淺析城市中心區地下道路規劃設計

陳廣藝

(上海建瓴工程咨詢有限公司,上海市 200032)

淺析城市中心區地下道路規劃設計

陳廣藝

(上海建瓴工程咨詢有限公司,上海市 200032)

在國內城市地下道路建設悄然興起的背景下,以上海市北橫通道為例,對城市中心區地下道路規劃建設目的和設計要點進行剖析,并從需求引導、形式選擇和謹慎決策等方面對地下道路建設提出相關策略及建議,為國內城市理性認識立體化交通擴容,擇優發展集約化道路系統提供借鑒。

道路交通；節能減排；可持續發展

0 引言

現代城市交通需求的迅猛增長與道路拓建余地的嚴重局限已成為普遍存在的一大矛盾,尤其在多年來該矛盾難以調和甚至愈演愈烈的各大城市中心區,伴隨平面用地資源的挖掘殆盡,建造地下道路成為城市交通空間擴容的一種手段。鑒于數十年來許多城市大力建造的高架道路已經占用大量空間并逐步顯露弊端,地下道路作為立體化利用空間的另一種形式,近年來受到重視并在國內外一些重要城市中得以發展。然而,地下道路規劃設計和建造存在復雜性,在社會、經濟、環境等方面會產生重大而長遠的影響,如何合理規劃建設城市地下道路,發揮優勢,減少弊病,是當前亟需研究的重要課題。

1 地下道路功能特點

在制約因素繁多的城市中心區建設地下道路需付出巨大的投資代價、技術努力和時間成本,一些城市之所以決定規劃建設地下道路,主要為了承擔補充和完善骨干路網系統的功能,而相比于高架道路,地下道路既具有明顯的優勢,也具有固有的劣勢。

1.1 地下道路的功能

在密集布局的城市中心區,地下道路規劃為快速路或主干路,作為骨架路網的組成部分或既有路網的補充形式,承擔分離長距離和過境交通、疏解區域交通瓶頸、釋放地面空間資源等重要功能。例如,日本東京首都圈規劃形成“3環9射”的高(快)速道路網,其中,中央環線長約47 km,外環線長約85 km,郊環線長約390 km,由于地塊開發已成熟,改建道路涉及巨大的土地成本,3條規劃的環狀道路一度未修建成型,因此東京都通過立法轉而以地下道路形式促進路網的完善,中央環線中規劃建設長約18 km雙向4車道的地下道路,外環線中規劃建設長約35.5 km雙向6車道的地下道路［1］。

國內城市以往地下道路建設以打通天然屏障為主,最常見的為越江隧道,而作為地面道路空間立體化拓展的地下長通道規劃實踐較少。上海市為改善中心城骨干路網結構,優化區域交通聯系分離過境交通,于2005年提出了由東西通道、南北通道、外灘通道和北橫通道構成的CBD核心區“井”字形通道規劃方案,4條通道均在中心城骨架路網中占據重要地位。對于早在上世紀80年代就提出規劃的北橫通道,隨著虹橋樞紐、虹橋商務區及沿線地區的開發,交通需求已今非昔比,因而近年來著重對其立體化擴容改造進行研究,出于實施條件及城市景觀等考慮對線位進行了局部調整,并最終放棄了全線高架形式,而引入了較長的地下道路形式。

1.2 地下道路的優勢

此處所述地下道路的優勢是在明確其功能必要性的基礎上,相對于高架道路而言,主要體現在城市用地和空間環境等方面。

(1)集約用地資源

鑒于城市中心區土地資源高度的稀缺性及潛在價值,有限的土地難以滿足居住、商業、交通等所有需求,因此土地的用途選擇需經過精心權衡,換而言之,空閑的土地是用于開發住宅、商業、辦公樓還是建設道路將直接影響經濟社會的發展效益,不可能一味用于道路的鋪展。另一方面,大多數城市的中心區經長久的歷史發展,已形成固有的形態和功能格局,不論在傳統風貌區還是現代開發區,對重要通道進行新建或拓建通常會涉及大規模的動拆遷及協調補償問題,僅在投資成本方面就具有難以承受的高昂代價,在付諸實施方面更會遇到沿線乃至區域各類設施調整的重重困難。在受限的環境中,地下道路通過土地空間立體化拓展的方式,可避免或大量減少沿線動拆遷及土地資源的消耗,在拓展道路容量的同時,釋放地面空間以保留商業和景觀價值或用于地面公交疏導等,發揮用地資源的復合型功能。

(2)避免城市割裂

對于立體化的城市道路空間形式,長期以來高架道路發展迅速,被廣泛視為城市現代化建設的象征,但隨著時間的推移,高架道路造成的城市中心區空間割裂和活力消退不斷遭受公眾質疑,對城市經濟發展和社會生活品質產生影響,以致一些國家開始反思和摒棄高架道路形式。最有代表性的當屬美國波士頓中央干道/隧道改建工程,為解決原高架道路造成的交通瓶頸及地區隔離等問題,在原為高架6車道的波士頓中央大道地下修建8～10車道的高速路,拆除原有高架道路將地面歸還于城市公共空間,并修建一條通往機場的地下道路,該工程對城市環境的積極作用已逐步顯現［2］。可見,從縫合城市空間的角度看,地下道路相對高架道路具有明顯優勢,這也是當前一些城市選擇修建地下道路的重要原因。

(3)保護市區環境

高架道路帶來的嚴重噪音、尾氣污染、視覺阻礙等負面影響也是城市居民的一大困擾,在城市中心區采用地下道路形式更為有利于保護人居環境及文化環境。在高強度開發的城市中心區,地下道路可有效減弱或避免汽車噪音和尾氣對沿線居住、工作、休閑活動的干擾,通過技術措施對地下道路汽車尾氣進行收集和處理,利于地面城市空氣清潔。在具有傳統歷史積淀的城市中心區,高架道路連帶防噪屏的龐大生硬形象無疑會造成嚴重的感官阻礙,破壞城市文脈和肌理,地下道路則可克服此類弊端。

1.3 地下道路的劣勢

地下道路在具備上述優勢的同時,也伴隨著固有的劣勢,主要體現在工程造價和運營風險方面。

(1)工程造價昂貴

地下道路由于工程技術較復雜,施工難度高,且涉及諸多施工和運營設備,就工程本身而言其造價大大高于高架道路,據粗略統計,在同等條件下建設地下道路的工程費用約為建設高架道路的1.5～2倍。同時,城市中心區為保證諸多相關建構筑物、軌道交通的結構安全需投入大量結構保護措施等費用,使“看不見”的工程費用陡增。因此,造價昂貴是地下道路規劃必須考慮的一大制約因素,甚至可直接影響地下道路規劃建設的可行性。

(2)運營風險增大

地下道路的工程埋深和密閉空間給設施維護及車輛運行帶來更大風險,其中尤以火災、水淹、交通事故等的威脅概率較大。相對于地上開敞的空間環境,在地下道路行駛的車輛發生故障時,更易引發火災,對周邊車輛和人員的威脅更大,火災救援的難度更高；由于城市暴雨、結構問題或設備故障,地下道路遭遇水淹的可能性更大,同樣其搶險救援的難度也更高；另外,地下道路的行車視線和光照條件不如地上舒適,易發生交通事故,而事故處置效率卻更低。在面對危險時,地下空間環境會加劇人們的心理恐慌,不利于減少傷害和高效救援。因此,運營風險是地下道路規劃設計必須全面控制的因素,一旦有所疏漏易引發危險狀況,造成嚴重后果。

2 地下道路規劃要點

城市中心區地下道路處于繁雜的道路交通和區域設施系統中,綜合協調規劃不容小覷。北橫通道工程經多年的方案研究和論證,基本形成穩定的總體方案,其中包含主要地下道路段的一期工程已深化設計并啟動建設,其規劃要點具有代表性。

2.1 合理選擇形式

地下道路形式不單純是對地下空間的開發利用,而是從路網系統需要到社會、經濟、環境影響全面權衡的選擇結果。對于城市中心區的重要通道,地下道路形式固然可化解諸多難以協調的矛盾,但并非需要全線采用,而應根據具體工程環境靈活選用。全長約19.1 km的北橫通道主線采用地下、高架和地面道路分段組合的方式是適宜的,地下道路長度約10.243 km,高架道路長度約2.573 km,地面道路長度約6.176 km,地下和高架道路按機動車雙向6車道(4車道加兩側集散車道或停車帶),地面道路按雙向6～8快2慢的規模進行建設。地下道路主要在北橫通道西段和中段環境受限處采用,見圖1［3］。

2.2 綜合交通組織

地下道路規劃設計需從區域路網整體角度出發,統籌確定交通組織和管理方案,其中出入口匝

圖1 北橫通道分段道路形式

道位置和間距的設定是關系區域路網服務能力和交通組織的重點,大間距能夠方便長距離快速交通聯系,但不利于交通分散疏解和緊急救援,也會增加匝道出入口及鄰近地面道路和交叉口的交通壓力；而小間距雖便于沿線進出交通使用,但不利于通道全線的快速通暢,易引發多節點擁堵和交通事故。北橫通道的匝道出入口平均間距約2.6 km,同向匝道最大間距達7～8 km,由于實施條件等原因使匝道出入口間距和變差較大,其疏解交通的能力和對項目功能的影響尚待深化研究和實踐檢驗。

2.3 平面線位比選

在骨干路網中確定基本方位后,地下道路具體平面線位的選定在很大程度上取決于實施條件和投資成本,目前國內工程前期對于沿線建構筑物影響及動拆遷成本的考慮較多,而對地下管線影響及搬遷成本的考慮較欠缺。城市中心區地下管線密集,尤其是舊城區地下管線原始資料缺失嚴重,或幾經改造但基礎資料更新滯后,從地面看似有條件建設的地下道路方案,很可能隱藏著眾多難以調整的地下管線,造成巨額的管線搬遷費用。因此,在工程前期的規劃設計階段應對地下主要管線進行勘察梳理,并將其納入方案綜合優化比選要素,由于管線權屬和管理模式等方面的制約,目前在工程前期全面深化開展這方面工作尚存在難度,有待優化和完善相關管理機制,使地下道路規劃時能夠綜合考慮避讓建構筑物和地下管線,進行平面線位比選,以利于合理確定工程方案及控制工程投資。

2.4 豎向間距控制

城市中心區地下道路沿線會與各類建構筑物、河道及管線發生穿插,在規劃時需合理把握豎向控制間距指標。北橫通道盾構段豎向規劃原則為：與規劃軌道交通相交節點控制間距不少于3 m,與已建軌道交通節點控制間距不少于6 m,與橋梁、河道樁基底標高控制間距不少于3 m；某復雜節點處北橫通道在河底與軌道交通線豎向標高之間穿越,需采取技術措施盡量減小規劃河底與通道設計頂板的間距,同時確保并盡可能增大上跨軌道交通線段基坑與下方軌道交通線的距離,以降低通道上跨軌道交通區間的工程風險。適宜的豎向間距控制能夠優化影響地下道路整體結構埋深,保證工程自身及相關工程的結構安全,對節省工程投資也具有積極作用。

2.5 技術標準適宜

地下道路技術標準的把握具有特殊性,而國內尚未專門針對地下道路設計制定規范,主要參照一般地面道路的技術要求。在工程實踐中,凈高和車道寬度兩項指標直接影響地下道路的工程投資,是需深化探討的重點。

2.5.1 通行凈高

在確保車輛通行要求的前提下適當減小地下道路設計凈高,可大大降低建設規模、工程投資和環境影響。馬來西亞吉隆坡SMART地下隧道和法國巴黎A86小客車專用地下道路設計凈高僅為2.55 m；上海外灘通道設計凈高3.2 m,通行限高3.0 m；復興東路隧道上層凈高僅為2.6 m,限高2.4 m［4］,通過限速等措施均運行良好。擬新建的北橫通道雙層隧道段設計凈高采用3.2 m,通行限高3.0 m,鑒于救護車、警車、不含云梯的專用消防車等特殊車輛一般車型最大高度在3 m以下,且有已建地下通道的經驗,其凈高設計總體在合理的范圍內。同時,由于通道整體交通具有連續性,對于非小客車專用的地下道路段,則需結合其銜接的地面及高架道路凈高標準協調確定合理的凈高,見圖2。

圖2 北橫通道盾構雙層隧道凈高(單位:cm)

2.5.2 車道寬度

地下道路車道寬度的取定對于工程規模和投資也具有重要影響,相關研究表明,車道寬度比側向凈寬對駕駛行為的影響更為顯著［5］,較寬的車道寬度雖可增加行車空間的舒敞感及車輛行駛偏移的余地,但也易于激發車輛加速、偏移超車等行為而導致交通事故。因此,需選取合理的車道寬度以達到建設成本和運行效果的最優化,我國《城市道路工程設計規范》(CJJ 37-2012)規定小客車專用車道最小寬度為3.25 m,在一些地下道路建設實踐中根據具體建設條件有所減小,如北橫通道地下道路段車道寬度擬采用3.0 m/ln。根據不少國外城市的經驗,采用適當緊縮的車道寬度對于規范車輛行駛和節省工程投資是大有裨益的,但考慮國內道路運行的車輛性能和駕駛習慣,尚需進一步加強交通管理力度,并使地下道路與兩端道路設計標準妥善銜接。

3 地下道路設計重點

城市中心區建構筑物林立,工程環境錯綜復雜,地下道路設計需應對各種難度和挑戰,主要需處理好以下重點。

3.1 保證交通安全

地下道路因其形式和環境的特殊性,需進行全面細致的交通安全設計。地下道路設計應采用適宜的平縱線形組合,慎用極限值,緩和段、曲線段長度及行車、停車視距等指標應確保滿足要求,并做好匝道分合流段縱坡控制、連續長縱坡的交通安全措施和路面減速措施。出口匝道一般按雙車道劃示,以利于疏解交通和蓄車,有條件時應增加減速車道長度,尤其對于出入口匝道間距較長,高峰時段交通量集中的路段,出口處容易發生交通事故,宜考慮安排事故車應急處置的空間,匝道出入口處需設置預告和車道限速指示等安全設施。

3.2 注重運營安全

在確保地下道路土建及標志標線規劃設計安全性的基礎上,運營安全也是地下道路不容忽視的關鍵問題。針對地下道路的空間環境特點和救援難度,需建立起完備的防災系統,包括應急求援設施布點和設備配置、安全疏散及救援路徑設計,以及消防給水系統、火災排煙系統、防洪排澇系統、監控聯動系統等相關系統的綜合設計,做到全方位、精細化、高效率地監測和應對緊急事態,保障和提升地下通道的運營安全“軟實力”。提高長距離地下道路防災、救災的能力和水平是國內仍需深化研究的關鍵課題。

3.3 優化結構保護

在城市中心區修建地下道路,會遇到相關設施結構的保護問題,例如北橫通道盾構隧道沿線需穿越橋梁、防汛墻、軌道交通、合流污水管等重要市政設施,且下穿、側穿地面建構筑物及地下空間達近百處,施工安全和社會穩定風險形勢相當嚴峻,需理清相關控制因素的邊界條件,綜合技術、經濟和社會文化等要求制定合理的保護標準,既要實現可靠的保護質量,又要兼顧資源的節省利用,研究達到最優化的結構保護方案。

3.4 近遠期相結合

地下道路一經建成便很難改變,而城市中心區道路交通影響因素眾多,發展趨勢和需求不易在短期內準確預測,因此,地下道路建設尤其需處理好遠期發展與近期實施的關系,充分考慮路網擴容、協調銜接的可行性,對于敏感區域或節點,若一時難以論證確定成熟的方案,可采取分期研究和建設的方式,避免因倉促實施而造成大量廢棄工程及負面影響。

4 策略及建議

城市中心區地下道路建設是復雜的系統工程,在實踐過程中需從提升規劃理念的高度入手,對地下道路建設形成科學的客觀認識和健康的發展策略。

4.1 轉變模式,引導需求

對于城市中心區主要通道的規劃形式,盡管在“地下”和“高架”方案比選中,地下道路以保護景觀環境、發揮用地價值等方面特定的優勢而可能勝出,但更需注重的是基于交通模式發展和需求引導的道路形式論證。

韓國首爾于20世紀70年代對市中心的歷史河流清溪川進行填河造高架,修建了總長5.6 km、寬16 m的4車道清溪高架公路,建成后每天有數十萬車輛川流不息地通過,從“交通需求”的角度看其“必要性”似乎毋庸置疑,但高架帶來的交通擁堵、環境污染、空間隔離等種種問題使政府痛下決心在2003～2005年左右拆除高架道路,復原清溪川河流,并將原有的8～10車道的清溪川路改為河岸兩邊共雙向4車道的道路［6］,并未將道路埋到地下繼續安頓繁忙的車流,而是誘導交通政策從個體交通轉向公共交通。清溪川案例對世界上許多擁擠的現代化城市具有極大的震動和啟示,許多國家和城市更清醒地認識到轉變交通模式才是解決問題的根本方法。因此,當前國內仍需從大力發展公共交通、轉變出行方式選擇的角度充分論證地下通道的建設,對于地下客運通道更需加強機動車道路與軌道交通的比選。

4.2 不拘形式,服從功能

在經論證需要立體化建設道路的情況下,對于城市中心區采用的道路建設形式仍需根據具體交通需求和工程環境靈活選用,以集約利用資源、服務道路功能為原則,不拘泥于全線采用地下道路形式。北橫通道根據沿線不同路段的建設條件和交通功能,組合采用“地下+高架+地面”道路規劃方案,主要在穿越河道段、地面建筑不宜或不易改造的路段采用地下道路,在需銜接立交的路段采用高架道路,而在道路改建空間較寬裕的路段則采用地面道路+下立交,使不同路段在路網中有所側重地發揮作用。因此,地下道路建設應視為一種實現規劃功能的手段,而不可將建設地下道路本身作為目的。

4.3 慎重決策,管控效益

即便城市中心區在重重矛盾中迫切需要建設地下道路分擔車流,仍需注意的是地下道路必然伴隨著環境污染、資源消耗、建造及運營維護成本高昂等特點,且一旦建成,比高架道路更難改造或廢除,若規劃建設失誤,會造成巨大的資源、人力和財力損失,也會帶來巨大的負面環境和社會影響。因此,尚未建設地下道路的城市或地區不可盲目效仿已建工程,不可將地下道路建設視為在局限時空下醫治擁堵痼疾的最后一劑林丹妙藥,而應對新建地下道路進行慎重論證和決策,并對其預期功能發揮、經濟和社會目標的實現進行全面評估和追蹤,及時總結經驗教訓,合理利用地下空間資源。

5 結語

在城市中心區建設地下道路,正成為國內新興發展的一種立體化道路空間拓展方式。相比于高架道路,地下道路可減小對城市景觀環境的影響,但建設地下道路涉及高昂的工程投資和復雜的工程技術,把握失誤也會造成難以彌補的遺憾和損失。因此,需從路網系統的角度充分論證地下道路形式選擇的必要性與合理性,對于城市中心區不能單純地依賴興建地下道路解決交通問題,而應從高效利用資源、鼓勵低碳出行的角度轉變交通發展模式,靈活構建集約有序的道路交通系統；而對于擬建的地下道路,則需進一步針對其規劃要點和設計難點,在確保使用安全的前提下,綜合考慮技術、經濟、社會影響和要求,加以不斷探索優化,使之揚長避短,發揮良好效益。

［1］ 黃平，周錫芳，關博.日本東京都地下道路規劃與建設［J］.交通與運輸，2009(5):24-25.

［2］ 孟宇.城市中心區交通設施更新實例——波士頓中央干道/隧道工程［J］.國外城市規劃，2006，21(2):87-91.

［3］ 上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司.上海市北橫通道新建工程初步設計說明書［Z］.2014.

［4］ 張毅.小客車專用城市地下道路的設計凈高研究［J］.城市道橋與防洪，2014(2):123-126.

［5］ 劉碩，王俊驊，方守恩.地下道路橫斷面對駕駛行為的影響［J］.同濟大學學報(自然科學版)，2013，41(8):1191-1196.

［6］ 清溪川歷史與變遷［EB/OL］.http://tchinese.seoul.go.kr，2006.

TU984.11

B

1009-7716(2015)09-0058-05

2015-05-05

陳廣藝(1983-),女,上海人,工程師,從事城市交通規劃、城市規劃設計工作。