水利工程中壓力隧洞型式的研究

孫千淇

摘 要：水利工程是一項綜合性工程，其包含的內容很多，而且涉及的范圍非常廣。水利工程的投資一般比較大，在施工的過程中，其需要用到多項施工工藝，具有施工難度大、工期長的特點。影響水利工程施工工期的因素很多，比如壓力隧洞型式的水利工程，會因為隧洞埋入地下深淺程度而影響其施工的工期與成本。本文分析了選擇壓力隧洞形式的前提條件，并對無襯砌壓力隧洞的最小埋深計算進行了分析，希望對水利工程中壓力隧洞型式的研究提供一定的幫助作用。

關鍵詞：水利工程；壓力隧洞；無襯砌

壓力隧洞型式的水利工程是一種施工難度較大的工程，這項工程中埋入地下的壓力隧道深度對工程項目的工期有著重要影響，通過對壓力隧洞型式的水利工程的研究，可以有效的縮短施工工期，還能有效的降低施工的成本。在選用壓力隧洞型式的水利工程前，要了解施工的前提與條件，要根據相關要求對隧道的深度進行計劃與挖掘，過深或過淺的隧道都會影響施工的質量，本文為了找到縮短該項工程進度的措施，對選擇壓力隧洞型式的前提進行了分析，希望對相關研究人員的研究工作能盡到自己的一份力量。

1 選擇壓力隧洞型式的前提

壓力隧洞型式是水利工程的重要類型，選擇這項工程需要考慮施工的前提條件，這樣才能有效達到施工的要求與進度。在壓力隧洞型式的水利工程中，隧洞埋入的深度對工程項目的有效進行有著重要的影響作用，如果其深度設定出現失誤，則會造成較大的安全事故，給水利工程的施工人員帶來較大的危險，并且給水利工程造成較大的經濟損失。為了避免這一問題的出現，相關設計人員需要掌握壓力隧洞設計的工作原理以及思路，這樣才能設定出正確的壓力隧洞位置以及深度，壓力隧洞還需要與地表保持一定距離，這樣才能保證后續工作的有效進行。如果隧洞埋下地表的深度無法達到相關的要求，則會為施工埋下安全隱患，可能會造成巖石滑落等問題的發生。筆者為了更好的研究選擇壓力隧洞型式水利工程的前提，對一工程的主導思想進行了分析與介紹：

壓力隧洞型式的水利工程由于需要在地下作業，所以其施工的危險系數比較高，隧洞埋入地下的深度對工程質量有著較大影響，在施工的過程中，巖石的結構以及應力狀態對隧洞的承載能力有著很大影響。所以，相關人員一定要規范自己的操作，提高安全意識，使施工效果達到相關要求的標準，避免巖石滑坡或者隧洞進水的問題發生。水利工程在施工的過程中，還要考慮水壓的問題，設計人員需要掌握全面的施工知識，還要通過水泥混凝土襯砌等方式提高隧洞的強度，避免在施工的過程中受到水壓力的影響。為了縮短壓力隧洞型式水利工程的工期，降低其施工的成本，施工單位可以利用混凝土等價格低廉的建筑材料進行施工，在襯砌的過程中，一旦發現裂縫，可以通過混凝土的特性將水壓力傳遞到巖體上，從而降低隧洞的水滲程度，從而提高隧洞的穩定性與安全性。

2 無襯砌壓力隧洞的最小埋深計算分析

2.1 壓力隧洞最小埋深的含義

壓力隧洞最小埋深主要是指隧洞埋入地下的深度，也就是隧洞最底端到地面的距離。隧洞埋入地下的深度對施工的質量與安全有著很大影響，對深度的把握需要精準，太深或者太淺都會降低施工的質量，如果隧洞與地表的距離無法達到施工的要求，還會影響后續工作的正常進行。只有設計出合理的隧洞位置與深度，才能將隧洞內水壓力的荷載有效的傳遞到巖體上，從而避免隧洞內進入水流的危險事故發生。在施工的過程，設計人員一定要提高自身的能力，水利工程監管部門也要加強對隧洞深度的檢測，這樣才能提高施工的安全系數以及企業的利潤。

2.2 用具體實例分析無襯砌壓力隧洞的最小埋深計算方法

水利工程中壓力隧洞的最小埋深實際上就是指無襯砌壓力隧洞的最小埋深，對水利工程的整個過程有著至關重要的作用。本文運用的具體事例，壓力隧洞內徑為9.5m，水頭為160m（P=1.6MPa），穿越一段地形低洼地段。水利工程中可以按照施工需要決定壓力隧洞的內徑大小，本文引用的實例中壓力隧洞內徑大小為9.5m，剛好符合施工要求和標準。該壓力隧洞穿越的一段地形低洼地段是一個山谷隘口，洼地兩側與水平面的坡度分別為26°和 46°，其最小埋深為36m。實例中所說的山巖巖體是由弱泥質密實的層狀石灰巖組成的，其層厚度為0.4m～0.8m，有時候巖體還有可能是用混凝土或鋼筋混凝土襯砌的巖體，不同情況下巖體的組成部分會有所不同。山巖巖體層隧洞軸線對水平面的傾角為6°，在垂直于隧洞縱軸的平面內巖層對水平面的傾角為65°。分析無襯砌壓力隧洞的最小埋深計算過程是針對隧洞的空間結構，是空間結構的有些參數的計算過程，比如順層理的巖體變形模量和垂直于層理的巖體變形模量分別采用E11=7000MPa和E⊥=3600MPa，這些參數都要通過利用計算機應用程序求解，主要是有限元法計算無襯砌壓力隧洞的最小埋深。

2.3 對計算區域的選擇要求

水利工程中無襯砌壓力隧洞埋深計算區域的選擇要考慮當地的地形、地質等因素，還要考慮計算采用的對稱條件，因為無襯砌壓力隧洞的最小埋深計算區域的選擇把一切影響因素考慮進去才能保證選擇的正確性。本文對無襯砌壓力隧洞的最小埋深計算區域的選擇，要按照實例中隧道的大小來說明，計算區域的尺寸沿著隧洞軸線400m，水平方向的長度距隧洞軸線200m（相當于計算區域的寬度），計算區域的高度按照當地的地形情況可以為400m。

2.4 巖體在不同情況下的應力值分析

水利工程中無襯砌壓力隧道的最小埋深的計算必須對周圍巖體的應力狀態進行仔細分析研究，這樣才能減少巖體的滑移和涌水的危險。隧洞周圍的巖體在不同情況下，應力狀態有區別，比如隧洞未來襯砌頂拱點處未受到損害，其應力值為σmin=-2.1MPa，σmax=-0.97MPa。巖體巖層在呈垂直狀和水平狀的情況下其應力值都不同，分別為σmin=-2.25MPa，σmax=-1.35MPa和σmin=-2.17MPa，σmax=-1.5MPa。巖體在不同情況下的應力值對施工前期的設計階段提供依據，我們可以通過不同情況下的巖體的應力狀態，確定某一個隧洞能否在無襯砌條件下作為壓力隧洞保留下來。

結束語

對水利工程中壓力隧洞型式的研究，需要從壓力隧洞型式的選用前提入手，還要提高隧洞設計的質量，使隧洞處在地表下合理的位置，隧洞在地表下的深度不宜過深，也不宜過淺，否則會影響隧洞的承載力以及水壓力荷載的傳遞，如果設計人員對隧洞的深度設計出現誤差，可能會造成隧洞內進入大量水流，使隧洞出現裂縫，增加其滲流量，從而降低水利工程的質量與安全性，還會增加維修的成本，延長工期，降低企業的利潤。

參考文獻

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