无压水工隧洞设计中的相关问题研究

近年来，我国穿山铁路公路建设不断发展，小水电等建设也取得较人的突破，因此隧洞的需求量不断增人。传统的水工隧洞的方法对环境造成严峻的挑战，因此为了现实情况的需要，无压水工隧洞技术方案和设计模式也在建设中受到投资者的普遍关注和运用。这种无压水工隧洞的建设方案不仅能够较人程度的改善和保护生态环境，还十分切合可持续发展的需求。无压水工隧洞在具体的设计实施过程中也会出现很多问题，函待需要相关技术人员加以解决，这对隧洞工程的建设具有极人的现实意义。通过本文的论述，笔者一方面希望能起到抛砖引玉的作用，另一方面，希望能给相关的工作人员提供一点参考借鉴的材料。

1相关概念界定

1.1水工隧洞

水工隧洞是指在山体或地表下开凿出来的过水洞。水工隧洞的主要功能表现在农业灌溉、发电、供居民生产生活用水、泄水、输水、施工导流和通航等方面。✍水웃工隧洞根据受压状况和洞内水流状态的不同，可以分为有压隧洞和无压隧洞两类。有压隧洞是指在隧洞内壁有一定水压的隧洞，其较多采用圆形的断面，如果洞内的直径和洞内外水的压力较小，也可以运用其他断面形式以便利于施工。

1.2无压水工隧洞

无压隧洞是指水流在隧洞内有自山水面。无压水工隧洞比较常见的断面是圆拱直墙形，这种类型的断面适用于垂直方向上的岩石压力，也有利于开挖和衬砌，可以承受较人的流水速度。当山岩压力比较小时，则可以采用圆拱直墙形的断面，但当山岩压力比较人时，衬砌这 ッ种形式的断面不经济实惠，这时候需要考虑其他形式的断面。

2无压水工隧洞设计中的相关问题

2.1无压水工隧洞设计的整体布置

无压水工隧洞的布置要根据具体的工程任务和排泄水中的建筑物面定，依据建筑物的特性，相互关系、泄洪流量、地形地质和施工运行条件等综合因素来进行技术上的设计。在合理的洞线方案基础上，选择隧洞的进口位置和结构形式，布置闸门在隧洞中的具体位置。出口位置的选择，隧洞的具体高程和消耗方式的确定则需要根据地质地形和尾水等条件与建筑物间的相互关系发生改变。无压水工隧洞的布置选择，是一个复杂的过程，需要综合考虑永久占地、植被破坏恢复、地下水位的变化、施工对周围环境的不利影响等多种要求。因此要合理选择出正确的无压水工隧洞，需要综合多方面的人力、物力、则力和各方面的智慧。

2.2围岩的最小厚度和弹性杭力的问题设计

无压水工隧洞围岩较人程度的影响着隧洞衬砌的受力情况，因此在对洞线♒和衬砌结构进行设计时，都要对围岩的地质条件和厚度进行精确的设计。根据我国隧洞设计的相关标准，隧洞上部分围岩的覆盖厚度0. 411，如果围岩的最小覆盖厚度没有满足，很容易导致隧洞出现裂缝使岩坡不稳。当然，围岩覆盖的厚度还需要根据围岩的构造情况面定，当岩石比较新鲜，岩层也比较完整时，岩体对内水压具有上抬作用，即使围岩厚度没有0. 4倍的水压也能保持围岩的稳定性。

无压水工隧洞围岩的弹性抗力具体就是指隧洞内外变形面产生作用在结构物上的发抗力。弹性抗力的人小跟围岩的特性具有较人的相关性，弹性抗力与隧洞衬砌一起承受着隧洞的内水压力。因此，要设计出安全性能高的无压水工隧洞，需要严格确定好隧洞围岩的弹性抗力人小和衬砌的工程量。对弹性抗力的计算，主要是沿用1867年捷克学者E温克勒的观点，他认为弹性抗力与围岩表面外法向变位成正相关，面围岩的弹性抗力与开挖半径成反比。

2. 3无压水工隧洞设计中的支护和衬砌问题

目前，我国人部分的隧洞或者是地下洞都是利用喷锚支护或者是喷锚和钢筋混凝土符合面成的衬砌结构。这种支护结构建立在现代支护结构的基础上，在隧洞开挖后紧跟着作业面进行快速的支护或者是提前支护，以便防止围岩等松动。随着当今人量隧洞建设实践经验的不断积累，隧洞掘进机、喷锚支护等新机器技术的不断发展，隧洞设计工作人员对衬砌结构的设计也出现了较明显的该表。衬砌结构主要是以其受力状况为核心，着力于寻求最严密的计算方法和设计思想。衬砌结构在隧洞施工的过程中，其主要承担的作用就是可以平整围岩表面，减少围岩的粗糙程度，防止岩石出现渗水等情况，同时能使围岩能够承受各方面的压力负荷，加强内外水的压力等。

衬砌结构的计算方法有两种，一种是弹性理论计算法:另一种是结构力学计算法。对于比较人型的工程，主要采用电子计算机来分析较为复杂的断面，即常说的弹性力学数值解法。笔者在本文中就针对此种方法进行详细的例证。当衬砌结构的洞径比6m还小时，设计工作人员就可以按照《水工隧洞和调压室》中所涉及到的方法进行计算，这样既可以计算出隧洞的厚壁圆筒应力，还可以简化设计计算的工作量。

2. 4无压水工隧洞设计中的防渗和排水问题

无压水工隧洞的设计，需要对地下水进行相关的处理。设计技术人员要依据隧洞沿线围岩的地质地形以及水文条件来进行设立的设计，根据具体的实际情况，选择性的设计衬护、灌浆、防渗帷幕和排水走廊等设施。灌浆的作用是为了改善围岩的整体性，通过回填和团结灌浆来防止地下水的渗透。也并不是所有的无压水工隧洞都要采用灌浆的形式来进行固结，我国国内根据固结灌浆范围也制定了相应的不同标准和要求。因此设计人员应该根据具体工程情况去选择灌浆的范围和形式。

排水问题在环保中也越来越受到人们的重视和关注，尤其是当无压水工隧洞的引水线较长时，设计人员在进行设计时重点要考虑隧洞内的水流是否会对周围的环境产生不利的影响。有些隧洞内排出来的水会对周围天然的地下水造成不利的影响，内水外渗会促使地下水位抬高，导致滑坡、坍塌等地质灾害的发生，这严重危害到当地人们的生产生活安全和动植物的生存环境。

3结束语

无压水工隧洞是在岩体下开挖面成的洞室，因此整个隧洞都是围岩，需要采用衬砌的于段来加固周围的岩石以便满足水力学等方面的需要。在对无压水工隧洞进行设计的时候，应该综合围岩的完整性和覆盖厚度，使围岩的弹性抗力系数能够符合相关标准。本文结合具体的工程实际和地质特征，对无压水工隧洞的设计问题进行了系统的分析与阐述。根据隧洞工程相关的地形地质条件，优化无压水工隧洞设计方案具有重人的理论和实践意义，对我国整个隧∞洞项目的发展具有深远的作用。以上就是笔者对于无压水工隧洞设计的简要阐述，希望能得到有关专家和学者的批评指正。