摘 要：水工隧洞结构复杂，这也其受力情况变得十分复杂，增加了设计的难度。因此，在水工隧洞设计过程中，要对不同的设计方法进行研究，选择一种合理的设计方法，对其进行应用，从而确保最终设计的合理性。
关键词：水工隧洞； 设计方法；工程质量
中图分类号：TV672.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0156-02
不同的水工隧洞在具体施工过程中面临的岩石条件也会有所不同，在选择设计方法过程中，应当在前期做好施工环境和地质条件探测，制定一套合理的施工该方案，从而确保施工的顺利开展。通过大量工程建设经验可以发现，水工隧洞设计方法的选择，会对工程施工的效率、质量，安全性造成直接影响，因此，做好相应的研究与分析工作是必要的。
1 水工隧洞设计方法的常见类型
1.1 结构力学设计
结构力学设计是对水工水隧洞具体相关理论进行合理应用的基础上，充分结合水工隧洞的水文、地形地质等情况，构建一个合理力学分析模型，完成相应的设计[1]。该方法的具体特点是设计思路清晰、目标明确，适合应用在排沙水工隧洞、输水隧洞中，可以保证水工过隧洞施工该方案的合理性，提高工程的整体施工效率和施工质量。
1.2 有限元设计
该方法在具体应用过程中，采取控制单一变量法，分析在隧洞设计过程中，可能会对设计造成异性影响的各项因素，从而使水工隧洞设计的合理性能够得到进一步提高。该方法主要适合应用在一些工程施工方案相对比较清晰的水工隧洞中。
1.3 预期设计
预期设计是在充分结合水工隧洞施工的具体方案，最终形成的一种合理的设计方案，在水工隧洞具体施工开展前，对整个工程的进度、成本、质量等各项内容进行预测，在此基础上，选择合理的设计方法，预测工程的具体情况过程中，要确保施工现场布局的合理性，同时，针对周期相对较长的工程，要在对旋转半径进行合理控制的基础上，加强对支洞和辅助洞的合理设计，并且依据设计完成相应的施工[2]。
1.4 功能反馈设计
对先进的监测技术与设备进行合理应用，对水工隧洞功能进行不断调整。功能反馈设计方法的应用，可以使隧洞后期设计的合理性得到进一步提高，避免工程出现质量问题。
2 选择水工隧洞设计方法的依据
2.1 抗裂指标
选择的水工隧洞设计方法应当能够满足工程在具体施工过程中的最低要求，尤其是要满足抗裂性能方面的要求，对选用的设计方法的应用进行合理测试。堆砌式水工隧洞是抗裂水工隧洞设计中的一项常用方式，具体堆砌过程中，主要对对钢筋混凝土进行合理应用，使钢筋混凝土的抗裂性能够满足相应的要求标准[3]。但是，从实际施工情况来看，由于受工程具体施工过程中，水泥材质情况的影响，采用堆砌式水工隧洞容易发生开裂现象，这将会对工程的质量造成影响，因此在选择设计方法时，必须要计算水泥钢筋材料的具体膨胀系数，同时要在对当地地质地理环境以及组分进行充分分析的基础上，完成对灌浆配方的研制，从而提高工程最终质量。
2.2 保证水工隧洞检修的安全性
選择水工隧洞设计方法时，要确保检修工作的自身的安全性。施工中过程中应当坚持“预防为主，安全第一”的原则。在设计水工隧洞的路线时，应当对周边的具体条件情况进行充分考虑，确保检修的安全性，将检修安全作为设计方法的选择依据，体现了人的主体作用[4]。①检修安全可以调动相关工作人员的积极性，消除顾虑。②解决设计过程中遇到的各项问题。③选择水工隧设计方法，应当因地制宜，确保设计方案的合理性。
3 水工隧洞设计实例
3.1 工程概况
贵州地区某水工隧洞定围岩厚度为12～88m，隧道围岩为Ⅳ类，围岩的各项内容的参数如表1所示。
3.2 分析设计方案
3.2.1 结构力学设计
混凝土硬化期间，喷锚支护的受力情况会有所不同，通过对结构力学设计方法进行应用，通常要将喷锚支护作为结构安全储备，并不需要对很周边围压力的分担作用加以考虑。
3.2.2 有限元设计
通过对计算用软件进行合理应用，模拟出一个围岩脱离体，在进行隧道开挖期间，应当将混凝土、围堰、锚杆等各项内容作为一个整体，从而分析其在具体应用过程中，承受的外部荷载。
在具体分析过程中，为了能够完成隧洞具体结构受力情况的合理模拟，要对工程在施工建设过程中，不同阶段，围岩和结构间的相互作用进行合理分析，同时还要将工程具体施工中采用的施工程序合理的输入到有限元模型中，呈现工程建设过程中的各个环节，从而使相应的施工人员能够完成对工程具体情况的合理分析。
3.3 结果分析
在工程具体建设过程中，通过对有限元设计法进行应用，应当加强对围岩与锚杆形成的承载拱，以及相应的喷射混凝土内容进行针对分析，通过分析可以发现，锚杆和围岩共同形成的围岩，分担了40～60%外部荷载，隧道结构承担剩余荷载。分析隧洞成洞以及应力释放，可以发现，开挖初期阶段，隧洞出现了较大规模的变形，此时，挂网喷混凝土衬砌会形成内力。
水工隧洞设计过程中对有限元设计法进行合理应用，能够使围岩与锚杆，以及挂网喷混凝土衬砌承担荷载的分担作用可以得到充分发挥。在进行结构设计期间，应当对开挖施工，以及喷锚支护的优点进行合理应用，依据工程的具体情况，适当提高锚杆密度，增加挂网喷混凝土厚度，通过该方式，使围岩结构的安全性能够得到进一步提高，同时，降低工程的整体造价，缩短工期，使工程能够在质量达到要求的基础上，按期竣工，并且具有良好的经济效益。
4 结束语
水工隧洞设计是一项复杂的工作，在具体设计过程中，要结合工程的具体情况，选择一种合理的设计方案，确保设计的合理性。同时，设计人员在具体工作中，应当对工作经验进行总结，不断对设计方案进行改进与完善，从而促进行业的健康发展。
参考文献
[1]李 腾，苏 凯，张智敏，等.高压水工隧洞透水衬砌设计与优化方法[J].岩石力学与工程学报，2017，36（S2）：4047～4053.
[2]邓 建，肖 明，陈俊涛.水工隧洞混凝土衬砌地震动响应过程分析[J].工程科学与技术，2017，49（02）：36～44.
[3]孙奔博，胡良明，付晓龙.围岩类型及衬砌厚度对水工隧洞地震动力响应的影响分析[J].水利水电技术，2017，48（03）：19～24+45.
[4]文喜雨，苏 凯，周亚峰.高压水工隧洞透水衬砌设计方法与理论研究[J].武汉大学学报（工学版），2016，49（06）：824～830.
收稿日期：2018-8-2
