無壓水工隧洞設(shè)計中的相關(guān)問題研究的論文
近年來，我國穿山鐵路公路建設(shè)不斷發(fā)展，小水電等建設(shè)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(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此為了現(xiàn)實(shí)情況的需要，無壓水工隧洞技術(shù)方案和設(shè)計模式也在建設(shè)中受到投資者的普遍關(guān)注和運(yùn)用。這種無壓水工隧洞的建設(shè)方案不僅能夠較人程度的改善和保護(hù)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(shè)計實(shí)施過程中也會出現(xiàn)很多問題，函待需要相關(guān)技術(shù)人員加以解決，這對隧洞工程的建設(shè)具有極人的現(xiàn)實(shí)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(guān)的工作人員提供一點(diǎn)參考借鑒的材料。
1相關(guān)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(dǎo)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(yùn)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(dāng)山巖壓力比較小時，則可以采用圓拱直墻形的斷面，但當(dāng)山巖壓力比較人時，襯砌這種形式的斷面不經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，這時候需要考慮其他形式的斷面。
2無壓水工隧洞設(shè)計中的相關(guān)問題
2.1無壓水工隧洞設(shè)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(wù)和排泄水中的建筑物面定，依據(jù)建筑物的特性，相互關(guān)系、泄洪流量、地形地質(zhì)和施工運(yùn)行條件等綜合因素來進(jìn)行技術(shù)上的設(shè)計。在合理的洞線方案基礎(chǔ)上，選擇隧洞的進(jìn)口位置和結(jié)構(gòu)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(guān)系發(fā)生改變。無壓水工隧洞的布置選擇，是一個復(fù)雜的過程，需要綜合考慮永久占地、植被破壞恢復(fù)、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(shè)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(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，都要對圍巖的地質(zhì)條件和厚度進(jìn)行精確的設(shè)計。根據(jù)我國隧洞設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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(dǎo)致隧洞出現(xiàn)裂縫使巖坡不穩(wěn)。當(dāng)然，圍巖覆蓋的厚度還需要根據(jù)圍巖的構(gòu)造情況面定，當(dāng)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(jié)構(gòu)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(guān)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(shè)計出安全性能高的無壓水工隧洞，需要嚴(yán)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(xué)者E溫克勒的觀點(diǎn)，他認(rèn)為彈性抗力與圍巖表面外法向變位成正相關(guān)，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(shè)計中的支護(hù)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(hù)或者是噴錨和鋼筋混凝土符合面成的襯砌結(jié)構(gòu)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)建立在現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在隧洞開挖后緊跟著作業(yè)面進(jìn)行快速的支護(hù)或者是提前支護(hù)，以便防止圍巖等松動。隨著當(dāng)今人量隧洞建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，隧洞掘進(jìn)機(jī)、噴錨支護(hù)等新機(jī)器技術(shù)的不斷發(fā)展，隧洞設(shè)計工作人員對襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計也出現(xiàn)了較明顯的該表。襯砌結(jié)構(gòu)主要是以其受力狀況為核心，著力于尋求最嚴(yán)密的計算方法和設(shè)計思想。襯砌結(jié)構(gòu)在隧洞施工的過程中，其主要承擔(dān)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(fù)荷，加強(qiáng)內(nèi)外水的壓力等。
襯砌結(jié)構(gòu)的計算方法有兩種，一種是彈性理論計算法:另一種是結(jié)構(gòu)力學(xué)計算法。對于比較人型的工程，主要采用電子計算機(jī)來分析較為復(fù)雜的斷面，即常說的彈性力學(xué)數(shù)值解法。筆者在本文中就針對此種方法進(jìn)行詳細(xì)的例證。當(dāng)襯砌結(jié)構(gòu)的洞徑比6m還小時，設(shè)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(jìn)行計算，這樣既可以計算出隧洞的厚壁圓筒應(yīng)力，還可以簡化設(shè)計計算的工作量。
2. 4無壓水工隧洞設(shè)計中的防滲和排水問題
無壓水工隧洞的設(shè)計，需要對地下水進(jìn)行相關(guān)的處理。設(shè)計技術(shù)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(jìn)行設(shè)立的設(shè)計，根據(jù)具體的實(shí)際情況，選擇性的設(shè)計襯護(hù)、灌漿、防滲帷幕和排水走廊等設(shè)施。灌漿的作用是為了改善圍巖的整體性，通過回填和團(tuán)結(jié)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(jìn)行固結(jié)，我國國內(nèi)根據(jù)固結(jié)灌漿范圍也制定了相應(yīng)的不同標(biāo)準(zhǔn)和要求。因此設(shè)計人員應(yīng)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(guān)注，尤其是當(dāng)無壓水工隧洞的引水線較長時，設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計時重點(diǎn)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(dǎo)致滑坡、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，這嚴(yán)重危害到當(dāng)?shù)厝藗兊纳a(chǎn)生活安全和動植物的生存環(huán)境。
3結(jié)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(xué)等方面的需要。在對無壓水工隧洞進(jìn)行設(shè)計的時候，應(yīng)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合具體的工程實(shí)際和地質(zhì)特征，對無壓水工隧洞的設(shè)計問題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與闡述。根據(jù)隧洞工程相關(guān)的地形地質(zhì)條件，優(yōu)化無壓水工隧洞設(shè)計方案具有重人的理論和實(shí)踐意義，對我國整個隧洞項(xiàng)目的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的作用。以上就是筆者對于無壓水工隧洞設(shè)計的簡要闡述，希望能得到有關(guān)專家和學(xué)者的批評指正。
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