水利工程考研要求學(xué)術(shù)論文發(fā)表(2)
水利工程考研要求學(xué)術(shù)論文發(fā)表篇二
淺議水利工程隧洞設(shè)計
摘要：水利工程隧洞設(shè)計的合理性和高技術(shù)性是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵，但水利工程隧洞規(guī)模較大，工序技術(shù)多樣化，且容易受地形、地質(zhì)因素影響，因而在其規(guī)劃設(shè)計之初，必須要考慮全面。本文結(jié)合康家壩水庫工程實例，從隧洞開挖、隧洞支護與襯砌、圍巖的開挖與支護、混凝土襯砌等幾個方面，探討水利工程隧洞設(shè)計要點。
關(guān)鍵詞：水利工程;隧洞;設(shè)計要點
中圖分類號： TV 文獻標識碼： A
1、工程概況
康家壩水庫屬中型屯蓄水庫工程，水庫位于臨滄市永德縣烏木龍鄉(xiāng)，瀾滄江水系二級支流秧瑯河的上游康家壩河上。壩址區(qū)左岸現(xiàn)有省道羊勐公路通過，交通方便。距永德縣城109km，距臨滄115km，距昆明627km。水庫總庫容2349.9萬m3。工程由樞紐工程、引水工程、輸水灌溉工程組成，主要建筑物有攔河壩、導(dǎo)流輸水隧洞、溢洪道、引水渠道、輸水灌溉渠道等。攔河壩壩型為粘土心墻風化料壩，壩頂高程2131.00m，最大壩高60m;溢洪道布置于左壩肩，型式為正槽開敞式;導(dǎo)流輸水隧洞布置于左岸，位于大壩和溢洪道之間，為城門型無壓洞，采用閘前有壓、閘后無壓形式。
2、總干渠初步設(shè)計分析
2.1、總干渠初步設(shè)計概述
總干渠由水庫輸水隧洞出口取水，渠首高程2076.10m，渠末高程2049.50m，全長8.241km，設(shè)計流量3.99m3/s，加大流量4.99m3/s。按照過水建筑物類別劃分為四段，主要建筑物有倒虹吸前明渠段長1.682km、黃家寨倒虹吸(長1.329km)、倒虹吸后明渠段長2.00km、輝家寨隧洞(長3.221km)。
2.2、隧洞段工程地質(zhì)條件
該隧洞軸線較長，地形地貌較好，地層巖性簡單，洞頂以上巖土覆蓋層厚度較大，成洞條件較好，物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，建材質(zhì)量較好，儲量豐富，運距較近，但構(gòu)造發(fā)育，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，滲透指標較大，漏水;圍巖穩(wěn)定性較差，綜合評價，該隧洞工程地質(zhì)條件較差。按水利水電工程地下洞室圍巖分類為Ⅳ類不穩(wěn)定巖體。輝家寨隧洞圍巖分類為：進口段為Ⅳ類不穩(wěn)定巖體，中段Ⅱ～Ⅲ類為基本穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性差巖體，出口段為Ⅳ類不穩(wěn)定巖體;該隧洞軸線較長，地形地貌較好，地層巖性簡單，洞頂以上巖土覆蓋層厚度較大，成洞條件較好，物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，建材方便，質(zhì)量較好，儲量豐富，運距較近，但構(gòu)造發(fā)育，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，滲透指標較大，漏水。另外，各洞段巖體砂、泥巖比例相差較大，節(jié)理裂隙發(fā)育程度不等，圍巖以Ⅳ類為主，次為Ⅴ類，并交替出現(xiàn)。
3、水利工程隧洞設(shè)計要點分析
3.1、隧洞挖掘前期工作
在進行隧洞挖掘的工作之前，測量人員要按照設(shè)計好的比例在洞臉上做好標識，施工人員沿著標記，按照規(guī)定好的坡比向前挖掘。在挖掘中，要注意保護進出洞臉和兩側(cè)的邊坡，必要時需要開挖工作與支護措施同時進行。在設(shè)計隧洞挖掘的橫截面大小時，要考慮到方便大型挖掘設(shè)備和機器出入的方面，同時也要涉及到經(jīng)濟因素，通常情況下，如果斷面設(shè)計成圓形，其內(nèi)徑至少要在1.8m 以上，如果是非圓形截面，要保證高度>1.8m，寬度在1.5m 以上。在施工過程中，為了保證施工人員和建筑體的安全，最好先將洞外的建筑建設(shè)完畢，同時清理好所有的巖石、砂礫和土塊，再引導(dǎo)隧洞進洞，這樣可以有效提高在洞口施工的安全性。根據(jù)相關(guān)的安全規(guī)定，在洞室內(nèi)的挖掘一定要注意控制深度，其徑直方向上超過的深度不能大于10cm，對超挖的部分必須使用相同標號的混凝土進行回填處理。
3.2、輝家寨隧洞支護方案
3.2.1、初步設(shè)計開挖、支護方案
根據(jù)地質(zhì)勘探的建議和工程處理措施，初步設(shè)計確定的隧洞支護方案為：按不同圍巖類別每30~120cm設(shè)置一榀12號工字鋼鋼支撐，并布設(shè)超前注漿錨桿，采取邊開挖邊襯砌的施工方法。
3.2.3、施工階段開挖、支護方案
3.2.3.1、施工階段開挖支護方案
結(jié)合康家壩水庫工程建設(shè)推進，施工單位，為了控制節(jié)約施工成本，以強調(diào)安全施工、加快施工進度為目的，在施工中采取的施工工藝為：①采用全斷面開挖鋼支撐支護、對開挖面噴護C15混凝土、全洞貫通后，再進行襯砌和混凝土澆筑;②施工過程中，采取一次性全斷面開挖長度1～3m，根據(jù)開挖所揭露的圍巖類型、以及巖體的節(jié)理、裂隙發(fā)育程度，結(jié)構(gòu)破碎程度，圍巖穩(wěn)定性等，分析開挖中出現(xiàn)掉塊、邊墻塌方、地下水出漏等現(xiàn)象，采用不同的鋼支撐型式支護形式，為了保證進出口長時間暴露但不危急洞室開挖施工，支護用量大。
3.2.2.2、施工設(shè)計支護方案
針對本工程的圍巖，主要以Ⅱ～Ⅲ及Ⅲ類不穩(wěn)定圍巖、Ⅳ類圍巖為主，局部為Ⅴ類圍巖。巖體主要以灰白色中厚層狀砂巖和礫巖、二迭系下統(tǒng)茅口組(P1)灰?guī)r夾白云質(zhì)弱風化灰?guī)r(內(nèi)部有溶蝕洞穴、地下暗河[干]存在)、泥盆系下統(tǒng)溫泉組(D1W)頁巖、砂巖夾硅質(zhì)巖為主，設(shè)計主要的支護方案：
支護方案(1)(Ⅳ類圍巖為主，局部為Ⅴ類圍巖，詳見圖1、圖2)：①鋼支撐采用14號工字鋼，每榀間間距為40～80cm(在施工過程中，根據(jù)實際開挖揭露的地質(zhì)情況，Ⅳ類圍巖按照80 cm間距布設(shè)，Ⅴ類圍巖按照40 cm間距布設(shè))，鋼支撐之間聯(lián)系鋼筋采用Φ20鋼筋，排距80cm，搭口錯開布置;②對Ⅳ類圍巖比較破碎、Ⅴ類圍巖，為保證施工安全，在隧洞開挖方向采用50mm鋼管做超前支護，管子間距30cm，每排20棵;③鎖固錨桿采用Φ20鋼筋，L=2.0m，在鋼支撐的底部左、右以及頂部各采用2棵共同約束固定，共計6棵/榀;④聯(lián)系筋采用Φ20鋼筋，排距80cm，頂部聯(lián)系筋之間采用φ6.5鋼筋掛網(wǎng)，間距30cm×30cm;⑤Ⅳ類圍巖噴6cm厚的C15混凝土，Ⅴ類圍巖噴10cm厚的C15混凝土。
支護方案(1)
支護方案(2)錨噴襯護段，噴6cm厚C15混凝土并采用局部系統(tǒng)錨桿加固，錨桿桿徑20mm，長2m，梅花型布設(shè)，排間距3m，加固掛網(wǎng)鋼筋。
支護方案(2)
說明：
1、錨桿采用Φ20鋼筋，L=2.0m，梅花形布置，排距3m;
2、采用φ6.5鋼筋掛網(wǎng)，間距30cm×30cm，噴C15砼6cm厚，以現(xiàn)場監(jiān)理計量為準。
3.3、襯砌優(yōu)化設(shè)計
針對目前已實施的支護型式，結(jié)合工程實際情況，按照復(fù)合式襯砌的受力特性，將輝家寨隧洞襯砌作以下優(yōu)化設(shè)計：(1)對于在Ⅲ類圍巖中作初期支護的部分，按照附圖中的斷面形式進行襯砌：襯砌厚度30cm，分布鋼筋采用φ10@250,受力鋼筋采用Φ14@250，詳見圖4;(2)對于Ⅰ、Ⅱ類圍巖無論有無初期支護均按圖4進行襯砌;(3)對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，斷面已使用管棚支護，初期支護已基本穩(wěn)定，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，將初期支護和二次襯砌承受荷載按比例分配后進行計算。
在計算出受力狀況后，取最危險工況(即不考慮初期支護承受荷載時的Ⅴ類圍巖情況)進行應(yīng)力驗算，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在頂拱處，為363kN/m2，遠小于C20混凝土的允許拉應(yīng)力937.75 kN/m2，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在直墻墻頂附近，為616 kN/m2，遠小于C20混凝土的允許壓應(yīng)力7692.3 kN/m2。所以，理論上在使用30cm厚的C20混凝土襯砌基礎(chǔ)上不用配置鋼筋或按構(gòu)造配置即可。但是隧洞本身存在著受力復(fù)雜，不可預(yù)見因素多等因素，實際計算可能會與實際狀況存在一定差異，在經(jīng)濟條件允許條件下，為了確保工程安全，使工程具有一定的安全富裕，取用Ⅳ、Ⅴ類圍巖中襯砌的鋼筋配置同Ⅲ類圍巖如圖5所示，配置單層直徑14mm間距20cm的鋼筋。
4、結(jié)束語
目前水利工程隧洞設(shè)計還有很多技術(shù)難點未得到解決，但隨著水利隧洞工程設(shè)計水平的提高和各項施工技藝的完善，隧洞工程將得到越來越廣泛的應(yīng)用。
參考文獻：
[1]汪銀寶，水工隧洞混凝土施工質(zhì)量控制措施分析[J]。中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009。
[2] SDJ57—85，水利水電地下工程錨噴支護施工技術(shù)規(guī)范[S]。
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