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(jì)
摘要：水利工程隧洞設(shè)計(jì)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(jì)之初，必須要考慮全面。本文結(jié)合康家壩水庫(kù)工程實(shí)例，從隧洞開(kāi)挖、隧洞支護(hù)與襯砌、圍巖的開(kāi)挖與支護(hù)、混凝土襯砌等幾個(gè)方面，探討水利工程隧洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：水利工程;隧洞;設(shè)計(jì)要點(diǎn)
中圖分類(lèi)號(hào)： TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1、工程概況
康家壩水庫(kù)屬中型屯蓄水庫(kù)工程，水庫(kù)位于臨滄市永德縣烏木龍鄉(xiāng)，瀾滄江水系二級(jí)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(guò)，交通方便。距永德縣城109km，距臨滄115km，距昆明627km。水庫(kù)總庫(kù)容2349.9萬(wàn)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(fēng)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(kāi)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(mén)型無(wú)壓洞，采用閘前有壓、閘后無(wú)壓形式。
2、總干渠初步設(shè)計(jì)分析
2.1、總干渠初步設(shè)計(jì)概述
總干渠由水庫(kù)輸水隧洞出口取水，渠首高程2076.10m，渠末高程2049.50m，全長(zhǎng)8.241km，設(shè)計(jì)流量3.99m3/s，加大流量4.99m3/s。按照過(guò)水建筑物類(lèi)別劃分為四段，主要建筑物有倒虹吸前明渠段長(zhǎng)1.682km、黃家寨倒虹吸(長(zhǎng)1.329km)、倒虹吸后明渠段長(zhǎng)2.00km、輝家寨隧洞(長(zhǎng)3.221km)。
2.2、隧洞段工程地質(zhì)條件
該隧洞軸線較長(zhǎng)，地形地貌較好，地層巖性簡(jiǎn)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(chǔ)量豐富，運(yùn)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(biāo)較大，漏水;圍巖穩(wěn)定性較差，綜合評(píng)價(jià)，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(lèi)為Ⅳ類(lèi)不穩(wěn)定巖體。輝家寨隧洞圍巖分類(lèi)為：進(jìn)口段為Ⅳ類(lèi)不穩(wěn)定巖體，中段Ⅱ～Ⅲ類(lèi)為基本穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性差巖體，出口段為Ⅳ類(lèi)不穩(wěn)定巖體;該隧洞軸線較長(zhǎng)，地形地貌較好，地層巖性簡(jiǎn)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(chǔ)量豐富，運(yùn)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(biāo)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(lèi)為主，次為Ⅴ類(lèi)，并交替出現(xiàn)。
3、水利工程隧洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
3.1、隧洞挖掘前期工作
在進(jìn)行隧洞挖掘的工作之前，測(cè)量人員要按照設(shè)計(jì)好的比例在洞臉上做好標(biāo)識(shí)，施工人員沿著標(biāo)記，按照規(guī)定好的坡比向前挖掘。在挖掘中，要注意保護(hù)進(jìn)出洞臉和兩側(cè)的邊坡，必要時(shí)需要開(kāi)挖工作與支護(hù)措施同時(shí)進(jìn)行。在設(shè)計(jì)隧洞挖掘的橫截面大小時(shí)，要考慮到方便大型挖掘設(shè)備和機(jī)器出入的方面，同時(shí)也要涉及到經(jīng)濟(jì)因素，通常情況下，如果斷面設(shè)計(jì)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(guò)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(shí)清理好所有的巖石、砂礫和土塊，再引導(dǎo)隧洞進(jìn)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(guò)的深度不能大于10cm，對(duì)超挖的部分必須使用相同標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行回填處理。
3.2、輝家寨隧洞支護(hù)方案
3.2.1、初步設(shè)計(jì)開(kāi)挖、支護(hù)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(jì)確定的隧洞支護(hù)方案為：按不同圍巖類(lèi)別每30~120cm設(shè)置一榀12號(hào)工字鋼鋼支撐，并布設(shè)超前注漿錨桿，采取邊開(kāi)挖邊襯砌的施工方法。
3.2.3、施工階段開(kāi)挖、支護(hù)方案
3.2.3.1、施工階段開(kāi)挖支護(hù)方案
結(jié)合康家壩水庫(kù)工程建設(shè)推進(jìn)，施工單位，為了控制節(jié)約施工成本，以強(qiáng)調(diào)安全施工、加快施工進(jìn)度為目的，在施工中采取的施工工藝為：①采用全斷面開(kāi)挖鋼支撐支護(hù)、對(duì)開(kāi)挖面噴護(hù)C15混凝土、全洞貫通后，再進(jìn)行襯砌和混凝土澆筑;②施工過(guò)程中，采取一次性全斷面開(kāi)挖長(zhǎng)度1～3m，根據(jù)開(kāi)挖所揭露的圍巖類(lèi)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(kāi)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(hù)形式，為了保證進(jìn)出口長(zhǎng)時(shí)間暴露但不危急洞室開(kāi)挖施工，支護(hù)用量大。
3.2.2.2、施工設(shè)計(jì)支護(hù)方案
針對(duì)本工程的圍巖，主要以Ⅱ～Ⅲ及Ⅲ類(lèi)不穩(wěn)定圍巖、Ⅳ類(lèi)圍巖為主，局部為Ⅴ類(lèi)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(fēng)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(yè)巖、砂巖夾硅質(zhì)巖為主，設(shè)計(jì)主要的支護(hù)方案：
支護(hù)方案(1)(Ⅳ類(lèi)圍巖為主，局部為Ⅴ類(lèi)圍巖，詳見(jiàn)圖1、圖2)：①鋼支撐采用14號(hào)工字鋼，每榀間間距為40～80cm(在施工過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖揭露的地質(zhì)情況，Ⅳ類(lèi)圍巖按照80 cm間距布設(shè)，Ⅴ類(lèi)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(cuò)開(kāi)布置;②對(duì)Ⅳ類(lèi)圍巖比較破碎、Ⅴ類(lèi)圍巖，為保證施工安全，在隧洞開(kāi)挖方向采用50mm鋼管做超前支護(hù)，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(jì)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(lèi)圍巖噴6cm厚的C15混凝土，Ⅴ類(lèi)圍巖噴10cm厚的C15混凝土。
支護(hù)方案(1)
支護(hù)方案(2)錨噴襯護(hù)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(zhǎng)2m，梅花型布設(shè)，排間距3m，加固掛網(wǎng)鋼筋。
支護(hù)方案(2)
說(shuō)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(chǎng)監(jiān)理計(jì)量為準(zhǔn)。
3.3、襯砌優(yōu)化設(shè)計(jì)
針對(duì)目前已實(shí)施的支護(hù)型式，結(jié)合工程實(shí)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(jì)：(1)對(duì)于在Ⅲ類(lèi)圍巖中作初期支護(hù)的部分，按照附圖中的斷面形式進(jìn)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(jiàn)圖4;(2)對(duì)于Ⅰ、Ⅱ類(lèi)圍巖無(wú)論有無(wú)初期支護(hù)均按圖4進(jìn)行襯砌;(3)對(duì)于Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖，斷面已使用管棚支護(hù)，初期支護(hù)已基本穩(wěn)定，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，將初期支護(hù)和二次襯砌承受荷載按比例分配后進(jìn)行計(jì)算。
在計(jì)算出受力狀況后，取最危險(xiǎn)工況(即不考慮初期支護(hù)承受荷載時(shí)的Ⅴ類(lèi)圍巖情況)進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在頂拱處，為363kN/m2，遠(yuǎn)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(yuǎn)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(jiàn)因素多等因素，實(shí)際計(jì)算可能會(huì)與實(shí)際狀況存在一定差異，在經(jīng)濟(jì)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(lèi)圍巖中襯砌的鋼筋配置同Ⅲ類(lèi)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(yǔ)
目前水利工程隧洞設(shè)計(jì)還有很多技術(shù)難點(diǎn)未得到解決，但隨著水利隧洞工程設(shè)計(jì)水平的提高和各項(xiàng)施工技藝的完善，隧洞工程將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[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(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009。
[2] SDJ57—85，水利水電地下工程錨噴支護(hù)施工技術(shù)規(guī)范[S]。
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