覃建龙
昭通市水利水电勘测设计研究院 云南 昭通 657000
摘要：随着技术的不断进步，输水隧洞在设计环节增添了新要求，因此在设计过程中，要基于现阶段隧洞设计存在的问题，研讨出现多种问题的原因，并结合现有技术给出优化方案。本文将就输水隧洞设计问题给出多层面见解。
关键词：输水隧洞设计；问题；分析
引言：输水隧洞设计中存在多种限定性要素，要充分研讨产生设计问题的原因，针对设计意图结合现有技术，解决其中影响质量的问题，提升结构的稳定性，进而保证使用的现实作用。输水隧洞具有沿线长、地质复杂和工程难度大的特点，因此在图纸设计环节应当将工程现场环境条件予以考察，充分调研工程地质条件，制定详尽的施工方案，充分对接经济和组织要求，达到管控设计效果的目标。
1 隧洞输水线路设计
隧洞输水动线受到洞长、落差和地质条件的限制，由于设计内容的不科学性，导致出现淹没损失的情况，对于控制建设资金有着制约作用。隧洞长度与落差的形成成正相关，运用建坝的方式引水，不具备经济效益，且容易造成淹没损失，因此要优化隧洞输水线路的设计环节，充分考虑输水线路的长度和落差。通过大数据分析得到，线路采用直线短接的方式，能够充分利用弯道，获得落差，保障供水量，从而完善整体布局。隧洞输水线路设计要充分考虑地质条件对线路运行的影响，确定好线路经过的取水枢纽和电站，在保证结构稳定运行的基础上，确定线路的基本结构，解决供水和洞内淤堵的问题，根据出口高程的计算公式，细致研究经过地形的基本特征，确定好比降，计算出水力、进口高程和水头损失。通过对隧洞进出口的水头损失计算，完成施工流程和管理办法的制定，从而设计出更合理和经济的隧洞截断面形态，保证建筑物形式的完美落成[1]。基本结构见图1。
2 衬砌形式设计
衬砌形式的选择需要管控好地形条件和相关计算精度，尤其是在内水压力和洞泾计算中，应当使用限制裂缝开展宽度的方法，基于类比理论，分析工程的基本结构。设计中经常出现支护结构选择失效和围岩自承力不符合弹性系数的情况，因此要投身于相关结构的计算问题中，选择合适的计算方法，有效控制外水折减系数。
2.1 荷载计算
荷载计算从衬砌自重、岩体压力和抗力系数等角度出发，明确应用的公式，运用信息技术提升计算的精度。结合有关内容分析得到，影响衬砌自重的限定条件中混凝土结构的效用应当予以考量，在实际操作中要注重混凝土配和比和浇筑方式的选择，通过山岩压力和弹性系数的计算，可以得到隧洞开挖的宽度和高度影响岩体承受的压力值，因此在实际设计中，要联系多个设计环节，从而完善具体结构，使其充分满足假设要求[2]。
目前衬砌形式呈现多样化特点，根据不同的地形条件选择适合的形式，考虑水头和压力管的选择，按需确定最终的衬砌方法。喷锚衬砌是输水隧洞常用的方式，主要应用于基础环境条件优质的工程，有些中高水头电站其洞泾较大，选用钢筋混凝土衬砌的办法可以有效解决施工问题，保障从设计端提升整体工程质量的控制力度。钢筋混凝土衬砌的办法，也常用于围岩中，在开展衬砌设计前，要详细研讨地质报告，但目前勘察人员的责任意识不强且工程建设在此方面的投资力度不满足资金要求，导致勘察效果不佳，钻孔数量不足，因此在勘查中，要注重分清围岩的种类，分析地质结构中是否存在交错的围岩形式，尽可能详尽的对不同围岩结构给出对应的衬砌意见。一般只喷不锚的作业方式适用于Ⅰ、Ⅱ类围岩，又喷又锚适用于Ⅲ类围岩结构；有些围岩结构需要融合使用多种衬砌方式，以Ⅳ类为例，一般在其上线使用挂网喷锚的办法，下线是用钢筋混凝土的办法，保证衬砌方式的准确施用。经过分析可以看出，地质条件是影响设计具体处理办法的重要限定性条件，对于不同地形条件的输水隧洞，应当严格遵守挪威准则，重点考察隧洞上部分和侧面的岩石结构，在其质量超过内水压力时，选择两种方式并行使用的施工办法，发挥出多种衬砌方式的优势[3]。
3 洞径设计
洞径的大小受到经济流速的限制，且其经济流速具有范围广的特点，增加了挑选上限和下限的难度，而不合理的挑选方式会呈现出较大差别，导致可变性因素的增大，从而增加了设计和管理的成本，对于核算有着制约作用。因此在实际设计中，要统合电价和物价的变化，改变原有计算结构，加强对电站投入管理的力度，从而充分对接核准电价和峰值电价，切勿忽视影子电价的作用效果，保证洞径的选择和电价相匹配。为保证洞径的经济效果，要充分考虑水头损失，计算好年发电量和效益值，结合市场定价，核算好隧洞的石方造价，充分考虑调压井和厂房等建筑集群对整体效益的影响。
4 竖井设计
竖井设计中要确定好断面结构和锁口盘外径与深度，选定支护结构形式，一般在竖井中使用喷射混凝支护的方法能够保障结构的经济效益，结合具体地质条件，将厚度等因素考虑在内，设计最终的井深。隧洞设计过程中要注意将设计好绘制的中心线，保证结构的平衡性，从而维持竖井的牢固度。
5 过流能力设计
过流能力的计算公式是：，说明其设计流量与国税断面面积和湿周（）有关，一般舍齐系数取，计算好满流时的水力半径后，失算设计流量，将洞内水深与过流能力的限定值进行比较，最终确定是否符合规范要求。其中过流能力的基本运算内容要严格按照规范的具体公式来完成。
6 洞型设计
洞型结构受到洞径、内压以及衬砌形式的限制，一般洞径在5米范围内的输水隧洞，其呈现的洞型结构偏向于城门洞，而超过5米一般选用简化马蹄型。简化马蹄型是由城门洞型演化而来，将底角削掉即可，不仅保证与砼衬砌结合的紧密程度，并且降低了砼量，符合技术和经济的多种要求。目前，在有压洞的结构中，一般选用砼衬砌的方式，结合圆形结构，奖励了配筋的使用量，达到控制投资的效果，提升经济水平。且兼顾喷锚作用，能够提升施工的效率，维持开挖洞直径，减少加大开挖处理施用的频率。施工中经常出现调整开挖方式的情况，而在设计环节要对可能出现的岩石结构予以预判，例如砼衬砌选择方式的选择在设计环节是无法提前定位的，而是通过施工中不断的修改设计图纸，逐步减低砼量，降低水头损失，维持喷锚洞的基本结构。
结束语
综上所述，在输水隧洞的设计环节要充分考虑地质条件对设计图纸内容影响，基于现场的有关岩体条件，组织设计人员与施工人员形成联动的结构，保证在施工中及时调整设计内容。引入专项资金，投放于前期勘查中，并积极引进先进技术人才，保证各环节计算和施工标准的详尽程度，充分体现出技术对于工程建设的重要性。技术的逐步提升不仅扩充了设计的广度，同时也提升了基础计算的精度，缩短作业时间，有利于加快行业建设。
参考文献
[1]高华峰.水库工程导流隧洞改建为输水隧洞的设计应用[J].内蒙古水利,2018,12:55-56.
[2]尹德文,汪雪英,杨晓箐.厄瓜多尔CCS水电站输水隧洞优化设计总结及体会[J].隧道建设(中英文),2019,3902:246-253.
[3]周荣,孔祥郃.盾构法输水隧洞设计与施工分析[J].工程技术研究,2019,406:188-189.