浅谈水利工程中压力隧洞型式的研究

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摘要：当前，为了国民经济的发展需要，我国加大水利工程建设力度。随着水利工程的大力建设，不仅有效缓解了当前的水资源供需矛盾，并且水利工程还对防洪减灾起到了重要的作用，同时随着水利工程的建设和应用还带动了周边经济的发展。在水利工程建设中，压力隧洞是水利工程结构的重要部分，因此为了确保水利工程的质量和性能呢，对压力隧洞形式确定就显得尤为重要。科学合理的压力隧洞形式能够有效地提高水利工程的质量和性能，同时还能够延长水利工程的使用寿命。然而在水利工程中选择压力隧洞型式时，首先必须要结合水利工程额实际情况，然后通过精确的计算和深入的分析，才能够确保压力隧洞型式符合水利工程的要求。由于水利工程中压力隧洞型式衬砌参数关系重大，因此加大对水利工程中压力隧洞型式的研究力度不仅意义重大，而且迫在眉睫。本文通过对水利工程中压力隧洞型式的深入研究，然后对水利工程中压力隧洞型式的确定进行了详细阐述，以供同行参考。

关键词：水利工程 压力隧洞 型式

引言

水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源，但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，以满足人民生活和生产对水资源的需要。随着科学技术的日新月异，建筑行业也呈现出蓬勃的而发展，在当前的建筑工程中各种施工技术和施工设备以及施工材料都得到了长足发展，并且还涌现出了大批先进的施工技术和施工设备以及施工材料，随着这些技术和材料以及设备在现代建筑工程中的应用，使得现代建筑工程的质量和性能都有了大幅度提升，从而为社会经济的发展起到了不可估量的作用，同时也为现代的水利工程建设创造了有利条件。在水利工程建设中，压力隧洞是水利工程结构的重要部分，因此为了确保水利工程的质量和性能呢，对压力隧洞形式确定就显得尤为重要。科学合理的压力隧洞形式能够有效地提高水利工程的质量和性能，同时还能够延长水利工程的使用寿命。而为了进一步提高水利工程的质量和性能以及促进水利工程的发展，就必须加大对水利工程中压力隧洞型式的研究力度。本文从选择压力隧洞形式的前提出发，对水利工程中压力隧洞型式的深入研究，然后对水利工程中压力隧洞型式的确定进行了详细阐述，希望能够起到抛砖引玉的效果，使同行相互探讨共同提高，进而为我国水利工程中压力隧洞型式的选择起到一定的参考作用。

1、选择压力隧洞型式的前提

设计压力隧洞的主导思想：是保证能将水压力引起的荷载尽可能大的部分（最好是全部）传递给周围的山岩岩体。高水头隧洞推广采用无承力衬砌型式，在岩石破碎地段建造的混凝土或钢筋混凝土衬砌，旨在用来保证隧洞开挖和运行时岩体的稳定性，并不承受水压力。这种观点是基于对现实情况的考虑――混凝土或钢筋混凝士衬砌不可能承受很大的拉应力，衬砌中裂缝的形成，促使将水压力的主要部分传递给岩体，而衬砌材料则只能为该隧洞段创造有利的水力学条件，并在某种程度上减少其渗流量。在隧洞泄空的情况下，则恰恰相反，裂缝闭合，衬砌结构能承受山岩的压力。在设计时，考虑这一实际情况，就有可能采用更经济的结构。若遇到不可能将水压力的主要部分传递给岩体的情况，则采用预应力钢筋混凝土衬砌或承力钢板衬砌。当压力隧洞接近地面时，在相当坚固的岩石中，必须采用这样的衬的方式，将有可能缩短工期，降低工程造价。

2、无衬砌压力隧洞的最小埋深计算分析

压力隧洞的最小埋深指的是，若能将隧洞内的水压力荷载传递到山岩岩体，而不致引起岩石滑移或涌水的危险，则隧洞距地表面的距离，即为压力隧洞的最小埋深。实际上，是指无衬砌压力隧洞的最小允许埋设深度。下面以某埋深不大的压力隧洞附近山岩岩体应力――变形状态的分析成果，作为具体实例进行研究。该压力隧洞内径9.5m，水头为160m（P=1.6MPa），穿越一段地形低洼地段。隧洞在地形低洼地段的最小埋深（至隧洞的顶拱）为36m。该洼地是一个山谷隘口，两侧与水平面的坡度分别为26°和46°。山岩岩体由弱泥质密实的层状石灰岩组成，层厚0.4m～0.8m。岩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°。顺层理的岩体变形模量采用E11=7000MPa：垂直于层理的岩体变形模量E=3600MPa，泊桑比V=0.2，由于是空间结构，故利用计算机应用程序以有限元法求解。

在研究的主要部份，考虑隧洞衬砌不承受水压力，而将水压力全部传递给岩体。也不考虑隧洞衬砌附近岩石灌浆区的存在--岩石灌浆区拟作为安全余量。各种计算情况下的塑性变形区的范围（即隧洞最小埋深段，岩石中可能的裂缝开展区）。数值研究成果的分析表明，在隧洞内的水压力作用下，岩石中可能发生破坏区的大小，由岩体的应力状态决定，而与岩石的强度指标无关。然而，有理由作出推测；与计算情况相比，从定性上讲，所进行的岩石灌浆多少会减少可能破坏区的范围。增加隧洞的埋深，将导致塑性变形区范围缩小，并使其尺寸稳定在距开挖轮廓线1.3m～1.5m范围内（岩石强度参数值为零时，则为2.5m）。

3、结束语

在水利工程建设中，压力隧洞是水利工程结构的重要部分，因此为了确保水利工程的质量和性能呢，对压力隧洞形式确定就显得尤为重要。科学合理的压力隧洞形式能够有效地提高水利工程的质量和性能，同时还能够延长水利工程的使用寿命。通过本文对水利工程中压力隧洞形式的研究，相信读者对其也有了更深刻的认识。总而言之，在水利工程中选择压力隧洞型式时，首先必须要结合水利工程额实际情况，然后通过精确的计算和深入的分析，才能够确保压力隧洞型式符合水利工程的要求。