吳德興，周紅升，郭洪雨，鄭國(guó)平

（1.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310006；2.浙江工業(yè)大學(xué)，浙江杭州 310014）

富春江通航隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)研究

吳德興1，周紅升1，郭洪雨1，鄭國(guó)平2

（1.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310006；2.浙江工業(yè)大學(xué)，浙江杭州 310014）

基于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)大斷面通航隧道的設(shè)計(jì)和施工尚無可參照的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以富春江七里瀧航道通航隧道工程項(xiàng)目為依托，分析滿足隧道水下斷面形狀要求、水上部分建筑界限要求以及通航隧道安全保障的措施要求，并結(jié)合圍巖及隧道結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，應(yīng)用最優(yōu)化方法及相關(guān)分析計(jì)算，對(duì)隧道內(nèi)輪廓進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了滿足Ⅳ級(jí)單線航道的大斷面通航隧道斷面，綜合經(jīng)濟(jì)性及結(jié)構(gòu)受力角度合理性考慮推薦采用曲墻式斷面。

富春江隧道；大斷面；通航隧道；建筑限界；斷面設(shè)計(jì)

0 引言

通航隧道是交通隧道的類型之一，為使船只通過，通航隧道凈空遠(yuǎn)大于一般交通隧道，具有大斷面的特點(diǎn)。世界上第1條通航隧道是法國(guó)米迪運(yùn)河（Canal du Midi）上的馬爾帕斯隧道（Malpas tunnel），該隧道于1679年建成。法國(guó)的另一通航隧道羅孚隧道（Rove tunnel）位于法國(guó)馬賽-羅訥運(yùn)河（Canal de Marseille au Rh＾one）上，1927年建成，長(zhǎng)約7 200 m、寬約22 m。目前，挪威正在規(guī)劃的Stad通航海輪隧道全長(zhǎng)1 790 m，通航凈寬23 m，總寬27 m，水面以上25 m，水面以下13 m，屬于大斷面通航隧道。該隧道雖未建成，但他們?cè)诮?0年中做了大量的工作，如航行阻力的研究結(jié)論對(duì)設(shè)計(jì)通航尺度很有借鑒性。

國(guó)內(nèi)的構(gòu)皮灘水電站通航建筑物中采用了單線通航隧洞。李焱等［1］采用水工物理模型和船模試驗(yàn)，對(duì)該工程中中間渠道的航行水力條件、單線通航隧洞和渡槽的尺度進(jìn)行了系列研究。在大斷面隧道建設(shè)方面，廣州龍頭山四車道公路隧道，單洞凈寬17.5 m，凈高11.3 m，隧道斷面采用三心圓斷面［2］，對(duì)于大斷面隧道優(yōu)化大跨度小凈距隧道的扁平率是隧道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題［3-4］，曾宜江等［5］認(rèn)為單拱四車道公路隧道的扁平率應(yīng)控制在0.61～0.63；在優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)方面，有以應(yīng)力分布、洞周收斂、襯砌和開挖工作量為目標(biāo)［6-7］，減小組成斷面的各弧半徑差和彎矩幅值小、正負(fù)彎矩值接近作為目標(biāo)［7-9］，以圍巖破壞區(qū)的總面積作為目標(biāo)［7，10］；在優(yōu)化方法方面，有采用基于結(jié)合罰函數(shù)的Nelder-Mead函數(shù)［7］、有限差分法［11］、層次分析法［12-13］等。

總體而言，對(duì)于大斷面通航隧道斷面形狀的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)可供借鑒的工程案例幾乎沒有，也尚無相應(yīng)可參照的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。有必要開展專題研究，確定水下斷面形狀和水上部分建筑界限，然后根據(jù)運(yùn)營(yíng)設(shè)施要求以及圍巖級(jí)別與結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，最終確定隧道斷面形狀。

本文依托項(xiàng)目“富春江七里瀧航道第二通道工程”位于浙江省桐廬縣境內(nèi)的富春江航道，由于富春江大壩（水電站樞紐）船閘標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)低，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水運(yùn)發(fā)展的需要。為解決這一通航瓶頸，提出通航隧道方案。鑒于通航隧道尺度大（初步估算通航凈寬18～22 m，通航凈高7 m，通航水深3.5 m），擬應(yīng)用最優(yōu)化方法及相關(guān)分析計(jì)算，對(duì)隧道內(nèi)輪廓進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出滿足Ⅳ級(jí)單線航道標(biāo)準(zhǔn)的的大斷面通航隧道斷面。

1 工程概況及隧道功能要求

研究項(xiàng)目處于浙江錢塘江支流富春江水利樞紐。富春江水利樞紐建于20世紀(jì)60年代初，具有發(fā)電、通航和防洪等功能。通航方面在大壩右岸側(cè)設(shè)船閘1座，標(biāo)準(zhǔn)為100 t級(jí)，設(shè)計(jì)年通航能力100萬t。隨著錢塘江中上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，內(nèi)河水運(yùn)主要為大宗散貨礦產(chǎn)等資源的運(yùn)輸，具有大噸位、低成本、綠色節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。富春江船閘已成為內(nèi)河運(yùn)輸?shù)钠款i，需要擴(kuò)容。為確保現(xiàn)有大壩設(shè)施的安全，作為工程方案之一，提出在大壩右岸山體開挖隧道作為航運(yùn)通道。通航隧道平面布置見圖1。

圖1 通航隧道平面布置示意圖Fig.1 Plan layout of waterway tunnel

七里瀧通航隧道進(jìn)口段樁號(hào)為K1+027，出口段樁號(hào)為K3+399.7，全長(zhǎng)2 372.70 m，呈弧形展布。山頂最高處標(biāo)高433 m，相對(duì)高差400 m左右。隧道通過的地層全部為上侏羅統(tǒng)黃尖組（J3h）地層，主要巖性為灰綠色、灰紫色凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、流紋斑巖。從隧道出口巖石裸露情況和物探勘察初步成果分析，巖石比較完整，巖石透水性較小，未發(fā)現(xiàn)大的斷裂帶，但有裂隙密集帶分布。中等風(fēng)化凝灰?guī)r軟化系數(shù)為0.62，屬易軟化巖石。隧道除進(jìn)出口段外，全部位于微風(fēng)化基巖中，洞身段多以Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖為主，進(jìn)出口段以Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖為主。

該通航隧道工程主要有以下2個(gè)特點(diǎn)：1）典型的淺水狹道型航道，船舶在此類航道中航行，航行阻力增加，速度降低，縱傾增加，舵效變差，操縱性能降低，且船舶兩側(cè)可能的不對(duì)稱水域及船行波的反射波疊加，將對(duì)船體產(chǎn)生不對(duì)稱的側(cè)向力，增加控制航向難度；2）通航隧道建設(shè)技術(shù)難度高、尺度對(duì)造價(jià)影響較大。

2 通航隧道水下斷面及水上建筑限界要求

在確定隧道斷面時(shí)，首先需要考慮船只行駛產(chǎn)生的涌浪對(duì)船只安全的影響，其次要考慮通航安全設(shè)施（含防撞設(shè)施、沉船打撈設(shè)施、設(shè)備檢修通道、人員逃生安全通道及其他安全設(shè)施）的布置空間要求，同時(shí)還需要滿足洞內(nèi)照明、通風(fēng)、消防、排水、監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)管理等設(shè)施安裝空間要求，并結(jié)合結(jié)構(gòu)受力、施工誤差等因素，采用數(shù)學(xué)最優(yōu)化理論擬定通航隧道內(nèi)輪廓尺寸，使設(shè)計(jì)的內(nèi)輪廓尺寸既能滿足各項(xiàng)功能要求，又能取得很好的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2.1 水下部分?jǐn)嗝娴拇_定

隧道水下橫斷面系數(shù)及合理尺度決定了隧道內(nèi)的合理航速、最高限速和多船連續(xù)航行安全間距等，對(duì)優(yōu)化工程布置、確保運(yùn)行安全是十分必要的，為此進(jìn)行了以下幾個(gè)試驗(yàn)。

2.1.1 數(shù)值模擬仿真試驗(yàn)

1）方案1：不同航速、不同舵角過彎試驗(yàn)。利用上海海事大學(xué)電子海圖顯示系統(tǒng)顯示出其操縱軌跡圖，可以得出若干個(gè)組合船位點(diǎn)曲線圖，其中最接近航道中心線的曲線所對(duì)應(yīng)的操縱工況即為最佳操縱航速、舵角。另外還可以根據(jù)船位點(diǎn)曲線數(shù)據(jù)分析出航速與所需施舵角的關(guān)系。

2）方案2：不同操縱水平試驗(yàn)。以2節(jié)（4 km/h）、4節(jié)（8 km/h）航速進(jìn)行進(jìn)出隧道操縱模擬試驗(yàn)，每種航行狀態(tài)讓不同人員操縱。操縱人員盡量使船航行在航道中心點(diǎn)上，利用船位偏移量、舵角、航速等記錄數(shù)據(jù)的處理分析航速、舵角與曲率半徑的關(guān)系。

2.1.2 實(shí)船試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)船的Z型試驗(yàn)、旋回試驗(yàn)、慣性試驗(yàn)，建立比較正確的仿真試驗(yàn)船型和操縱性能。

2.1.3 物理模型試驗(yàn)

1）船舶在隧道中的操縱性能研究。即采用自由自航船模，以不同航行速度（4、6、8 km/h）通過隧道，記錄船舶在航行中的舵角變化及相應(yīng)的航跡線、漂角等參數(shù)，分析船舶通過隧道的能力（根據(jù)類似條件實(shí)船試驗(yàn)進(jìn)行修正）。

2）船舶在隧道中的阻力性能研究。即測(cè)量船舶在隧道中以不同速度航行時(shí)的阻力、船體下沉量及縱傾值，同時(shí)記錄及觀察隧道中的波形，分析不同水深、不同速度及不同隧道寬度情況下的船舶阻力性能、富余水深及船舶制動(dòng)距離。

綜合數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)分析和物理模型試驗(yàn)分析，通航隧道水下斷面寬度取20 m，為行船最大寬度、兩側(cè)護(hù)舷寬度和兩側(cè)富余量之和；設(shè)計(jì)最高通航水位為24.0 m（上部留設(shè)0.5 m的富余高度），設(shè)計(jì)最低通航水位為21.5 m，通航水深取3.5 m，故隧道底標(biāo)高為18.0 m。初步確定通航隧道水下部分?jǐn)嗝鎴D如圖2所示。

圖2 通航隧道水下部分?jǐn)嗝鎴D（單位：cm）Fig.2 Cross-section of underwater part of waterway tunnel（cm）

2.2 水上部分建筑界限的確定

所謂的“建筑界限”是指建筑物（如襯砌和其他任何部件）不得侵入的一種界限。本隧道通航等級(jí)為Ⅳ級(jí)單線，因此通航凈高為7.0 m。同時(shí)考慮到火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員疏散和救援力量進(jìn)入的需要，在通航隧道兩側(cè)設(shè)立1.5 m寬、2.5 m高的人行道（兼作檢修道）。通航隧道水下斷面及建筑界限示意圖如圖3所示。

圖3 通航隧道水下斷面及建筑界限示意圖（單位：cm）Fig.3 Underwater cross-section and construction clearance of waterway tunnel（cm）

3 通航隧道內(nèi)輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)上述已經(jīng)確定的通航隧道水下及水上斷面和建筑界限，考慮通航隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)提出曲墻式和直墻式2種方案。

3.1 曲墻式內(nèi)輪廓方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

曲墻式內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)斷面及各幾何參數(shù)如圖4所示。

圖4 曲墻式內(nèi)輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)斷面示意圖（單位：cm）Fig.4 Optimized cross-section of waterway tunnel with curved walls（cm）

要確定斷面形狀，需要的尺寸參數(shù)為圖4中x、R1、θ2、R2、R3、θ3、R4、θ4。在內(nèi)輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)中，分為起拱線上部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)與下部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1.1 起拱線上部?jī)?nèi)輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)

要確定起拱線上部輪廓形狀，需確定的參數(shù)為x、R1、θ2、R2。在起拱線上部?jī)?nèi)輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要滿足建筑界限、通風(fēng)需要以及10 cm的施工及變形誤差需要，在此基礎(chǔ)上以開挖面積最小為目標(biāo)。按此要求建立以下優(yōu)化模型。

1）滿足建筑界限及10 cm富余量的需要。內(nèi)輪廓不侵入①點(diǎn)以及10 cm的富余量：

2）滿足通風(fēng)及照明等設(shè)備安裝頂部預(yù)留2.0 m的空間。即：

3）滿足開挖面積最小的要求。要滿足開挖面積最小，對(duì)于起拱線上部?jī)?nèi)輪廓尺寸設(shè)計(jì)，需要控制2個(gè)值盡可能最小。

①建筑界限頂部到內(nèi)輪廓頂部的距離a，a＝R1-x-700，在考慮通風(fēng)設(shè)備預(yù)留空間，要求a≥200，但a太大會(huì)引起開挖面積增大。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置a的上限，即：

②水平處內(nèi)輪廓到建筑界限的距離b，b＝R2-［1 150-（R1-R2）cos θ2］，在內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)中，b越小越好，但要考慮到10 cm的富余量，則：

將式（1）、（4）、（5）作為約束條件，將式（6）作為目標(biāo)函數(shù)，可以建立優(yōu)化模型，并利用大型數(shù)學(xué)軟件Matlab，編寫求解有約束非線性規(guī)劃問題程序。由于優(yōu)化參數(shù)較多，設(shè)置θ2＝30°、x＝550 cm，經(jīng)運(yùn)行計(jì)算得：

3.1.2 起拱線下部?jī)?nèi)輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)

起拱線下部?jī)?nèi)輪廓設(shè)計(jì)需要確定的尺寸參數(shù)為R3、θ3、R4、θ4。在設(shè)計(jì)起拱線下部?jī)?nèi)輪廓時(shí)，內(nèi)輪廓不能侵入點(diǎn)②，且要有10 cm的富余量。為了盡量減小開挖面積，c的值越小越好，參考相關(guān)資料，仰拱矢跨比為1/8～1/12為宜，因此，設(shè)置c≥190，故：

1）內(nèi)輪廓不能侵入點(diǎn)②且有10 cm的富余量：

2）為了盡量減小開挖面積，c的值越小越好，且要滿足仰拱矢跨比要求：

因此，可以將式（9）和（11）作為約束條件，將（10）作為目標(biāo)函數(shù)。由于優(yōu)化參數(shù)較多，且拱腳小圓弧參數(shù)對(duì)斷面的面積及受力影響較小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取R4＝150 cm、θ4＝50°。運(yùn)用Matlab解出R3＝2 182.87 cm，θ3＝21.73°。

則設(shè)計(jì)時(shí)?。?/p>

經(jīng)起拱線下部分內(nèi)輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)，曲墻式隧道內(nèi)輪廓如圖5所示。

圖5 曲墻式隧道內(nèi)輪廓示意圖（單位：cm）Fig.5 Inner contour of waterway tunnel with curved walls（cm）

本隧道內(nèi)輪廓上部拱圈矢跨比為1/2.73，仰拱處的矢跨比為1/10.26。根據(jù)隧道設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，上部拱圈矢跨比為1/4～1/2為宜，仰拱處的矢跨比為1/8～1/12為宜。因此，本內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)滿足矢跨比要求。

3.2 直墻式內(nèi)輪廓方案設(shè)計(jì)

在直墻式內(nèi)輪廓方案設(shè)計(jì)中，考慮小直墻方案與大直墻方案，由于曲墻式內(nèi)輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)起拱線以上部分的設(shè)計(jì)方案同樣適用于直墻式內(nèi)輪廓方案，考慮10 cm的富余量，直墻式內(nèi)輪廓如圖6和圖7所示。

圖6 小直墻式隧道內(nèi)輪廓示意圖（單位：cm）Fig.6 Cross-section of waterway tunnel with small straight walls （cm）

圖7 大直墻式隧道內(nèi)輪廓示意圖（單位：cm）Fig.7 Cross-section of waterway tunnel with large straight walls （cm）

3.3 直墻式與曲墻式內(nèi)輪廓方案的比選

根據(jù)規(guī)范，無壓隧洞宜采用圓拱直墻式斷面，而對(duì)于有壓隧道及地質(zhì)條件差或有軟弱夾層的情況，宜選用圓形或馬蹄形斷面。富春江七里瀧航道通航隧道屬于無壓隧道，但開挖跨度達(dá)到23～24 m，屬于大斷面洞室，且進(jìn)出口段以Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)圍巖為主。以Ⅴ級(jí)圍巖、1倍洞徑埋深作為典型計(jì)算斷面，采用荷載-結(jié)構(gòu)法分析了曲墻式和大直墻式二次襯砌的內(nèi)力（見圖8和圖9）。拱頂、拱肩、側(cè)墻位置的彎矩、軸力和偏心矩如表1所示。由圖8和圖9可知，曲墻式二次襯砌的總體偏心矩要優(yōu)于大直墻式，這與前人對(duì)于不同側(cè)壓力系數(shù)下各種形狀隧道的圍巖破壞特征相關(guān)研究結(jié)論吻合［14］。因此，從結(jié)構(gòu)的安全性考慮，以曲墻式斷面為優(yōu)選。

圖8 曲墻式、大直墻式計(jì)算彎矩值（單位：kN·m）Fig.8 Moment value（waterway tunnel with curved walls Vs that with straight walls）（kN·m）

圖9 曲墻式、大直墻式計(jì)算軸力值（單位：kN）Fig.9 Axial force（waterway tunnel with curved walls Vs that with straight walls）（kN）

表1 曲墻式、大直墻式不同部位的內(nèi)力值Table 1 Comparison and contrast between internal forces at different positions of waterway tunnel with curved walls and those of waterway tunnel with straight walls

同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮：曲墻式內(nèi)輪廓面積為391.40 m2（有仰拱），363.56 m2（無仰拱）；小直墻式內(nèi)輪廓面積為344.97 m2；大直墻式內(nèi)輪廓面積為365.91 m2。由此可見，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，曲墻式內(nèi)輪廓面積與直墻式面積相差并不大，尤其是無仰拱情況下曲墻式內(nèi)輪廓面積還略小于大直墻式內(nèi)輪廓面積。無論從結(jié)構(gòu)受力角度還是工程造價(jià)角度，曲墻式內(nèi)輪廓都是比較合理的，故推薦采用曲墻式內(nèi)輪廓。

4 結(jié)論與討論

1）通航隧道的凈空尺寸首先需要考慮船只行駛產(chǎn)生的涌浪對(duì)船只安全的影響，其次要考慮通航安全設(shè)施（含防撞設(shè)施、沉船打撈設(shè)施、設(shè)備檢修通道、人員逃生安全通道等安全設(shè)施）的布置空間要求，同時(shí)需要滿足洞內(nèi)照明、通風(fēng)、消防、排水、監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)管理等設(shè)施安裝空間要求，并結(jié)合結(jié)構(gòu)受力、施工誤差、工程造價(jià)等因素綜合確定。

2）以開挖斷面積最小為主要目標(biāo)，采用最優(yōu)化方法分別對(duì)曲墻式內(nèi)輪廓起拱線上部和下部的內(nèi)輪廓進(jìn)行了優(yōu)化分析，得出Ⅳ級(jí)單線航道的內(nèi)輪廓方案；在對(duì)曲墻式斷面與直墻式斷面從開挖面積、工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)受力等方面進(jìn)行了綜合比較后，推薦富春江七里瀧航道通航隧道采用曲墻式斷面。

3）七里瀧航道通航隧道的斷面優(yōu)化分析方法和結(jié)論可以為不同等級(jí)的航道隧道斷面擬定提供借鑒。但由于僅考慮了開挖斷面積最小這一優(yōu)化目標(biāo)，雖然結(jié)合了直墻式和曲墻式2種典型斷面的受力分析，但考慮到圍巖塑性區(qū)大小是判斷地層穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，因此，有必要采用數(shù)值分析手段將圍巖塑性區(qū)面積最小納入大斷面通航隧道優(yōu)化目標(biāo)之一，使所擬定的斷面能綜合考慮圍巖穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)受力、工程造價(jià)等因素。

（References）：

［1］ 李焱，鄭寶友，周華興.構(gòu)皮灘升船機(jī)中間渠道通航隧洞和渡槽的尺度研究［J］.水道港口，2012，33（1）：45-51.（LI Yan，ZHENG Baoyou，ZHOU Huaxing.Test on scale of navigation tunnel and canal bridge in the intermediate channel between ship lifts of Goupitan power station［J］.Journal of Waterway and Harbor，2012，33（1）：45-51.（in Chinese））

［2］ 張凱.公路大跨度隧道開挖及初期支護(hù)施工［J］.隧道建設(shè)，2007，27（4）：65-68.（ZHANG Kai.A case study on excavation and prmiary reinforcement construction of large-spanned highway tunnels［J］.Tunnel Construction，2007，27（4）：65-68.（in Chinese））

［3］ 顧洪源.大斷面小凈距隧道斷面優(yōu)化及其設(shè)計(jì)參數(shù)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013（2）：85-89.（GU Hongyuan.Section optimization and design parameters study on largespannedsmall-spacedtwin-tubetunnel［J］.Railway Standard Design，2013（2）：85-89.（in Chinese））

［4］ 于海龍.四車道公路隧道斷面形狀和施工方法研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2006：36-39.（YU Hailong.Research on shape and construction of four-lane highway tunnel［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2006：36-39.（in Chinese））

［5］ 曾宜江，楊小禮.單拱四車道公路隧道斷面的優(yōu)化［J］.石河子大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，26（5）：616-620.（ZENG Yijiang，YANG Xiaoli.Cross-section optimum investigation of single-arch four-lane road tunnels［J］.Journal of Shihezi University：Natural Science，2008，26（5）：616-620.（in Chinese））

［6］ 曾中林.單拱四車道公路隧道斷面設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工力學(xué)研究［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2006：40-41.（ZENG Zhonglin.Design optimization and construction mechanics research on the section of single arch four lane highway tunnel［D］.Changsha：Central South University，2006：40-41.（in Chinese））

［7］ 田洪銘，陳衛(wèi)忠，鄭朋強(qiáng)，等.考慮流變效應(yīng)的高地應(yīng)力軟巖隧道斷面形態(tài)優(yōu)化研究［J］.巖土力學(xué)，2013，34（增刊2）：266-271，264.（TIAN Hongming，CHEN Weizhong，ZHENG Pengqiang，et al.Study of section optimization for high geostress soft rock tunnel considering rheological effect ［J］.Rock and Soil Mechanics，2013，34（S2）：266-271，264.（in Chinese））

［8］ 周燦朗，雷金山，陽軍生，等.地鐵大跨度礦山法隧道斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.鐵道建筑，2008（10）：62-65.（ZHOU Canlang，LEI Jinshan，YANG Junsheng，et al.Study on optimized design of cross-section of metro largespan tunnel by mining method［J］.Railway Engineering，2008（10）：62-65.（in Chinese））

［9］ 張雪峰.膨脹巖隧道斷面優(yōu)化研究［J］.國(guó)防交通工程與技術(shù)，2015（3）：25-28.（ZHANG Xuefeng.A study of the optimization of the cross section of a railway tunnel in expansive surrounding rock［J］.Traffic Engineering and Defense Technology，2015（3）：25-28.（in Chinese））

［10］ 楊萬斌，薛璽成.地下洞室的間距和斷面優(yōu)化計(jì)算方法［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2001，23（1）：61-63.（YANG Wanbin，XUE Xicheng.The optimized calculation method for spacing and cross section of underground tunnels［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2001，23（1）：61-63.（in Chinese））

［11］ 馬偉斌，張梅，趙有明.高地應(yīng)力軟巖隧道超前洞室斷面優(yōu)化模擬研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2011（9）：58-62.（MA Weibin，ZHANG Mei，ZHAO Youming.Simulation study on the section optimization of the super pilot tunnel in high geo-stress tunnel［J］.Journal of Railway Engineering Society，2011（9）：58-62.（in Chinese））

［12］ 戴永浩，陳衛(wèi)忠，劉泉聲.深部高地應(yīng)力巷道斷面優(yōu)化研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（增刊2）：4960-4965.（DAI Yonghao，CHEN Weizhong，LIU Quansheng.Optimization study on cross-section of deep mine tunnel under high in-situstress［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23（S2）：4960-4965.（in Chinese））

［13］ 陳衛(wèi)忠，王輝，田洪銘.淺埋破碎巖體中大跨隧道斷面扁平率優(yōu)化研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30 （7）：1389-1395.（CHEN Weizhong，WANG Hui，TIAN Hongming.Study of flat ratio optimization of large-span tunnel section in shallow broken rock mass［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30（7）：1389-1395.（in Chinese））

［14］ 趙興東，段進(jìn)超，唐春安.不同斷面形式隧道破壞模式研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（增刊2）：4921-4925.（ZHAO Xingdong，DUAN Jinchao，TANG Chun'an.Study on failure mode of tunnels with different sections［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23（S2）：4921-4925.（in Chinese））

Study on Design of Cross-section of Fuchunjiang Waterway Tunnel

WU Dexing1，ZHOU Hongsheng1，GUO Hongyu1，ZHENG Guoping2

（1.Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning，Design＆Research，Hangzhou 310006，Zhejiang，China；2.Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，Zhejiang，China）

So far there is no standard at home and abroad that can be referred to in the design and construction of large cross-section waterway tunnels.In the paper，the design of the cross-section of Fuchunjing waterway tunnel is studied.The requirements for the cross-section of the underwater part of the waterway tunnel，the construction clearance of the above-water part of the waterway tunnel and the navigation safety guarantee measures are analyzed.Optimization design is made on the inner contour of the waterway tunnel by means of optimization method and analysis，considering the mechanical characteristics of the surrounding rock and the tunnel structure.The cross-section of large-sized waterway tunnel that can meet the requirements of Grave IV single shipping lane is proposed.It is suggested that the cross-section with curved-walls should be adopted，considering the economic efficiency and structure force.

Fuchunjiang waterway tunnel；large cross-section；construction clearance；cross-section design

10.3973/j.issn.1672-741X.2015.11.011

U 45

A

1672-741X（2015）11-1182-06

2015-05-20；

2015-10-25

吳德興（1962—），男，浙江縉云人，1983年畢業(yè)于北方交通大學(xué)，鐵道工程專業(yè)，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事公路及地下工程方面的科研、設(shè)計(jì)和咨詢工作。