浅析城市中心区地下道路规划设计

陈广艺

(上海建瓴工程咨询有限公司,上海市 200032)

浅析城市中心区地下道路规划设计

陈广艺

(上海建瓴工程咨询有限公司,上海市 200032)

在国内城市地下道路建设悄然兴起的背景下,以上海市北横通道为例,对城市中心区地下道路规划建设目的和设计要点进行剖析,并从需求引导、形式选择和谨慎决策等方面对地下道路建设提出相关策略及建议,为国内城市理性认识立体化交通扩容,择优发展集约化道路系统提供借鉴。

道路交通；节能减排；可持续发展

0 引言

现代城市交通需求的迅猛增长与道路拓建余地的严重局限已成为普遍存在的一大矛盾,尤其在多年来该矛盾难以调和甚至愈演愈烈的各大城市中心区,伴随平面用地资源的挖掘殆尽,建造地下道路成为城市交通空间扩容的一种手段。鉴于数十年来许多城市大力建造的高架道路已经占用大量空间并逐步显露弊端,地下道路作为立体化利用空间的另一种形式,近年来受到重视并在国内外一些重要城市中得以发展。然而,地下道路规划设计和建造存在复杂性,在社会、经济、环境等方面会产生重大而长远的影响,如何合理规划建设城市地下道路,发挥优势,减少弊病,是当前亟需研究的重要课题。

1 地下道路功能特点

在制约因素繁多的城市中心区建设地下道路需付出巨大的投资代价、技术努力和时间成本,一些城市之所以决定规划建设地下道路,主要为了承担补充和完善骨干路网系统的功能,而相比于高架道路,地下道路既具有明显的优势,也具有固有的劣势。

1.1 地下道路的功能

在密集布局的城市中心区,地下道路规划为快速路或主干路,作为骨架路网的组成部分或既有路网的补充形式,承担分离长距离和过境交通、疏解区域交通瓶颈、释放地面空间资源等重要功能。例如,日本东京首都圈规划形成“3环9射”的高(快)速道路网,其中,中央环线长约47 km,外环线长约85 km,郊环线长约390 km,由于地块开发已成熟,改建道路涉及巨大的土地成本,3条规划的环状道路一度未修建成型,因此东京都通过立法转而以地下道路形式促进路网的完善,中央环线中规划建设长约18 km双向4车道的地下道路,外环线中规划建设长约35.5 km双向6车道的地下道路［1］。

国内城市以往地下道路建设以打通天然屏障为主,最常见的为越江隧道,而作为地面道路空间立体化拓展的地下长通道规划实践较少。上海市为改善中心城骨干路网结构,优化区域交通联系分离过境交通,于2005年提出了由东西通道、南北通道、外滩通道和北横通道构成的CBD核心区“井”字形通道规划方案,4条通道均在中心城骨架路网中占据重要地位。对于早在上世纪80年代就提出规划的北横通道,随着虹桥枢纽、虹桥商务区及沿线地区的开发,交通需求已今非昔比,因而近年来着重对其立体化扩容改造进行研究,出于实施条件及城市景观等考虑对线位进行了局部调整,并最终放弃了全线高架形式,而引入了较长的地下道路形式。

1.2 地下道路的优势

此处所述地下道路的优势是在明确其功能必要性的基础上,相对于高架道路而言,主要体现在城市用地和空间环境等方面。

(1)集约用地资源

鉴于城市中心区土地资源高度的稀缺性及潜在价值,有限的土地难以满足居住、商业、交通等所有需求,因此土地的用途选择需经过精心权衡,换而言之,空闲的土地是用于开发住宅、商业、办公楼还是建设道路将直接影响经济社会的发展效益,不可能一味用于道路的铺展。另一方面,大多数城市的中心区经长久的历史发展,已形成固有的形态和功能格局,不论在传统风貌区还是现代开发区,对重要通道进行新建或拓建通常会涉及大规模的动拆迁及协调补偿问题,仅在投资成本方面就具有难以承受的高昂代价,在付诸实施方面更会遇到沿线乃至区域各类设施调整的重重困难。在受限的环境中,地下道路通过土地空间立体化拓展的方式,可避免或大量减少沿线动拆迁及土地资源的消耗,在拓展道路容量的同时,释放地面空间以保留商业和景观价值或用于地面公交疏导等,发挥用地资源的复合型功能。

(2)避免城市割裂

对于立体化的城市道路空间形式,长期以来高架道路发展迅速,被广泛视为城市现代化建设的象征,但随着时间的推移,高架道路造成的城市中心区空间割裂和活力消退不断遭受公众质疑,对城市经济发展和社会生活品质产生影响,以致一些国家开始反思和摒弃高架道路形式。最有代表性的当属美国波士顿中央干道/隧道改建工程,为解决原高架道路造成的交通瓶颈及地区隔离等问题,在原为高架6车道的波士顿中央大道地下修建8～10车道的高速路,拆除原有高架道路将地面归还于城市公共空间,并修建一条通往机场的地下道路,该工程对城市环境的积极作用已逐步显现［2］。可见,从缝合城市空间的角度看,地下道路相对高架道路具有明显优势,这也是当前一些城市选择修建地下道路的重要原因。

(3)保护市区环境

高架道路带来的严重噪音、尾气污染、视觉阻碍等负面影响也是城市居民的一大困扰,在城市中心区采用地下道路形式更为有利于保护人居环境及文化环境。在高强度开发的城市中心区,地下道路可有效减弱或避免汽车噪音和尾气对沿线居住、工作、休闲活动的干扰,通过技术措施对地下道路汽车尾气进行收集和处理,利于地面城市空气清洁。在具有传统历史积淀的城市中心区,高架道路连带防噪屏的庞大生硬形象无疑会造成严重的感官阻碍,破坏城市文脉和肌理,地下道路则可克服此类弊端。

1.3 地下道路的劣势

地下道路在具备上述优势的同时,也伴随着固有的劣势,主要体现在工程造价和运营风险方面。

(1)工程造价昂贵

地下道路由于工程技术较复杂,施工难度高,且涉及诸多施工和运营设备,就工程本身而言其造价大大高于高架道路,据粗略统计,在同等条件下建设地下道路的工程费用约为建设高架道路的1.5～2倍。同时,城市中心区为保证诸多相关建构筑物、轨道交通的结构安全需投入大量结构保护措施等费用,使“看不见”的工程费用陡增。因此,造价昂贵是地下道路规划必须考虑的一大制约因素,甚至可直接影响地下道路规划建设的可行性。

(2)运营风险增大

地下道路的工程埋深和密闭空间给设施维护及车辆运行带来更大风险,其中尤以火灾、水淹、交通事故等的威胁概率较大。相对于地上开敞的空间环境,在地下道路行驶的车辆发生故障时,更易引发火灾,对周边车辆和人员的威胁更大,火灾救援的难度更高；由于城市暴雨、结构问题或设备故障,地下道路遭遇水淹的可能性更大,同样其抢险救援的难度也更高；另外,地下道路的行车视线和光照条件不如地上舒适,易发生交通事故,而事故处置效率却更低。在面对危险时,地下空间环境会加剧人们的心理恐慌,不利于减少伤害和高效救援。因此,运营风险是地下道路规划设计必须全面控制的因素,一旦有所疏漏易引发危险状况,造成严重后果。

2 地下道路规划要点

城市中心区地下道路处于繁杂的道路交通和区域设施系统中,综合协调规划不容小觑。北横通道工程经多年的方案研究和论证,基本形成稳定的总体方案,其中包含主要地下道路段的一期工程已深化设计并启动建设,其规划要点具有代表性。

2.1 合理选择形式

地下道路形式不单纯是对地下空间的开发利用,而是从路网系统需要到社会、经济、环境影响全面权衡的选择结果。对于城市中心区的重要通道,地下道路形式固然可化解诸多难以协调的矛盾,但并非需要全线采用,而应根据具体工程环境灵活选用。全长约19.1 km的北横通道主线采用地下、高架和地面道路分段组合的方式是适宜的,地下道路长度约10.243 km,高架道路长度约2.573 km,地面道路长度约6.176 km,地下和高架道路按机动车双向6车道(4车道加两侧集散车道或停车带),地面道路按双向6～8快2慢的规模进行建设。地下道路主要在北横通道西段和中段环境受限处采用,见图1［3］。

2.2 综合交通组织

地下道路规划设计需从区域路网整体角度出发,统筹确定交通组织和管理方案,其中出入口匝

图1 北横通道分段道路形式

道位置和间距的设定是关系区域路网服务能力和交通组织的重点,大间距能够方便长距离快速交通联系,但不利于交通分散疏解和紧急救援,也会增加匝道出入口及邻近地面道路和交叉口的交通压力；而小间距虽便于沿线进出交通使用,但不利于通道全线的快速通畅,易引发多节点拥堵和交通事故。北横通道的匝道出入口平均间距约2.6 km,同向匝道最大间距达7～8 km,由于实施条件等原因使匝道出入口间距和变差较大,其疏解交通的能力和对项目功能的影响尚待深化研究和实践检验。

2.3 平面线位比选

在骨干路网中确定基本方位后,地下道路具体平面线位的选定在很大程度上取决于实施条件和投资成本,目前国内工程前期对于沿线建构筑物影响及动拆迁成本的考虑较多,而对地下管线影响及搬迁成本的考虑较欠缺。城市中心区地下管线密集,尤其是旧城区地下管线原始资料缺失严重,或几经改造但基础资料更新滞后,从地面看似有条件建设的地下道路方案,很可能隐藏着众多难以调整的地下管线,造成巨额的管线搬迁费用。因此,在工程前期的规划设计阶段应对地下主要管线进行勘察梳理,并将其纳入方案综合优化比选要素,由于管线权属和管理模式等方面的制约,目前在工程前期全面深化开展这方面工作尚存在难度,有待优化和完善相关管理机制,使地下道路规划时能够综合考虑避让建构筑物和地下管线,进行平面线位比选,以利于合理确定工程方案及控制工程投资。

2.4 竖向间距控制

城市中心区地下道路沿线会与各类建构筑物、河道及管线发生穿插,在规划时需合理把握竖向控制间距指标。北横通道盾构段竖向规划原则为：与规划轨道交通相交节点控制间距不少于3 m,与已建轨道交通节点控制间距不少于6 m,与桥梁、河道桩基底标高控制间距不少于3 m；某复杂节点处北横通道在河底与轨道交通线竖向标高之间穿越,需采取技术措施尽量减小规划河底与通道设计顶板的间距,同时确保并尽可能增大上跨轨道交通线段基坑与下方轨道交通线的距离,以降低通道上跨轨道交通区间的工程风险。适宜的竖向间距控制能够优化影响地下道路整体结构埋深,保证工程自身及相关工程的结构安全,对节省工程投资也具有积极作用。

2.5 技术标准适宜

地下道路技术标准的把握具有特殊性,而国内尚未专门针对地下道路设计制定规范,主要参照一般地面道路的技术要求。在工程实践中,净高和车道宽度两项指标直接影响地下道路的工程投资,是需深化探讨的重点。

2.5.1 通行净高

在确保车辆通行要求的前提下适当减小地下道路设计净高,可大大降低建设规模、工程投资和环境影响。马来西亚吉隆坡SMART地下隧道和法国巴黎A86小客车专用地下道路设计净高仅为2.55 m；上海外滩通道设计净高3.2 m,通行限高3.0 m；复兴东路隧道上层净高仅为2.6 m,限高2.4 m［4］,通过限速等措施均运行良好。拟新建的北横通道双层隧道段设计净高采用3.2 m,通行限高3.0 m,鉴于救护车、警车、不含云梯的专用消防车等特殊车辆一般车型最大高度在3 m以下,且有已建地下通道的经验,其净高设计总体在合理的范围内。同时,由于通道整体交通具有连续性,对于非小客车专用的地下道路段,则需结合其衔接的地面及高架道路净高标准协调确定合理的净高,见图2。

图2 北横通道盾构双层隧道净高(单位:cm)

2.5.2 车道宽度

地下道路车道宽度的取定对于工程规模和投资也具有重要影响,相关研究表明,车道宽度比侧向净宽对驾驶行为的影响更为显著［5］,较宽的车道宽度虽可增加行车空间的舒敞感及车辆行驶偏移的余地,但也易于激发车辆加速、偏移超车等行为而导致交通事故。因此,需选取合理的车道宽度以达到建设成本和运行效果的最优化,我国《城市道路工程设计规范》(CJJ 37-2012)规定小客车专用车道最小宽度为3.25 m,在一些地下道路建设实践中根据具体建设条件有所减小,如北横通道地下道路段车道宽度拟采用3.0 m/ln。根据不少国外城市的经验,采用适当紧缩的车道宽度对于规范车辆行驶和节省工程投资是大有裨益的,但考虑国内道路运行的车辆性能和驾驶习惯,尚需进一步加强交通管理力度,并使地下道路与两端道路设计标准妥善衔接。

3 地下道路设计重点

城市中心区建构筑物林立,工程环境错综复杂,地下道路设计需应对各种难度和挑战,主要需处理好以下重点。

3.1 保证交通安全

地下道路因其形式和环境的特殊性,需进行全面细致的交通安全设计。地下道路设计应采用适宜的平纵线形组合,慎用极限值,缓和段、曲线段长度及行车、停车视距等指标应确保满足要求,并做好匝道分合流段纵坡控制、连续长纵坡的交通安全措施和路面减速措施。出口匝道一般按双车道划示,以利于疏解交通和蓄车,有条件时应增加减速车道长度,尤其对于出入口匝道间距较长,高峰时段交通量集中的路段,出口处容易发生交通事故,宜考虑安排事故车应急处置的空间,匝道出入口处需设置预告和车道限速指示等安全设施。

3.2 注重运营安全

在确保地下道路土建及标志标线规划设计安全性的基础上,运营安全也是地下道路不容忽视的关键问题。针对地下道路的空间环境特点和救援难度,需建立起完备的防灾系统,包括应急求援设施布点和设备配置、安全疏散及救援路径设计,以及消防给水系统、火灾排烟系统、防洪排涝系统、监控联动系统等相关系统的综合设计,做到全方位、精细化、高效率地监测和应对紧急事态,保障和提升地下通道的运营安全“软实力”。提高长距离地下道路防灾、救灾的能力和水平是国内仍需深化研究的关键课题。

3.3 优化结构保护

在城市中心区修建地下道路,会遇到相关设施结构的保护问题,例如北横通道盾构隧道沿线需穿越桥梁、防汛墙、轨道交通、合流污水管等重要市政设施,且下穿、侧穿地面建构筑物及地下空间达近百处,施工安全和社会稳定风险形势相当严峻,需理清相关控制因素的边界条件,综合技术、经济和社会文化等要求制定合理的保护标准,既要实现可靠的保护质量,又要兼顾资源的节省利用,研究达到最优化的结构保护方案。

3.4 近远期相结合

地下道路一经建成便很难改变,而城市中心区道路交通影响因素众多,发展趋势和需求不易在短期内准确预测,因此,地下道路建设尤其需处理好远期发展与近期实施的关系,充分考虑路网扩容、协调衔接的可行性,对于敏感区域或节点,若一时难以论证确定成熟的方案,可采取分期研究和建设的方式,避免因仓促实施而造成大量废弃工程及负面影响。

4 策略及建议

城市中心区地下道路建设是复杂的系统工程,在实践过程中需从提升规划理念的高度入手,对地下道路建设形成科学的客观认识和健康的发展策略。

4.1 转变模式,引导需求

对于城市中心区主要通道的规划形式,尽管在“地下”和“高架”方案比选中,地下道路以保护景观环境、发挥用地价值等方面特定的优势而可能胜出,但更需注重的是基于交通模式发展和需求引导的道路形式论证。

韩国首尔于20世纪70年代对市中心的历史河流清溪川进行填河造高架,修建了总长5.6 km、宽16 m的4车道清溪高架公路,建成后每天有数十万车辆川流不息地通过,从“交通需求”的角度看其“必要性”似乎毋庸置疑,但高架带来的交通拥堵、环境污染、空间隔离等种种问题使政府痛下决心在2003～2005年左右拆除高架道路,复原清溪川河流,并将原有的8～10车道的清溪川路改为河岸两边共双向4车道的道路［6］,并未将道路埋到地下继续安顿繁忙的车流,而是诱导交通政策从个体交通转向公共交通。清溪川案例对世界上许多拥挤的现代化城市具有极大的震动和启示,许多国家和城市更清醒地认识到转变交通模式才是解决问题的根本方法。因此,当前国内仍需从大力发展公共交通、转变出行方式选择的角度充分论证地下通道的建设,对于地下客运通道更需加强机动车道路与轨道交通的比选。

4.2 不拘形式,服从功能

在经论证需要立体化建设道路的情况下,对于城市中心区采用的道路建设形式仍需根据具体交通需求和工程环境灵活选用,以集约利用资源、服务道路功能为原则,不拘泥于全线采用地下道路形式。北横通道根据沿线不同路段的建设条件和交通功能,组合采用“地下+高架+地面”道路规划方案,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,在需衔接立交的路段采用高架道路,而在道路改建空间较宽裕的路段则采用地面道路+下立交,使不同路段在路网中有所侧重地发挥作用。因此,地下道路建设应视为一种实现规划功能的手段,而不可将建设地下道路本身作为目的。

4.3 慎重决策,管控效益

即便城市中心区在重重矛盾中迫切需要建设地下道路分担车流,仍需注意的是地下道路必然伴随着环境污染、资源消耗、建造及运营维护成本高昂等特点,且一旦建成,比高架道路更难改造或废除,若规划建设失误,会造成巨大的资源、人力和财力损失,也会带来巨大的负面环境和社会影响。因此,尚未建设地下道路的城市或地区不可盲目效仿已建工程,不可将地下道路建设视为在局限时空下医治拥堵痼疾的最后一剂林丹妙药,而应对新建地下道路进行慎重论证和决策,并对其预期功能发挥、经济和社会目标的实现进行全面评估和追踪,及时总结经验教训,合理利用地下空间资源。

5 结语

在城市中心区建设地下道路,正成为国内新兴发展的一种立体化道路空间拓展方式。相比于高架道路,地下道路可减小对城市景观环境的影响,但建设地下道路涉及高昂的工程投资和复杂的工程技术,把握失误也会造成难以弥补的遗憾和损失。因此,需从路网系统的角度充分论证地下道路形式选择的必要性与合理性,对于城市中心区不能单纯地依赖兴建地下道路解决交通问题,而应从高效利用资源、鼓励低碳出行的角度转变交通发展模式,灵活构建集约有序的道路交通系统；而对于拟建的地下道路,则需进一步针对其规划要点和设计难点,在确保使用安全的前提下,综合考虑技术、经济、社会影响和要求,加以不断探索优化,使之扬长避短,发挥良好效益。

［1］ 黄平，周锡芳，关博.日本东京都地下道路规划与建设［J］.交通与运输，2009(5):24-25.

［2］ 孟宇.城市中心区交通设施更新实例——波士顿中央干道/隧道工程［J］.国外城市规划，2006，21(2):87-91.

［3］ 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司.上海市北横通道新建工程初步设计说明书［Z］.2014.

［4］ 张毅.小客车专用城市地下道路的设计净高研究［J］.城市道桥与防洪，2014(2):123-126.

［5］ 刘硕，王俊骅，方守恩.地下道路横断面对驾驶行为的影响［J］.同济大学学报(自然科学版)，2013，41(8):1191-1196.

［6］ 清溪川历史与变迁［EB/OL］.http://tchinese.seoul.go.kr，2006.

TU984.11

B

1009-7716(2015)09-0058-05

2015-05-05

陈广艺(1983-),女,上海人,工程师,从事城市交通规划、城市规划设计工作。