞检修安全保障

水工隧洞方法设计的选择，需要保障施工及其检修的安全性。施工的主要原则就是“安全第一，预防为主。”在对整个隧洞的路线进行设计选择时，需要综合考量周边条件，水工隧洞的检修安全设计方法选择的依据，与水利工程项目的施工理念相吻合，有效体现了人作为施工设计的主要参与者的主体作用。首先，检修安全设计原则可以激发相关检修人员的工作积极性，排除检修人员的顾虑；其次，检修安全设计原则有利于从根本上为解决其他设计问题奠定客观条件基础。最后，水工隧洞设计方法需要因地制宜，提升设计方法的普遍适用性。

3.水工隧洞的设计方法内容实际应用需要注意的事项

3. 1水工隧洞的构造设计注意事项

水工隧洞设计方法关于构造设计与力学分析类型的选择相似，由于结构具体包括止水结构、排水结构和缝隙结构。设计方法的应用需要格外注意水工隧洞可以满足常压下的无水渗透要求，在设计中需要完善止水结构传感器的设计，可以利用铜制或石英制的实现水带检测。排水结构设计需要注意调节洪峰的进出隧洞洞口不会积水，这就需要在设计时，加强地形与地势的数据分析计算，为后期检修打通安全通道。缝隙结构设计主要是考虑温度对于水工隧洞整体稳定性的影响。因此，水工隧洞设计方法的应用对于地质条件和结构构造的影响规律加强探究，以不断提升设计方法的应用水平。

3.2水工隧洞的灌浆设计注意事项

水工隧洞设计方法确定后，对于施工方案的确立需要尽快完成。由于水工隧洞灌浆材质对于施工效果影响显著，水工隧洞方法设计的内容需要结合灌浆设计的主要方式合理制定。水工隧洞的灌浆设计结合灌浆方式的不同分为固结式灌浆设计和回填式灌浆设计。依据上文讲述的水工隧洞设计方法选择的依据，加强周围岩石的处理分析，明确固结式灌浆隧洞洞的参数。在对隧洞洞身进行灌浆时，灌浆浆料一般采用水泥浆液。设计方法与施工方案相结合，需要弄清二者关系。设计方法选择的依据和类型的确定不是一蹴而就的，需要反复进行验证。

3.3水工隧洞的布局设计注意事项

水工隧洞布局设计方法主要包括水源和泥沙进出口处的布局设计、隧洞洞身的布局设计和洞顶的布局设计。因此，对于设计方法的应用需要对每一个环节做好应用结构反馈整理分析工作。水源或泥沙进出口布局需要上半部分设计成半圆拱形，下半部分设计成矩形，这样可以缓解隧洞上端岩石对隧洞洞的压力。隧洞洞身的布局直接影响传输效率和排沙效率，进而影响施工进度。无论选择何种设计方法，设计方案需要明确设计方法的应用优势，对于无明显应用优势的设计方法，及时进行修订和完善。

4.结论

综上所述，水工隧洞设计类型分为四大类，本文对于每一种设计方法类型进行了具体阐述，并结合设计方法选择的参考依据，明确了水工隧洞设计方法解决方案制定的切入点。在进行实际应用时，需要加强设计方法的验证，并结合注意事项及时调整设计实施方法。

参考文献：

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