渤海海峡跨海通道建设方案研究

2013-01-17卢光杰田宝红

铁道标准设计 2013年8期

卢光杰,田宝红

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

环渤海地区是我国交通运输比较发达的地区，交通网络相对完善，主要有两大运输通道：一是由辽东半岛经山海关绕行至山东半岛的“C”字形陆路运输大通道；二是空中和水上组成的跨渤海运输大通道，形成了反“D”字形运输大通道，但跨海运输大通道属“软连接”，目前水上通道仅靠滚装轮渡和烟大铁路轮渡，运输能力较弱。随着经济的快速发展，东北地区大部、辽东半岛与山东半岛和长江三角洲及东南沿海地区的便捷交通联系更需要“硬连接”，即建设渤海海峡跨海通道。

1 建设必要性及可实施性

1.1 必要性

经济社会发展及交通需求、跨海通道功能决定海峡通道建设必要性。

渤海海峡跨海通道影响区范围比较广泛，最主要的影响区集中于两市(大连、烟台)两省(辽宁、山东)两区域(东北、华东)。该影响区经济发展较快、开放程度较高，但经济发展尚不均衡，区域经济一体化需求不断增强。实现辽宁和山东两省、东北与华东两区域的合作发展，增强我国的国际竞争力是长期战略目标。渤海海峡跨海通道具备区际综合运输大通道、城际交通以及国防交通三大功能，通道的建设能够促进两省、两区域的合作发展，增强我国的国际竞争力，对两省、两区域实现“成为国内大区域合作发展的典型，尤其是城市一体化发展的新模式；打造东北亚区域合作的物流基地；建设国际化的产品研发和制造业基地”三大战略目标具有重大意义。

1.2 可实施性

建设条件是否具有颠覆性因素、工程技术是否具有较大风险是决定海峡通道可实施性的重要条件。

1.2.1 建设条件

渤海海峡位于山东半岛和辽东半岛之间，北起辽东半岛最南端的老铁山角，南至山东半岛最北端的蓬莱角，是连接渤海与黄海的水流通道。海峡南北两端最短距离约106 km，海底地势总体上为北深南浅，平均水深约25 m，最大水深约86 m[1]。在海峡中南部海域内，散布着众多岛屿，将海峡分割出数十条大致为东西向的水道。具有水深、风大、浪高、流急、地质构造复杂、地震烈度较高、通航要求高等特点，建设条件相当复杂。工程地质、海洋环境、国防、通航是海峡项目建设条件的关键因素。

海峡地区气象恶劣，冬有寒潮，夏有台风，风速较大，大风天数较多，该海域是我国沿海的大浪区之一；海域的水流流速较大；海冰对工程影响不大；海床及海岸线基本稳定，泥沙活动不很剧烈。总体上讲，水文、气象等因素不会对工程建设构成制约性的影响。

1.2.2 工程技术

渤海海峡是仅次于台湾海峡的中国第二大海峡，跨海通道需跨越100多km水域和航道，是目前国内外已建、在建和在研项目中水深、规模大、工程艰巨、技术难度高的项目之一[2-3]。根据地形、地貌及通航等条件，渤海海峡铁路工程方案可分为全隧道、全桥梁、桥隧结合方案，但无论隧道还是桥梁，均将是超长、超大结构。随着隧道、桥梁建设技术的进步，以及其他海峡通道建设的深入和实施，通过全面深入研究，渤海海峡跨海通道具备工程可行性。

2 建设方案

2. 1 运输组织方案

渤海海峡通道近期按铁路客货共线考虑。旅客列车采用动车组承运，大连端连入沈大客运专线、山东端连入青荣城际铁路，与铁路快速客运网络连通。普通货物列车，由海峡两端编组站或技术作业站负责组织直通海峡的直通列车，大连端接入烟大轮渡连接线，山东端接入德龙烟铁路。驼背运输货物列车，由两端接轨站负责进行装载作业，组成整列直通海峡。

2. 2 海峡通道线路平纵断面选择

影响海域通道选择因素有两端与路网连接引线、登陆点及海上桥隧设置等，海域通道的线路走向需结合海上岛屿利用及桥隧设置进行选择。

2.2.1 登陆点

海域铁路登陆点选择原则主要有：尽量缩短海域铁路长度；陆上铁路连接方便快捷；充分利用海上岛屿，减少勘察、设计、施工难度等。

(1)大连端

大连市规划预留海峡通道登陆点位置位于旅顺老铁山西角，位于海岸线最前端，海域铁路距离最短，符合铁路走向规划。见图1。

图1 大连旅顺登陆点

(2)蓬莱端

蓬莱端登陆点自西向东有烽火台、县城东、东港、黑石咀4个位置可供选择。见图2。

①西侧烽火台登陆点位于蓬莱县城西侧约7 km，利用大黑山岛奔向砣矶岛，线形顺畅且缩短海上线路长度，但线路不经海上唯一的经济据点—南长山岛(长岛县政府所在地)。

②县城东登陆点，与南北长山岛海上距离最近，紧靠蓬莱风景规划区及新港码头，若采用桥梁方案对景区风景和港口功能影响较大。

③东港登陆点位于蓬莱县城东侧约9 km，与水道交角及经长山岛线路方向较符。

图2 蓬莱登陆点

④东侧黑石咀登陆点位于蓬莱县城东侧约17 km，自黑石咀向北垂直跨越登州水道后若想利用长山岛，线路基本形成垂直折角，登陆点与海上线路明显不协调。

经综合分析比较，桥隧结合方案拟选择东港登陆，全隧方案拟选择县城东登陆。

2.2.2 岛屿分布与利用

渤海海峡中散布着众多岛屿，其中庙岛群岛声名遐迩，群岛共有大小岛屿32个、暗礁16个，呈东北-西南走向依次展开[4]。两岸登陆点间可利用岛屿分别为北隍城岛、南隍城岛、小钦岛、大钦岛、砣矶岛、北长山岛、南长山岛7个岛屿，其中大钦岛和南隍城岛之间的小钦岛面积较小、岛壁陡峭，若线路绕行经小钦岛再至大钦岛需展长线路1.5 km且线形曲折、对岛上环境破坏较大，因此海域线路自老铁山西角经北隍城岛、南隍城岛、大钦岛、砣矶岛、北长山岛、南长山岛至蓬莱东港登陆点，海域铁路距离123 km。海域铁路线路平面示意见图3，海域铁路利用岛屿情况见表1。

图3 海域铁路线路平面示意

表1 海域铁路利用岛屿情况

2.2.3 桥隧方案

桥隧关键技术是选择海域铁路通道方案的重要因素，海域工程分为全桥梁、全隧道、桥隧组合3种方案，桥隧结合方案需结合海上岛屿分布情况选择适当的桥隧结合点。通道桥隧方案组成见图4。

图4 通道桥隧方案组成

(1)全桥梁方案

阿基米德桥是一种基于阿基米德浮力定律、被固定于水面以下的封闭通道，是一种跨越水域的新交通方式[5]。它一般由悬浮在水中一定深度的用于满足交通功能要求的管状结构、防止过大位移的水上或水下的定位系统、梁段间接头以及和两岸相连的驳岸结构组成。从结构载荷、结构形式看，阿基米德桥是一种全封闭的水下桥梁，而与普通意义上的隧道有很大差别；但从使用功能来看，这种结构也具有隧道的功能特点，俗称“水中桥”。

渤海海峡列岛纵贯海峡中南部，北隍城岛以南，有可资利用的诸多岛屿，这种岛陆分布格局为实施跨海大桥工程提供了难得的作业依托，该段采用常规桥梁，降低工程造价；北隍城岛向北没有岛屿，中间为老铁山水道，其中老铁山水道是环渤海各港口进出渤海的咽喉要道，船舶进出繁忙，不宜采用常规大跨桥梁方案，而阿基米德桥不影响海上通航的净宽、净高要求，因此该段采用阿基米德桥。全桥梁方案纵断面见图5。

(2)全隧道方案

海峡两端登陆点间全部采用隧道结构，隧道长度123 km，其中水下隧道长117 km。全隧道方案纵断面见图6。

图5 全桥梁方案纵断面

图6 全隧道方案纵断面

(3)桥隧组合方案

渤海海峡列岛纵贯海峡中南部，有20个可利用的岛、礁、滩，一般间距为3～4 km，最大间距为7～8 km，这种岛陆分布格局为实施跨海大桥工程提供了难得的作业依托，降低了工程难度和造价，因此在南段修建桥梁是适宜的。渤海海峡列岛最北部的北隍城岛向北没有岛屿，这里的水道宽度达42 km，中间还有不少海沟、海潭，水深流急，每年都在这里发生很多海洋灾害，因此在北段适宜建隧道，即“南桥北隧”。南桥北隧方案纵断面见图7。