城市軌道交通過江通道敷設方式研究

趙 強

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司， 430063， 武漢∥高級工程師)

武漢、重慶、南京等被長江分隔的特大型城市，其過江交通仍然是城市交通的瓶頸，給長江兩岸人們的交流造成較大障礙。軌道交通的發展很好地解決了過江交通不便的問題，但卻也衍生出新的難題，即過江軌道交通線路應該采用何種敷設方式建設。敷設方式的影響是多方面的，涉及了工程造價和后期運營成本[1]，同時也會對城市景觀、施工工期、沿線建(構)筑物等產生不同影響。由此可見，軌道交通過江通道敷設方式的研究是城市軌道交通建設過程中的一項重要課題。

1 我國城市軌道交通過江通道概況

1.1 過江通道分類

目前，過江通道可以從用途和敷設方式兩個方面進行分類。根據過江通道用途不同，可以將其分為單一功能過江通道(僅包含公路、鐵路、城市軌道交通或城市道路中的一種功能)和復合功能過江通道(包含公路、鐵路、城市軌道交通及城市道路中至少兩種功能)；根據敷設方式的不同，分為地下過江通道(隧道形式)和高架過江通道(橋梁形式)兩種。

1.2 我國軌道交通過江通道情況

根據統計，截至2018年底，我國長江干線已建成過江通道108座，另有41座過江通道正在建設中。其中，含城市軌道交通功能的過江通道共15座，主要集中在重慶、武漢、南京等特大型過江城市。在通道敷設方式的選擇上，重慶以橋梁為主，南京和武漢以隧道過江居多[2]。

對于所有需要建設軌道交通過江通道的城市，勢必遇到如何選擇合理敷設方式的問題。因此，有必要針對過江通道敷設方式的選擇，在已有成果的基礎上，結合軌道交通過江通道本身特點，系統梳理其影響因素，明確不同敷設方式的適應性，為不同城市的軌道交通過江通道選擇敷設方式提供參考和借鑒。

2 影響過江通道敷設方式選擇的關鍵因素

城市軌道交通過江敷設方式主要有地下和高架兩種，兩種敷設方式的環境適應性、實施重難點、工期和建設成本等均存在一定差異。不同城市過江敷設方式的選擇也各具特點：對于地勢起伏較大的山城重慶，如重慶3、6號線，長江兩岸與江面高差較大，結合過江通道的位置采用與城市道路合建高架敷設過江，結合兩岸地勢及規劃銜接條件，兩岸車站采用地下敷設；而對于武漢和南京這類長江兩岸地勢相對平坦的城市，位于主城區的已建軌道交通線路(如武漢2、4號線，南京3、10號線)均采用地下過江，兩岸車站也同樣采用地下敷設。過江通道選擇合理的敷設方式對控制施工風險、降低社會穩定風險及合理配置資源有著積極作用。本文將從過江通道特點出發，分析過江通道敷設方式選擇的關鍵因素，從而給出確定過江通道敷設方式的相關建議。

2.1 通道位置的選擇

在確定過江通道敷設方式前，首先需明確過江通道的工程選址。采用不同的敷設方式過江，選擇通道位置時考慮的側重點不同。主要需從河道條件、通航條件、港口布局、與沿河其他構筑物的相互關系幾方面統籌考慮，并在相關規劃的指導下，征得水務、河道等相關管理部門同意。結合通航環境、河床演變情況及其他相關基礎資料，綜合分析通道位置與河道條件和通航條件的符合性。

2.1.1 河道條件的符合性分析

根據線網規劃中過江段所處的地理區位，明確過江段河道條件，包括長江兩岸堤壩間距、江面寬度、百年一遇洪水位、河床極限沖刷深度、有無江洲及其穩定性、通航水域位置等。圖1為某城市河道環境示意圖，包含了河道、航道和水下管線等情況。

圖1 某城市河道環境示意圖

對于高架敷設方式，需要根據河道條件，確定橋梁跨度大小、橋墩等入江基礎設施的位置選取、橋梁通航凈空要求等。

對于地下敷設方式，隧道選址需布設在遠離灘險、易變洲灘的穩定河段。根據長江300年一遇最大沖刷線及深泓擺幅確定隧道埋深。圖2為某城市過江隧道埋深與沖刷線的相互關系圖，隧道埋深需滿足河床可能發生最大沖刷情況下的覆蓋層厚度要求。長江隧道受自然條件、施工風險等影響，常用盾構法施工[3]。需結合河道條件、列車運行速度及通風防災要求等，判斷區間風井設置的必要性和可行性，并合理確定隧道洞徑。

圖2 某城市過江隧道埋深與沖刷線相互關系圖

2.1.2 航道條件符合性分析

根據相關規范和標準要求，水上和水下過河建筑物選址均應避開險灘、港口作業區和錨地等[4-7]。因此,高架和地下敷設的過江通道均應考慮對既有和規劃的港口、碼頭和錨地等進行避讓。圖3為擬建過江通道避讓了現狀港口岸線，且繞避了碼頭、錨地。

圖3 某城市擬建過江通道與岸線相互關系圖

對于高架過江通道，橋位的選擇需滿足兩座相鄰水上過河建筑物的軸線間距要求。若無法滿足時，可在所處通航水域無礙航水流情況下，靠近布置，兩建筑物間相鄰邊緣距離應控制在50 m以內，且通航孔必須相互對應(詳見《內河通航標準》5.1.3)。結合以上要求，確定符合通航條件的過江橋位及孔跨布置。

2.1.3 沿江取水口、水下管線等

過江通道位置的選擇還需明確與沿江取水口和水源保護區的相對位置關系，避免違反環保要求；同時，注意有無其他過江管線與軌道交通過江通道存在立交沖突的情況，針對特殊水下過江管線，兩者間距需滿足相應的規范要求(如圖1所示，過江通道與天然氣管道的距離滿足相應規范要求，并避讓水庫遠離其飲用水源保護區)。

2.2 兩岸與過江通道銜接條件

過江通道與長江兩岸銜接需重點考慮與兩岸規劃條件的符合性、與既有建(構)筑物的相互關系、兩岸設站條件等。

對于高架過江通道，兩岸的接線條件需與城市規劃相吻合，減小對兩岸用地的影響。同時，需做好兩岸線站位與規劃道路及現有環境的匹配。

對于地下過江通道，其對兩岸沿線規劃和現狀影響相對較小，對城市景觀基本無影響。但過江區間應考慮河床沖刷埋深較深，兩岸車站埋深也相應加大，施工難度和工程投資較大。

如圖4所示，考慮某城市過江通道兩岸沿線規劃多為住宅和商業用地且基本已建成，故采用地下敷設過江與兩岸銜接關系更優，且與環保要求更為契合。

圖4 某過江通道路由與沿線規劃相互關系示意圖

2.3 工程地質和水文地質

過江通道的敷設方式需結合長江及其兩岸地形地貌、地層巖性、不良地質作用與特殊性巖土情況統籌考慮。

高架敷設方式需注意不良地質條件對下部結構和樁基礎的影響，避免橋墩基礎不均勻沉降，影響橋梁結構的整體受力。但整體而言，高架敷設方式對不良地質條件適應性較強。圖5為高架敷設方式通過采用相應的加強措施，可以有效規避不良地層帶來的不利影響。

圖5 高架敷設方案與不良地質關系示意圖

采用地下敷設方式過江時，區間隧道埋深不但受河床沖刷限制，還需考慮避讓不良地層以降低施工風險。圖6為通過調整線路縱斷面有效避讓不良地質的情況。對于需要穿越不良地質條件的隧道區間，需考慮處理代價，復雜的地質條件對施工工法的選擇、盾構機選型，甚至盾構設備配置都帶來相應的難度[8]。

圖6 地下過江隧道穿越地質情況示意圖

兩岸的車站同樣需要考慮工程地質和水文地質條件[9]。當長江兩岸地形地貌與長江江面形成的高差較大時，采用高架敷設方式過江，兩岸車站受工程地質和水文地質影響相對較小，可有效降低實施難度和工程造價。

2.4 工程實施條件

軌道交通過江通道的實施，無論采用高架還是地下敷設，都是整個工程的控制性節點。

對于高架工程，其實施重難點在于與沿線地塊及相關建(構)筑物的協調、涉及的沿線拆遷、處理好工期和運營期環保等問題。當采用大跨度橋梁跨江時，結構設計本身需要考慮的關鍵因素較多，如：大跨度懸索橋需確定主跨跨度、橋塔和錨碇位置等，進而合理進行總體橋型布置；根據功能需求，合理確定橋梁寬度；根據結構計算確定索塔及其基礎、錨碇、主纜及吊索、索夾、鞍座等具體設計方案[10]。

對于地下過江，工程實施關鍵在于對施工風險的控制。結合工程地質和水文地質條件、隧道洞徑方案及類似工程案例等綜合評判施工風險，判斷隧道過江方案的可行性；結合過江段列車走行時間，驗算區間防排煙能力；根據過江段及其兩岸工程環境，明確工程實施難點和風險的可控性[10]。

3 過江通道敷設方式選擇的程序

軌道交通過江敷設方式的選擇會影響整個項目的立項和實施，作為全線控制性工程，也是整個項目成敗的關鍵。一般可按如下流程來開展研究(見圖7)：首先，通過資料收集和分析，判斷過江通道項目建設的合規性，是否滿足項目立項要求；其次，敷設方式需適應現狀與規劃環境，保證項目可實施；最后，通過分析工程實施的風險、工期和投資，并結合與環境的適應情況，綜合分析比較不同敷設方式的優缺點，給出敷設方式的推薦意見。

圖7 過江通道敷設方式比選流程圖

3.1 保證過江通道建設的合規性

軌道交通過江通道項目應納入《長江干線過江通道布局規劃》，并符合相關的城市規劃(包括城市總體規劃和城市軌道交通規劃等)。2020年3月，經國務院批準，國家發改委印發《長江干線過江通道布局規劃(2020—2035年)》，交通部僅受理符合布局規劃內的過長江通道項目。

3.2 分析與沿線現狀和規劃的適應性

軌道交通過江段敷設方式要滿足所經水域的河道及航道影響和環境影響評價要求，獲得以上專題批復是項目開工建設的前置條件。在具體研究中，應考慮與兩岸城市現狀和規劃相吻合，盡量避免對河道、通航條件及沿線既有建(構)筑物和景觀造成較大影響[11]。另外，對規劃地塊的切割情況、引起的拆遷量、對城市景觀的影響程度也會是評判敷設方式好壞的重要因素。

3.3 分析敷設方式與地質條件的適應性及工程風險的可控性

過江段線路敷設方式的可行性與地質條件關系密切。通過收集區域地質資料，并對項目進行一定深度的勘察，用來分析不同過江段敷設方式的風險和可行性。高架敷設方式可在一定程度上規避不良地質帶來的風險。地下敷設方式需在保證工程可行的基礎上，結合隧道施工技術，綜合評判工程風險。風險是否可控，是敷設方式選擇的關鍵因素。

3.4 工期和投資的合理性

對于過江通道這類關鍵工程，需要合理控制工程工期和投資。對于地下過江通道，隧道工程造價相對較高，隨隧道洞徑增加投資增加；若區間需要穿越不良地層，投資和工期則相應增加。對于高架過江通道，橋梁本身的工程造價和施工工期較隧道過江通常占有一定優勢；但對于大跨度橋梁，工程造價會增加明顯，且沿線拆遷量大，拆遷進度的不確定性和基礎實施也可能受到汛期影響。因此，越江工程敷設方式比選時，工程建設的總投資和總工期，是評價方案優缺點不可缺少的一部分。

4 結語

城市軌道交通工程是一項技術要求高、建設規模大、周期長、投資高的系統工程。且對于過江線路來說，越江段工程的實施難度和風險更高，為全線的關鍵工程，也是全線的工期瓶頸所在。在保證項目立項和可實施基礎上，不同的過江敷設方式對地質適應性、環境和景觀影響、工程造價等方面都存在著一定差異。因此，對于過江通道敷設方式的比較研究需要進行全面的系統性分析。