浅谈无压水工隧洞设计

浅谈无压水工隧洞设计
摘要：随着我国无压水工隧洞建设的不断发展，在无压水工隧洞设计方面的问题也越来越明显，本文对当前无压水工隧洞设计发展的相关问题进行分析，并且对无压水工隧洞设计过程中的各种问题进行阐述，旨在提高无压水工隧洞设计质量，为隧洞施工奠定坚实的基础。

关键词：无压水工;隧洞设计;问题;对策
引言
近年来，城市公路桥梁的设计与施工是当前经济社会发展过程中的一个重要组成部分，随着我国交通事业的快速发展，各种交通基础设施需要穿过山脉，出现了隧洞施工，隧洞的需求量还在逐渐增大。

由于传统的水工隧洞的方法对环境带来了严重的影响，因此在水工隧洞的设计过程中，为了实现现实的需要，需要加强无压水工隧洞的设计，加强各种施工技术的应用，当前在很多工程设计过程中都采用了无压水工隧洞方案和设计模式也，该方案不仅可以对生态环境进行保护，还能符合可持续发展的需求，是施工企业发展过程中的一项长期发展策略。

然而在无压水工隧洞的设计过程中还存在一些实际的问题需要解决。

一、无压水工隧洞的相关概念
水工隧洞指的是在山体或者地表下面开凿出来的过水洞，这种结构主要用于农业灌溉、发电、居民用水、排水、输水、通航等，水工隧洞根据受压状况和洞内水流状态的不同，可以分为有压和无压两种，有压水工隧洞指的是隧洞的内壁有一定的水压的隧洞，这种隧洞一般都采用圆形的断面，如果洞内的直径和洞内外水的压力较小，也可以采用其他断面形式，便于进行施工。

无压水工隧洞指的是在隧洞内的水流有自由的水面的一种隧洞形式，无压水工隧洞中比较常见的断面形式是圆拱直墙形，这种断面的形式对于垂直方向上的岩石压力比较适用，而且也有利于断面的挖掘以及衬砌，而且这种结构模式的隧洞可以承受较大压力的水流速度，当岩石的压力较小的时候，往往就可以采取圆拱直墙形的断面，如果山体的岩石的压力较大，则不适宜采用衬砌的方式，可以考虑采取其他的断面形式，以获得更加经济的效果。

二、无压水工隧洞设计中存在的问题分析
（一）无压水工隧洞设计的整体布置情况
无压水工隧洞设计过程中，一个重要的步骤就是要对无压水工隧洞进行整体的布置，在布置的过程中要根据具体的工程任务的情况以及排泄水中的建筑物来确定，一般说来，建筑物的特性、相互关系、泄洪流量、周围的地形环境以及施工运行的条件都会对无压水工隧洞设计质量带来一定的影响。

在对洞线方案进行
合理设计的基础上，应该要选择隧洞的进口位置和结构形式，将隧洞中的闸门的位置进行准确的布置，同时要加强出口位置的选择，隧洞的具体高程以及消耗的方式的确定应该要根据施工地周围的地质地形的条件以及隧洞与建筑物之间的关系来确定。

无压水工隧洞的位置的布置是一个十分复杂的过程，在布置的过程中，需要考虑到永久的占地情况、植被的生长情况、地下施工对地质环境的影响情况等，因此要对无压水工隧洞进行合理的选址，并且要对人力、物力、财力等多方面因素进行综合，以获得良好的设计效果。

（二）围岩的最小厚度和弹性抗力设计
无压水工隧洞的围岩在一定程度上对隧洞的衬砌的受力情况有很大影响，因此在对无压水工隧洞的洞线以及衬砌结构进行设计时，应该要对围岩的地质条件、厚度等方面的参数进行合理的选择和设计，并且要根据隧洞设计的标准，确定具体的厚度。

如果围岩的最小覆盖厚度得不到相应的满足，则很容易导致隧洞出现裂缝以及坡度不稳的情况，需要注意的是，对围岩的覆盖厚度进行确定，还需要根据围岩的构造情况来确定，如果岩石比较新鲜，而且岩石也比较完整，则岩体对内水压具有上抬作用，能够保持围岩的稳定性。

无压水工隧洞围岩的弹性抗力指的是隧洞内外变形而产生作用在结构物上的发抗力。

弹性抗力的大小与围岩的特性有很大的关系，可以说，弹性抗力和隧洞的衬砌之间一起承受了隧洞内的水流带来的压力，因此，在进行设计时，应该要考虑到隧道的安全性，需要对隧洞围岩的弹性抗力大小以及衬砌的工程量进行准确的计算，并且对弹性抗力进行计算，以获得更加准确的施工数据。

（三）无压水工隧洞设计中的支护和衬砌问题分析
无压水工隧洞设计中的支护和衬砌也是一个十分重要的部分，这对于无压水工隧洞的安全性和稳定性有很大的影响，当前我国大部分的隧洞或者是地下洞都是利用喷锚支护或者是
喷锚和钢筋混凝土制成的衬砌结构，这种支护结构一般都是建立在现代支护结构的基础上的，一旦进行隧洞开挖支护，需要立即进行快速的支护或者是提前支护，防止围岩出现松动的情况。

随着当前很多隧洞施工的出现，而且各种施工经验也越来越丰富，隧洞施工过程中的各种支护和衬砌问题也变得越来越频繁，衬砌结构主要是为了承担更多的压力，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。

在无压水工隧洞的衬砌结构施工过程中，需要减少围岩的粗糙程度，防止岩石出现严重的渗水现象，同时还要对围岩所能承受的压力负荷进行计算，加强内外水的压力的测试。

对衬砌结构进行计算时，一般有两种方法，一种是弹性理论计算法，另一种是结构力学计算法。

在一些规模较大的工程中，一般会采用计算机进行计算和分析，也就是常说的弹性力学数值解法。

（四）无压水工隧洞设计中的防渗和排水问题分析
无压水工隧洞设计过程中还有一个重要的问题就是防渗以及排水，由于积水过多，会导致隧洞的稳定性和安全性受到很大影响，因此在设计的过程中应该要
加强隧洞的防渗以及排水问题的分析和设计，对地下水进行相关的处理。

设计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，根据具体的施工情况，选择设计衬护、灌浆、防渗帷幕等基础设施，加强隧洞的防渗以及排水能力的提升。

比如在隧洞设计过程中，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可以有效地防止地下水的渗透，需要注意的是，无压水工隧洞的防渗以及排水设计过程中，不是所有的隧洞都要采取灌浆的方式进行固结，需要根据工程的具体情况去选择灌浆的范围和形式。

在排水设计方面，如果无压水工隧洞的引水线较长，则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影响，有的隧洞中的积水如果不能及时排除，则会对地下水带来很大影响，进而会影响到居民的生活用水以及灌溉等方面的用水，严重时还会带来一些地质危害，比如滑坡、坍塌等，会对当地人们的生产生活安全带来严重影响。

结语
无压水工隧洞是当前工程施工过程中的一个重要组成部分，随着近年来各种穿山工程变得越来越多，在施工过程中会出现较多的过水洞，加强无压水工隧洞的设计和施工，是提高工程质量的关键，在设计过程中需要对一些相关的问题进行分析，比如对无压水工隧洞设计中的防渗和排水问题进行分析、对无压水工隧洞设计中的支护和衬砌问题进行分析等，以提高无压水工隧洞的设计和施工质量。

参考文献
[1] 任俊.无压水工隧洞设计中的相关问题研究[J].江西建材，2014（18）
[2] 张建华，王志刚.水工隧洞设计中的几个问题的探讨[J].江西水利科技，2001（24）
[3] 张有天.水工隧洞建设的经验和教训[J].贵州水力发电，2001（23）。