水利工程中压力隧洞型式的研究

孙千淇

摘 要：水利工程是一项综合性工程，其包含的内容很多，而且涉及的范围非常广。水利工程的投资一般比较大，在施工的过程中，其需要用到多项施工工艺，具有施工难度大、工期长的特点。影响水利工程施工工期的因素很多，比如压力隧洞型式的水利工程，会因为隧洞埋入地下深浅程度而影响其施工的工期与成本。本文分析了选择压力隧洞形式的前提条件，并对无衬砌压力隧洞的最小埋深计算进行了分析，希望对水利工程中压力隧洞型式的研究提供一定的帮助作用。

关键词：水利工程；压力隧洞；无衬砌

压力隧洞型式的水利工程是一种施工难度较大的工程，这项工程中埋入地下的压力隧道深度对工程项目的工期有着重要影响，通过对压力隧洞型式的水利工程的研究，可以有效的缩短施工工期，还能有效的降低施工的成本。在选用压力隧洞型式的水利工程前，要了解施工的前提与条件，要根据相关要求对隧道的深度进行计划与挖掘，过深或过浅的隧道都会影响施工的质量，本文为了找到缩短该项工程进度的措施，对选择压力隧洞型式的前提进行了分析，希望对相关研究人员的研究工作能尽到自己的一份力量。

1 选择压力隧洞型式的前提

压力隧洞型式是水利工程的重要类型，选择这项工程需要考虑施工的前提条件，这样才能有效达到施工的要求与进度。在压力隧洞型式的水利工程中，隧洞埋入的深度对工程项目的有效进行有着重要的影响作用，如果其深度设定出现失误，则会造成较大的安全事故，给水利工程的施工人员带来较大的危险，并且给水利工程造成较大的经济损失。为了避免这一问题的出现，相关设计人员需要掌握压力隧洞设计的工作原理以及思路，这样才能设定出正确的压力隧洞位置以及深度，压力隧洞还需要与地表保持一定距离，这样才能保证后续工作的有效进行。如果隧洞埋下地表的深度无法达到相关的要求，则会为施工埋下安全隐患，可能会造成岩石滑落等问题的发生。笔者为了更好的研究选择压力隧洞型式水利工程的前提，对一工程的主导思想进行了分析与介绍：

压力隧洞型式的水利工程由于需要在地下作业，所以其施工的危险系数比较高，隧洞埋入地下的深度对工程质量有着较大影响，在施工的过程中，岩石的结构以及应力状态对隧洞的承载能力有着很大影响。所以，相关人员一定要规范自己的操作，提高安全意识，使施工效果达到相关要求的标准，避免岩石滑坡或者隧洞进水的问题发生。水利工程在施工的过程中，还要考虑水压的问题，设计人员需要掌握全面的施工知识，还要通过水泥混凝土衬砌等方式提高隧洞的强度，避免在施工的过程中受到水压力的影响。为了缩短压力隧洞型式水利工程的工期，降低其施工的成本，施工单位可以利用混凝土等价格低廉的建筑材料进行施工，在衬砌的过程中，一旦发现裂缝，可以通过混凝土的特性将水压力传递到岩体上，从而降低隧洞的水渗程度，从而提高隧洞的稳定性与安全性。

2 无衬砌压力隧洞的最小埋深计算分析

2.1 压力隧洞最小埋深的含义

压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离。隧洞埋入地下的深度对施工的质量与安全有着很大影响，对深度的把握需要精准，太深或者太浅都会降低施工的质量，如果隧洞与地表的距离无法达到施工的要求，还会影响后续工作的正常进行。只有设计出合理的隧洞位置与深度，才能将隧洞内水压力的荷载有效的传递到岩体上，从而避免隧洞内进入水流的危险事故发生。在施工的过程，设计人员一定要提高自身的能力，水利工程监管部门也要加强对隧洞深度的检测，这样才能提高施工的安全系数以及企业的利润。

2.2 用具体实例分析无衬砌压力隧洞的最小埋深计算方法

水利工程中压力隧洞的最小埋深实际上就是指无衬砌压力隧洞的最小埋深，对水利工程的整个过程有着至关重要的作用。本文运用的具体事例，压力隧洞内径为9.5m，水头为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决定压力隧洞的内径大小，本文引用的实例中压力隧洞内径大小为9.5m，刚好符合施工要求和标准。该压力隧洞穿越的一段地形低洼地段是一个山谷隘口，洼地两侧与水平面的坡度分别为26°和 46°，其最小埋深为36m。实例中所说的山岩岩体是由弱泥质密实的层状石灰岩组成的，其层厚度为0.4m～0.8m，有时候岩体还有可能是用混凝土或钢筋混凝土衬砌的岩体，不同情况下岩体的组成部分会有所不同。山岩岩体层隧洞轴线对水平面的倾角为6°，在垂直于隧洞纵轴的平面内岩层对水平面的倾角为65°。分析无衬砌压力隧洞的最小埋深计算过程是针对隧洞的空间结构，是空间结构的有些参数的计算过程，比如顺层理的岩体变形模量和垂直于层理的岩体变形模量分别采用E11=7000MPa和E⊥=3600MPa，这些参数都要通过利用计算机应用程序求解，主要是有限元法计算无衬砌压力隧洞的最小埋深。

2.3 对计算区域的选择要求

水利工程中无衬砌压力隧洞埋深计算区域的选择要考虑当地的地形、地质等因素，还要考虑计算采用的对称条件，因为无衬砌压力隧洞的最小埋深计算区域的选择把一切影响因素考虑进去才能保证选择的正确性。本文对无衬砌压力隧洞的最小埋深计算区域的选择，要按照实例中隧道的大小来说明，计算区域的尺寸沿着隧洞轴线400m，水平方向的长度距隧洞轴线200m（相当于计算区域的宽度），计算区域的高度按照当地的地形情况可以为400m。

2.4 岩体在不同情况下的应力值分析

水利工程中无衬砌压力隧道的最小埋深的计算必须对周围岩体的应力状态进行仔细分析研究，这样才能减少岩体的滑移和涌水的危险。隧洞周围的岩体在不同情况下，应力状态有区别，比如隧洞未来衬砌顶拱点处未受到损害，其应力值为σmin=-2.1MPa，σmax=-0.97MPa。岩体岩层在呈垂直状和水平状的情况下其应力值都不同，分别为σmin=-2.25MPa，σmax=-1.35MPa和σmin=-2.17MPa，σmax=-1.5MPa。岩体在不同情况下的应力值对施工前期的设计阶段提供依据，我们可以通过不同情况下的岩体的应力状态，确定某一个隧洞能否在无衬砌条件下作为压力隧洞保留下来。

结束语

对水利工程中压力隧洞型式的研究，需要从压力隧洞型式的选用前提入手，还要提高隧洞设计的质量，使隧洞处在地表下合理的位置，隧洞在地表下的深度不宜过深，也不宜过浅，否则会影响隧洞的承载力以及水压力荷载的传递，如果设计人员对隧洞的深度设计出现误差，可能会造成隧洞内进入大量水流，使隧洞出现裂缝，增加其渗流量，从而降低水利工程的质量与安全性，还会增加维修的成本，延长工期，降低企业的利润。

参考文献

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