江西南昌 330096
摘要:随着我国经济的不断发展，水利工程正在不断的兴建，同时，许多被废弃的水工隧洞也需要进行封堵工作。本文就水工隧洞的封堵设计及施工技术展开了探讨，对其具体的设计方法与施工技术进行了简要分析。
关键词：水工隧洞；封堵设计；施工技术
引言：在对水工隧洞进行封堵的过程中，封堵体的设计和施工技术是十分关键的。封堵体作为水工建筑物中的重要组成部分，在进行封堵工作过程中，要求与结构内的混凝土和周围的坚固岩石形成一个良好的堵体，提高水工隧洞的稳定性。
一、封堵体的设计
1.封堵体的布置
在确定封堵体的位置之前，要对其周围的地理情况和水文地质进行集中的分析，要了解周围地质的支护情况，对于一些相邻建筑物的布置也要进行及时的确定，封堵体的位置可以划分为两种：
1.1主洞封堵体的布置
主洞封堵体的布置应着重考虑以下四个因素：
(1)地质条件的选择，封堵体的布置位置对于地质条件的要求很高，要尽可能的布置在地质条件较好的位置。
(2)大坝防渗帷幕的位置直接决定着封堵体的位置，当大坝防渗帷幕距离水工隧洞位置较远时，封堵体的位置就不会受到限制，但是当大坝防渗帷幕距离水工隧洞较近，甚至与水工隧洞相交时，就要将封堵体的位置布置于大坝防渗帷幕之上。
(3)由于经常会出现隧洞与隧洞之间相互结合的现象，所以要尽量保证封堵体能够与永久建筑物相互结合，避免后期改制。
(4)在进行封堵工作时，应该尽量满足隧洞附近建筑物的结构要求，协调好相邻建筑物与封堵体之间的关系。
1.2支洞封堵体的布置
支洞封堵体的位置选择没有较大的限制，也没有较大的选择余地，在具体设计过程中，主要考虑两个因素：第一，主洞与支洞的交叉处不能够出现较大面积的软弱夹层和破碎带；第二，支洞口的封堵体尽可能不要被设计成为永久建筑物，这可能会影响到后期发展。
2.封堵体的体型选择
封堵体的体型和长度应根据封堵体所承受内水压力的大小、地质条件、施工方法、封堵材料、运行要求，并考虑施工工期等因素综合分析研究确定，应在安全可靠的前提下，尽量简单实用，并尽可能具有较大的承载能力。封堵体的选型一般应考虑下列三个因素。
(1)水头因素：一般中高水头水工隧洞的封堵应尽量选用承载能力较强的瓶塞式封堵体，低水头水工隧洞的封堵可选用体型较简单的等截面柱状封堵体。
(2)断面因素：方圆形断面隧洞应尽量选用瓶塞式封堵体，其齿槽与隧洞可同时开挖，并且对于衬砌段可随衬砌进行混凝土浇筑以及灌浆等。圆形隧洞特别是采用掘进机开挖的圆形隧洞应尽量采用等截面柱状封堵体，以简化施工。
(3)施工因素：隧洞封堵一般施工工期较紧，因此，选用结构简单的体型尤为重要。
3.封堵体的受力特性
封堵体承受的基本荷载主要有：水压力、渗透压力、自重以及地震荷载等，除此之外封堵体周界还存在综合围压，综合围压主要表现在以下几个方面：
(1)围岩应力重分布的影响，洞室开挖后，出现第一次应力重分布，表现为洞周某一范围内的切向应力增大而径向应力减小，洞壁处径向应力为零。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆隧洞封堵蓄水后，其周边的岩石处于饱和水状态，围岩应力的水平分量和垂直分量之比发生了变化，由此带来洞周各点发生收敛变形，即产生第二次应力重分布，第二次应力重分布的结果将导致封堵体承受一定的围岩压力。
(2)灌浆应力的影响。混凝土浇筑完成后，封堵体必须进行回填灌浆，必要时还要进行二次回填灌浆，有时还需要进行围岩的固结灌浆和周边的接触灌浆。灌浆后，在封堵体周边必然产生附加径向应力，从而使封堵体与围间出现相互作用的弹性抗力。
(3)混凝土内掺入复合型膨胀剂后带来的挤压影响。为简化施工，近年来许多工程的封堵体均采用了膨胀混凝土，采用膨胀混凝土．不仅可以抵消混凝土的收缩变形，而且还可对围岩产生(0．2～0．3)MPa的压应力。
4.封堵体的设计等级及设计原则
封堵体的设计等级主要与挡水时充当的作用有关。充当坝体作用的封堵体，其设计等级应与坝体保持一致，过坝涵洞封堵体实际上是坝体的一部分，导流隧洞主洞封堵体，尽管上游有衬砌结构和闸门保护，但其设计水位一般都比大坝的设计水位低，其作用一般不予考虑，因此导流隧洞主洞封堵体仍是大坝的一部分。充当围岩作用的封堵体应与所在主洞的建筑物设计等级保持一致。充当围堰作用的封堵体，其建筑物设计等级一般为Ⅳ级，但当拦洪库容超过10亿米时，建筑物设计等级应提高一级，按Ⅲ级建筑物设计。
5.封堵体的结构计算
以往工程常用的确定封堵体长度的计算方法主要有以下六种：(1)按3倍以上洞径或洞宽确定，其缺陷是没有考虑水头等因素；(2)按挪威的经验公式L：(3～5)H／100确定，其缺陷是忽略了隧洞断面大小等因素；(3)按照经验公式L=HD／50确定，其缺陷是在高水头时计算结果偏于安全；(4)参照重力坝的计算方法，用基础面的抗滑稳定条件确定，虽然概念明确，但是侧面和顶拱不计或少计粘聚力，不符合实际情况；(5)按照混凝土抗冲压剪切原则确定，设计概念明确，计算简便，其柱面剪应力平均分布的假定与三维有限元计算的结果比较接近，有较好的实用性；(6)数值分析的方法，主要是三维有限元法，三维有限元计算是近年来随着数值计算的发展而发展起来的，主要有弹性、弹塑性等力学模型。我国一些大中型工程，如鲁布革、二滩、莲花、东风等电站都采用了三维有限元计算来确定封堵体的体型和长度，但有限元计算成果和常规计算成果相差较大，且模型不同计算结果差别也比较大，因此《水工隧洞设计规范》(SL279—2016)推荐对于等断面封堵体长度，可按照圆柱面冲压剪切原则确定，该方法计算的结果与三维有限元计算成果拟合较好、又容易接受且计算简便。“冲压剪切计算法”认为，封堵体在水推力作用下存在沿周边发生剪切破坏的趋势，封堵体的安全条件是周界上的平均剪应力不大于混凝土与岩石间的容许剪应力。将封堵体视为静水作用下的刚体，剪应力沿周界均匀分布。
二、封堵体的施工
1.封堵体的施工程序
水工隧洞封堵特别是导流洞主洞封堵，虽然工程量不大，但由于其是水库正式蓄水前的关键性项目，往往工期较紧，同时施工期上游水位较高，危险性大，因此必须合理安排施工工序，将蓄水前的施工时间压缩到最短的限度内。以白云水电站导流隧洞封堵为例，其施工顺序安排是：导流隧洞进口闸门封堵——封堵段石方开挖——封堵体混凝土浇筑——顶拱回填灌浆及周边固结灌浆——灌浆施工廊道回填。我国其它电站如龙羊峡、李家峡等电站的导流隧洞主洞封堵，也基本是采用这种施工程序。
2.封堵体施工
封堵体属大体积混凝土，传统的做法是在混凝土浇筑期间通冷水进行一期冷却，在混凝土浇筑完成后进行二期冷却，使其达到灌浆稳定温度。这种工艺不仅施工复杂而且及其麻烦，有时还会影响工程工期。近年来随着膨胀混凝土技术的研究与发展，许多工程采用在混凝土内添加复合型膨胀剂的新工艺，简化了施工程序，加快了施工速度。掺入膨胀剂后，不仅可以抵消混凝土的收缩，还可以向围岩施加一定的压应力，增加封堵体的稳定性。
结语：水工隧洞封堵体是水工建筑中一个重要组成部分，其施工环节和施工质量可能会直接导致水利工程出现问题，所以，一定要对其设计工作和施工技术进行严格的把关，进一步提升水工隧洞封堵体的设计。
参考文献：
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[2]李孔志.水工隧洞封堵体设计与施工[J].大科技,2014(15).
[3]魏鑫.水工隧洞封堵体设计与施工[J].城市建设理论研究:电子版,2015(5).
论文作者:宁珍,陈勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/28
标签：隧洞论文; 水工论文; 应力论文; 混凝土论文; 围岩论文; 建筑物论文; 位置论文; 《防护工程》2018年第22期论文;