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探讨中小型水工隧洞设计与施工优化王辛

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：王辛郭亮董少博

[导读] 摘要：中小型水工隧洞，作为提升所处地区水资源利用效率的重要基础设施。

        河南省豫北水利勘测设计院有限公司河南省 455000
        摘要：中小型水工隧洞，作为提升所处地区水资源利用效率的重要基础设施。其建设过程易受所处水文地质条件因素的影响而出现诸多不合理问题，不仅会影响工程建设效果，还会延长施工进度。为改善这一问题，相关建设者应在明确工程建设要求与既定规范标准情况下，采用科学技术方法对指标参数进行设置。如此，隧洞建设环节就可遵循具有科学合理性的方案落实各部分隧洞结构的建设。这是推动水工行业健康稳定发展的关键，研究人员应将其作为重点科研对象，旨在使工程项目服务于现代化经济建设的全面发展进程.
        关键词：中小型水工隧洞设计；施工优化；控制措施
        1导言
        水工涵洞工作条件非常复杂，因受到水的特殊作用，其设计要求高，施工难度较大。因此，围绕中小型水工涵洞建筑的设计与施工进行针对性的分析，具有重要的现实意义。
        2工程概况
        某水库工程所处地区为山区地形且植被覆盖率高，岩石裸露少，水土覆盖程度大。设计正常蓄水水位为82.4m，为提高工程建设使用效率，应将隧洞设计与施工质量效果控制作为重点，以降低水文地质环境因素所带来的影响。
        3中小型水工隧洞设计控制要点分析
        3.1输水隧洞设计
        水库输水隧洞位于坝体右侧，进口底板长度为85m，底坡坡降约为0.003645，城门洞段的隧洞水深设计为0.35m。水库的取水塔上游设引渠，长度为8.6m，隧洞长度设计为14.5m。此外，隧洞顶部位置的纵轴线方向，设计人员应及时有效的设置45°三孔夹角，并把间距控制为3.0m。对于隧洞横断面的周边环境，应设置固结灌浆孔，孔深＞0.7m。然后进行固结灌浆，并将其施工材料选定为混凝土浆，以使压力始终控制在110-160kPa之间。
        3.3隧洞衬砌设计
        隧洞的施工建设过程，应在严格按照规范标准情况下，通过支护来加固周边围岩。具体来说，就是根据围岩结构的稳定情况，确定围岩压力。经勘察，隧洞围岩属V类，设计开挖作业后，运用C25钢筋混凝土对其进行喷射加固处理，即将厚度控制在10cm上下。此后，隧洞工程所处的围岩就处于稳定状态，无需进行其他方面的处理。设计过程，相关人员应通过3次计算来保证各点法向位移与抗力条件的一致性。对于隧洞的进口部位，应运用浆砌石翼墙，宽度应设置为3.5m，并把拦污栅设置在墙的末端部位。值得注意的是，取水塔内部的内外半径应分别设置为2.4m，2.7m。同时，还要对其工作闸门进行检修，以满足既定的设计规范要求。
        此外，为减小隧洞衬砌结构的外水压力，排水设计是最有效的措施，最简单的做法是在衬砌上钻设排水孔，对外水压力进行释放，这主要适应于无压洞，对有压洞还需考虑内水外渗的影响。而地下水可排入隧洞时，优先采用在衬砌上钻设排水孔的“内排”措施。地下水水质较差不宜排入隧洞时，则需通过排水管或排水垫层将渗水“外排”至洞外。但需对排水管或排水垫层的材料、结构及布置等进行研究，其效果和耐久性设计是关键，以减少其损坏和失效的概率。
        上述设计工作完成后，应积极开展设计审核工作，并根据工程隧洞建设状态将易出现问题的部位作为重点审核对象。这样一来，水库工程所处的不良地质水文环境就不会对隧洞结构建设造成影响，进而提高项目建设使用的安全可靠性。
        4中小型水工隧洞施工优化措施分析
        4.1支洞施工优化
        施工优化控制过程中，相关人员应将缩短工期、排渣以及提高通风与排烟效果作为工作重点。具体来说，为避免施工对所处环境的建筑物造成一系列不稳定影响，支洞施工应将设置的合理性作为优化控制重点，以避免造成不必要的建设成本。施工优化人员应根据水库工程建设的实际情况与所处周边建筑环境，来提高支洞施工方案运用的科学合理性。如此，支洞施工效果就能有效提升中小型水工项目建设的整体性与安全性。

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        4.2施工期的突涌水处理
        突涌水是隧洞工程中普遍存在的地质灾害，而超前预注浆是解决突涌水问题较为有效的方法。以往主要采用先排后堵的方案，即先将一部分水排出洞外，待压力降低后，再实施堵水灌浆，这样可大大降低注浆施工的难度。但对于中小型水工隧洞，长时间大流量的排水降压可能引起大范围的地下水位下降，极大地破坏周边地区的水环境，严重时可导致次生地质灾害。另外，由于泄水降压需较长的时间，在延误工期的同时也可能造成投资的大幅增加。
        对水泥基浆液，需满足少析水、不沉淀等要求，注浆时浆液能自成整体，高压低速水流不能进入浆液内部，并具有一定的抗冲能力，且满足在高压条件下流变性能缓变等要求。在施工工艺中，高压水地层下的成孔工艺和孔口封闭技术是关键工艺。施工中突发高压涌水时，可根据涌水情况选用排水、堵水或二者相结合等方式。涌水量不大、不影响隧洞掘进时，可根据“适量排放”的原则进行排水。涌水量较大、严重影响隧洞掘进进度时，应采用帷幕注浆和径向注浆方式进行堵水。出现较大集中涌水时，应采取局部注浆的方式对大涌水及时进行封堵。堵水的关键技术是快速处理技术，核心是注浆材料，需对高流速或高压条件下的抗冲速凝型材料及配套设备和注浆工艺等进行重点研究。
        4.3开挖施工机械化控制
        机械化，作为满足水库工程隧洞施工进度要求的关键，施工优化人员应从实践角度出发，对开挖与钻孔设备进行优选，以提升其作用于施工场地实际情况的安全可靠性。经对以往隧洞施工情况进行分析，发现多臂钻孔设备的施工速度较快，风钻设备的施工速度较慢。但受隧洞施工环境多样性的影响，多臂钻设备的作用效果较低，风钻因其在施工场地占用空间小，可高效作用于开挖施工过程。基于此，施工优化应采用先挖洞后施工方式，通过增加风钻设备数量，来提高钻孔作业与施工整个阶段的效率。对于出渣方式的选择，施工进度控制人员应根据施工场地情况选用具有适应新歌的运输方式，即采用前装后卸式的单斗装岩机与斗车，来为出渣工作质量控制提供配合。如此，风钻等开挖设备使用的机械化效果才能充分发挥出来，进而提升所处隧洞施工结构建设过程的安全可靠性。
        4.4加强施工过程控制
        将设计方案分解，明确施工步骤，结合成本、质量和进度控制目标，制定相应的控制措施。前期要组织精简高效的管理机构，成立现场指挥部协调各方关系，项目业主要组织审核施工设计图纸和施工组织设计，施工方严格按照设计图纸进行放样。加强原材料的检测，不合格的原材料严禁进入施工现场，做好砂浆、混凝土等中间产品的取样送检，对中间产品检测不合格的部位坚决予以返工。同时，还要加强工序管理，完成一个工序检查一个工序、验收一个工序，质量达不到设计要求的，必须整改，直到符合要求后再进行下一个工序的施工。
        4.4爆破循环施工优化
        隧洞施工过程爆破是不可避免的，施工技术人员应根据所处的作业条件对爆破参数进行针对性调整，以保证爆破不会对所处围岩结构造成过多影响。进尺，作为爆破施工控制的重要指标参数，施工优化人员应结合实际情况与规范标准，使进尺参数作用处于最佳循环控制状态。
        5结束语
        总之，中小型水工项目隧洞的建设，应在明确所处水文地质环境条件基础上，开展设计与施工优化控制工作。事实证明，只有这样，才能将最具适用性的隧洞图纸方案作用于实践，进而促进所处工程施工建设的整体性与科学合理性。为此，工程建设者应将上述分析内容与科研结果更多地作用于不同建设条件与建设要求的中小型水工项目，以提高其作用于水资源可持续使用的效果价值。
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