滬通鐵路跨越長江橋隧方案比較研究

白慧明

(中國國際工程咨詢公司，北京 100048)

1 上海至南通鐵路概況

滬(上海)通(南通)鐵路位于長江三角洲地區,北起江蘇省境內寧啟鐵路的南通站,經南通東站往南,于在建的蘇通公路大橋下游8 km左右處越長江至太倉后,分別接入浦西與浦東,即往南接入京滬鐵路安亭站,同時往東經楊行、外高橋、浦東接入浦東鐵路四團站,線路全長約225 km,其中,江蘇省境內約103 km,上海市境內約122 km。本項目還包括在上海樞紐內的張廟、蘆潮港聯絡線及南何支線金港巷至北郊段第二線等上海樞紐內相關工程。根據《中長期鐵路網規劃(2008調整)》,本項目是完善中東部路網結構、提高地區經濟發展適應能力的干線鐵路,是南通—上海—寧波鐵路的組成部分。

2 越長江工程概況

越長江工程是本項目的控制工程,位于長江下游徐六涇節點段,上接狼山沙水道,下連白峁沙水道,越江處江面寬約8 km。該區域有供海輪及3 000 t以上江輪使用的白茆沙南水道(海輪航道)、3 000 t以下船舶使用的白茆沙北水道(江輪航道)、北支航道和專用航道,通航水域較寬。越江處地質條件較差,基巖埋深在300 m；最大沖刷深度達35 m；河勢演變復雜。該處水道規劃有徐六涇節點整治工程,包括新通海沙圈圍工程、白茆小沙圈圍工程、白茆沙護灘潛堤工程。

3 跨越長江橋梁方案研究

3.1 橋址方案的選擇

擬建橋位可選地段位于長江澄通河段通常汽渡至海太汽渡間約16 km范圍內。在該范圍內研究了蘇通公路大橋下游6 km和8 km方案,2個方案橋位處局部河岸及水深條件、通航要求基本相同,工程投資相差不大,其中蘇通公路大橋下游6 km橋位方案距各匯流口距離適中,河床相對較穩定,水文工程條件相對較好,但該方案對兩岸城市建設及規劃港區、岸線影響較大,不予推薦。蘇通公路大橋下游8 km橋位方案,南岸走在常熟和太倉兩市交界范圍內,對城市影響較小,北岸也選擇在規劃地塊的邊緣,減少了對城市規劃的影響。從減少對兩岸城市規劃和沿江港口碼頭規劃影響的角度考慮,推薦采用蘇通公路大橋下游8 km橋位方案。

3.2 橋梁方案的研究

推薦的橋梁方案位于蘇通公路大橋下游8 km處,通航凈高62 m,單孔單向通航凈寬504 m。主橋橋型研究了三塔斜拉橋2×588 m(單向通航)、五塔斜拉橋4×588 m(單向通航)、兩塔斜拉橋1 008 m(雙向通航)、雙主跨懸索橋2×1 008 m(雙向通航)4個方案,推薦采用三塔斜拉橋2×588 m(單向通航)方案,主橋長度18.7 km。主梁擬選用鋼箱桁結合梁,倒梯形截面、三角桁式。主塔選用混凝土鉆石形索塔,采用沉井基礎。擬采用“上部結構邊跨采用大節段吊裝,中跨節段懸臂架設”的施工方案。橋梁推薦方案(限制坡度6‰)橋梁部分工程投資為74.37億元。

3.3 橋梁相關專題的研究工作

主橋橋型三塔斜拉橋2×588 m為大跨度鐵路斜拉橋,技術較為復雜。為深入研究橋梁方案,設計單位委托交通部天津水運科學研究所、南京水利科學研究院和武漢理工大學等單位編制《上海至南通鐵路滬通長江大橋通航凈空尺度及技術要求論證研究報告》,并于2007年1月交通部長江航務管理局主持召開“上海—南通鐵路滬通長江大橋橋梁方案通航凈空尺度和技術要求研討會”,形成了會議紀要。與會部門及專家原則同意橋位方案,要求進一步研究橋址河段的河床演變情況,研究確定通航孔的覆蓋范圍,橋式方案可按單孔單向的標準、多孔通航的原則考慮。同時開展以下通航專題研究工作：表流跡線、船筏走行線觀測資料；實船試驗及船舶航行數值模擬資料；河床演變分析資料；通航凈空尺寸及技術要求論證資料；橋型方案研究等。

4 跨越長江隧道方案研究

4.1 隧址方案的選擇

隧址選擇研究蘇通公路大橋下游8、9、10 km 3個方案,推薦蘇通公路大橋下游9 km方案。該方案經過海門濱江新城及太倉鹿河鎮以西未開發地區,拆遷工程不大,對城市干擾相對較小,對海門通海沙規劃港區及常熟白茆小沙規劃港區無影響；且該處隧址水文條件較好,越江隧道長度短,工程投資省,并且可結合規劃的白茆小沙圈圍整治工程(實施時機有待進一步落實)布置豎井,減輕盾構施工江中對接的難題,減少運營通風及防災救援距離。

4.2 隧道方案的研究

隧道過江方案研究了雙孔單線結構(13‰、6‰)方案、單孔雙線無中隔墻結構(13‰、6‰)方案、單孔雙線設中隔墻結構(6‰、13‰)方案等共6個方案進行比較,推薦采用單孔雙線無中隔墻13‰方案,隧道建筑長度12.115 km,隧道外徑13.55 m,管片厚度0.575 m。擬采用盾構法進行施工,擬采用白茆小沙設盾構吊出工作井的施工方案。隧道推薦方案(限制坡度13‰)隧道部分工程投資約為53.7億元。

本隧道方案的隧道埋深及主要施工方案均以長江徐六涇河道整治工程實施為前提,若白茆小沙圈圍成島工程不能提前實施,則在白茆小沙設置江中豎井方案難以實現,給隧道江底對接、通風及救援方案帶來一定的不確定性,下階段還需補充研究河道進行系統整治以及白茆小沙圈圍成島工程不能先期建成的前提下,河道沖刷對隧道的埋深、江中豎井的布置方案的影響。

4.3 隧道相關專題的研究工作

設計單位委托長江水利委員會編制了《工程附近水域河勢演變分析專題研究報告》、《平面二維水流計算分析專題研究報告》和《河床沖刷高程數值模擬研究報告》。開展以下專題研究工作：控制隧底沉降的加固措施；地基可能液化對隧道埋深及隧道穩定性影響分析資料；隧道內防災接援方案等。在考慮徐六涇節點整治工程實施的前提下,預測了隧址位置的最大沖刷深度,并結合了白茆小沙圈圍工程布置豎井,以減少隧道施工江底對接的難度。

5 橋隧方案綜合比選

我們對上海至南通鐵路越江橋隧方案進行了深入的研究,從通道資源布局的合理性、技術方案的可靠性、抗災能力、通風條件、工程投資、工程實施的外部條件和風險控制等方面進行研究論證(表1),分述如下。

(1)在通道資源合理利用方面

橋梁方案在增加投資不多的情況下,根據需要可以合建(或預留)公路或兼顧其他交通功能,既可改善鐵路橋梁的運營性能,又能實現通道資源共享。而隧道方案受其結構斷面的限制,存在交通功能單一的缺陷,且不具備開行雙層集裝箱列車的條件。

(2)在技術方案的可靠性方面

橋梁技術應用廣泛,橋梁方案設計和建造技術相對成熟,可參照借鑒的工程實踐較多,已建成的武漢天興洲公鐵兩用長江大橋主跨采用504 m斜拉橋,上游8 km的蘇通公路長江大橋主跨為1 080 m,均可為本方案的實施提供有利的技術參照,可靠性相對較高,但橋跨方案還需結合航道標準的論證進一步研究。國內越江鐵路隧道的設計及建造技術儲備相對不足,目前尚無鐵路過江隧道可參照的工程實踐,長大隧道的斷面結構形式、通風技術方案、防災疏散通道的設置、沉降控制以及高速列車通過隧道時的減壓措施等技術方案還需結合工程深入研究。

(3)在運輸組織、通風條件以及抗災能力方面

橋梁方案(限坡6‰)具有運營條件好、運輸效率高與沿江通道組成部分相符的優點；通風條件好,應對火災、地震等偶發災難性事故實施易于救援。橋梁方案近期采用內燃過渡,遠期內燃可節省初期投資,提高效益。隧道方案(限坡13‰)需在27.3 km越江范圍內雙機需循環取送,不僅需增設貨車補機點,增加運營支出,而且降低沿江通道的輸送能力。隧道方案通風條件差,常年通風費用高；應對火災、地震等偶發災難性事故實施救援難度相對較大。由于長大隧道通風困難要求必須采用電化方案,周圍相關線路也需同步電化。

(4)工程投資方面

橋梁方案(限坡6‰)采用主跨2×588 m三塔斜拉橋方案,工程投資為74.37億元；隧道方案(限坡13‰)采用單孔雙線無中墻方案,工程投資為53.7億元。隧道方案的埋深及設置江中豎井方案受河道整治工程的影響較大,加之國內尚無鐵路越江工程概算定額,本階段參照公路越江工程概算定額進行估算,因此隧道方案的工程投資下階段還需結合隧道限坡的選擇(6‰或13‰)進一步研究落實。

(5)在工程實施的外部條件方面

橋梁方案兩岸引橋高架,聯絡靈活,便于陸上土地綜合開發利用,對城市規劃的影響相對較少；但對規劃的通海、白茆小沙等港區及深水岸線有一定的影響；由于該處船舶密集,施工及運營期對通航有一定影響,對惡劣氣候條件反應相對敏感。而隧道方案對港區、岸線及通航基本無影響,兩岸隧道出口需設置長3.6 km深挖路塹過渡段,對城市規劃有切割,影響兩岸陸地綜合利用開發；隧道方案受徐六涇河道整治工程的影響較大。橋隧方案占用土地數量相當。

(6)在風險控制方面

橋梁技術應用廣泛,橋梁方案設計和建造技術相對成熟,可參照借鑒的工程實踐較多,在建設方案、建設工期、投資控制等方面風險相對較小。橋梁運營風險主要集中在風災、地震等。風災對橋梁上高速運營的列車安全有所影響,須采取措施使風對橋梁運營的影響處于控制范圍之內。區域地震基本烈度為6度,地震對橋梁運營的影響主要在于地震時可能引起列車脫軌等事故。

隧道設計風險有地質勘察的準確性以及河床演變引起的最大沖刷深度對隧道覆土厚度及抗浮穩定的影響,以及由此帶來建設方案、建設工期、投資控制等方面風險。隧道施工中的盾尾密封失效、長距離施工換刀、江中對接、橫通道和江中泵房施工風險為不可接受風險,必須采取措施予以防范。隧道運營中風險主要為火災和地震。

(7)在環境影響與節約能源方面

隧道方案主體工程位于江底,除隧道棄砟、隧道出口過渡段切割地面,對交通、水文及土地綜合利用有影響外,對環境基本無影響,環境較為友好。但隧道方案需常年照明通風,且需雙機牽引,在節約能源方面與橋梁方案相比存在不足。

(8)在水文、河勢和航運影響方面

隧道方案對水文、河勢和航運等基本無影響；橋梁方案對水文、河勢和航運等有一定影響,需在設計方案中研究減少影響的措施和方案,可研階段還需進一步征求相關主管部門的意見。

表1 穿越長江橋梁、隧道方案綜合比較

6 比選結論

經以上綜合比較,初步認為上海至南通鐵路越江采用橋梁方案更為有利,但本項目越江地段屬于長江口黃金水道,船舶密集,地質條件差,河道沖刷深,河勢演變復雜,過長江方案宜慎重選擇,鑒于預可研階段研究深度的限制,仍有大量比選工作需要深入開展,并需充分考慮交通、航運、水利等部門意見。因此建議橋隧方案在可研階段還需在以下方面進一步分析比較：一是技術方案的可靠性,包括設計與施工的風險分析、實證經驗及抗災能力等；二是工程實施的外部條件,包括方案對行業和地方規劃的符合性及對港口、碼頭及城市規劃的影響，以及進一步落實徐六涇河道整治方案如不能先期實施對橋隧設計方案的影響；三是運輸組織方面,包括運輸組織的機動靈活性、運輸限制、養護維護要求等；四是投資規模方面,建議橋隧方案采用相同的限制坡度進行同精度技術經濟比較(包括全生命周期成本及相關工程費用)。

[1]中鐵第四勘察設計院集團有限公司.上海至南通鐵路預可行性研究報告[R].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2007.