尹辉
云南省昭通市水利水电勘测设计研究院 云南昆明 657000
摘要：本文简述了水工隧道设计的要点，并从水工隧道线路选择、构造设计、外水压力、灌浆设计设计角度对水工隧道设计过程中所存在的主要问题进行了深入分析，提出了解决设计问题的有效对策，希望能够为同行业工作者提供一些帮助。
关键词：水工隧道；设计；问题与对策
引言：社会的进步使得交通事业获得了前所未有的发展机遇，为满足部分地区的交通需要，无论是隧道数量还是其设计规模相较以往均有明显变化。隧道的特殊性使得若选择应用传统水工隧道设计方法，将会对其周边生态环境造成极为严重的破坏，因此需要在充分考虑隧道建设实际需要的同时，提高对水工隧道设计模式以及选择应用先进设计方案环节的重视，准确定位现阶段水工隧道设计过程中所存在的主要问题，且需要确保提出与落实对策的及时性，继而奠定水工隧道的设计基础。
1 水工隧道设计要点
水利工程数量的增多使得我国经济发展获得了有利的支持条件，由于现阶段我国多数水利工程位于山丘丘陵地区，这使得与之配套的诸多工程项目有穿山越岭的需要，为满足这一需求就应根据实际的环境条件建设对应的使用隧道，以帮助充分发挥水利工程的应用效果。对于水工隧道设计来说，确保其科学合理性与经济性是保证水利工程建设工序展开顺利性的重要基础，这样一来就能够在水工建筑物体型与相关布置的要求下，根据实际需要挖掘出不同体积的地下洞穴。需要注意的是由于地下工程的特殊性，水工隧道无论是在设计还是在施工过程中均需要重点关注所选择的支护方法的应用效果，且需要保证获取到的计算参数的准确性与完整性[1]。施工团队自身技术水平的不同也将会影响到最终隧道建设效果，因此需要对施工团队的技术水平进行严格核验，以避免出现实际施工控制与隧道设计内容脱节的现象。另外需要重点关注地下水流情况，其无论是对于施工环境、载荷确定还是施工方案选择均有极为重要的作用，这就要求相关施工人员需要以工程自身要求为依据对地下水进行科学处理。施工过程中相关人员需要根据设计内容总结施工阶段所遇到的各类问题，制定科学有效的防渗排水与支护方案，为工程建设工作的顺利展开奠定基础。
2 水工隧道线路选择问题的解决对策
2.1地质条件
隧道路线选择环节，选择的地区应具有岩体坚硬与完整的特性，且需要确保其地质构造相对简单，避开本身地质条件不良的区域，例如地下水位较高或有严重渗水情况出现的地段，进而最大限度的将隧道颈部的外力压力降低。软弱带走向、岩层以及构造断裂面之间的交角为洞线确定需要重点关注的部分，若该处区域本身为高地应力，就应确保其最大水平地应力方向与洞线方向保持一致，从而达到减轻侧向围岩压力的目的[2]。设计人员需要严格遵循隧道的建设要求确定最终的隧道覆盖厚度数据，若隧道类型为有压隧道，需要充分考虑弹性抗力，一般需要将围岩的覆盖厚度控制在洞径的三倍以上。
2.2地形以及水流条件
选择的洞线应保持其短直特征，无论是其地质条件还是地形区域均需要对齐转弯节点予以充分考虑，若存在两端弯道或隧道弯道曲率半径直线长度在5倍洞宽以上，且转弯转角在60度以下，应提前对隧道的弯道设计进行试验[3]。水工隧道线路选择需要对水流条件予以充分考虑，进入到隧道的水流以及洞口应力应保持畅通状态，此时出口处的水流应与下游河道平顺衔接以降低冲刷现象的发生风险，此时所设计建设的土石坝的下游坝脚与周边建筑物之间应保持一定距离。
2.3施工条件
水工隧道选择环节应充分考虑施工的出渣通道以及场地的具体布置问题，且需要在曲线的设置环节充分结合预先确定的转弯半径、弯曲半径等参数。若隧道较长则应联系实际的地形地质条件保证竖井、斜洞等结构布置的合理性，为确保进料以及通风等工作展开的顺利性提供完备条件。在施工条件获得进一步优化的情况下施工进度的推进将更为顺利，此过程需要对路线设计的整体运行环节以及具体布置等情况进行深入分析，以避免建设完成的隧道对周边建筑物产生不良影响。
3 水工隧道构造设计问题的解决对策
3.1水工设计以及其所对应的排水设计
若设计的无压洞衬砌对于防渗并没有较高的要求，那么在进行施工缝设计时并不需要为其单独设计止水方案。而若是对该位置明确提出了具体的防渗要求，则应对止水铜片以及止水带进行合理设计。
排水设计环节需要确保泄洪洞以及出口边坡等设置的合理性，联系实际条件确定排水渠以及排水沟的设置位置，以提高地面水的排除效率[4]。对于无压洞来说其水面线以上位置应保证排水孔的设置合理性，在提高山体水排除效率的同时也能够最大限度的减少外水所带来的压力。除此之外在出口处的消能反弧段也应确保所设置排水设施的合理性，这样就能够完全排除泄流完毕后的反弧段积水，为更为全面的对交通情况进行检查与设施维修提供完备条件。
3.2结构分缝以及分块设计
无论是对于泄洪隧道洞深处的出口消能工段还是进口处均应为其设置合理的伸缩缝，再有明显的大断层或软弱破碎带的情况下也应确保设置伸缩缝的合理性与及时性。若无压洞衬砌对防渗要求并不严格，此时为其设置的环向施工缝钢筋并不需要必须穿过伸缩缝的缝面，完成铺设的混凝土结构也不需要对其进行凿毛处理。若无压隧道对于防渗有着较高要求，或有压洞衬砌有环向施工的需要，此时所设置的伸缩缝的缝面处必须进行凿毛处理，且需要在钢筋穿过缝面的同时确保相邻两块混凝土在浇筑环节保持两周以上的间歇期。顶拱的浇筑过程中需要充分考虑反缝结构设计，以确保边墙混凝土以及顶拱混凝土之间的结合有效性。
4 外水压力分析处理问题的解决对策
我国针对外水压力问题主要有两种解决方案，需要将外水压力作为面力与体积力进行单独分析。将外水压力作为面力的方式是隧道设计人员经常采用的方法，不仅其概念较为简单且能够在结构力学法的帮助下确保所得出的分析计算数据的准确性；而若将外水压力作为体积力进行分析则主要依据渗流场理论，与实际的外水压力作用情况匹配度极高。但由于在隧道的周围裂隙情况与岩石节理并不具有统一性，想要准确模拟较为困难，这就使得实际的受力情况与所得出的计算结果之间存在较大差异，因此一般选择外水压力作为面临对外水压力处理问题进行分析[5]。确定的地下水位线需要严格依据水文地质条件进行深入分析，但需要注意的是外水压力取值之间的差异通常较大，因此必须注意以下几点内容：
第一是在有地下洞室排水设施设置需要时，应以排水设施可靠性以及具体的排水效果为依据适当折减外水压力标准值作用水头，具体的折减值需要采取渗流分析或工程类比法进行处理；第二是在水工隧道设计时一般在地下水压力标准值计算时采取水位线以下水柱高乘以折减系数的方式对标准值进行估算。需要注意的是以上两种方法需要对排水设施设置后的作用水头以及折减系数进行一定折减。可操作难度较大使得其在针对具体问题时容易产生难以取舍的现象。在折叠系数取值过大的情况下经济性难以得到保障，而若取值较小也将对结构的安全性造成不良影响，因此需要提高对外水压力取值环节的重视。
5 水工隧道灌浆设计问题解决对策
5.1固结灌浆设计
固结灌浆洞段的明确需要严格遵循结构设计的基本原则以及对围岩处理的相关要求，且需要保证设置相关参数的合理性，该技术常应用于围岩地质条件较差的位置。固结灌浆环节需要在洞身段每一排的位置布设至少6个孔洞，且应保证孔洞分布的对称性，其设置的间距需要维持在2至3米之间，其压力应始终保持在0.5至1兆帕范围内[6]。进出口的一倍动宽或洞径范围内必须采取固结灌浆处理方案，所选择的主要材料为硅酸盐水泥，水灰比的配置比例一般为2:1至0.5:1，且需要对灌浆质量进行严格检查。
5.2灌浆孔洞深度与间距
二类与三类的围岩条件下设计的水工隧道，其内压承载区域一般为开挖隧道半径的1至1.5倍左右，应将其作为充分考虑经济性与结构稳定性的隧道围岩灌浆标准深度，在提升其防渗与力学性能的条件下划定具有可靠性的预压应力圈。对于隧道来说其固结灌浆位置的孔径深度一般为隧道半径的1至1.5倍，间距通常为2至4米，若为高压隧道则排距需要控制在2至3米范围内。
结束语：综上所述，由于水利工程的实际使用效果与水工隧道的整体建设性能以及其建设质量之间存在着极为紧密的联系，因此在设计水工隧道的环节，作为设计师需要提高对隧道路线选择以及弹性抗裂等质量问题的重视，进而保证水工隧道设计的科学性与合理性，为我国水利工程的未来可持续性发展奠定坚实的基础。
参考文献
[1]夏军.浅谈水工隧洞设计的常见问题[J].中国高新技术企业,2016,36:135-136.
[2]高仝.水工隧洞设计方法研究[J].黑龙江水利科技,2017,4506:73-74+93.
[3]孙博,谷玲,谢金元,刘跃.高外水压力下水工隧洞设计理念的初步探讨[J].地下空间与工程学报,2017,13S2:752-756.
[4]陈桂友.探讨中小型水工隧洞设计与施工优化[J].建材与装饰,2020,05:293-294.
[5]卢娟华.输水隧洞设计分析和计算[J].湖南水利水电,2020,04:5-7+11.
[6]朱智元.水工隧洞设计中的回填灌浆施工工艺研究[J].珠江水运,2019,21:115-116.