通苏嘉甬铁路嘉兴至宁波段跨杭州湾桥隧方案研究

2019-05-27周宇正林海波

铁道勘察 2019年3期

周宇正林海波

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 研究背景

1.1 通苏嘉甬铁路概况

长三角区域地理位置优越，已经形成高速铁路、城际铁路、快速及普速铁路纵横交织的铁路网。2017年，区域铁路里程5 813 km，占全国4.7%，铁路网密度2.7 km/100 km2。该区域既有铁路网虽密集，但存在技术标准不一、主要干线承担运量较大、个别区段能力饱和等情况。

近年来，随着交通强国战略的实施，长三角城市群区域经济快速发展。但南通市向南的铁路较少，制约着该区域的交通发展。为了解决该问题，通苏嘉甬铁路的建设被提上了日程。通苏嘉甬铁路位于江苏省及浙江省境内，途经南通、苏州、嘉兴及宁波等城市，是中长期铁路网“八纵八横”高速铁路主通道中沿海通道的重要组成部分和长三角地区城际铁路的骨干线路，同时承担通道内的长途客流和长三角区域城际客流。

杭州湾是该线路中的一个重要地区节点。为了解决线路跨越杭州湾的问题，在考虑桥隧各个方案影响因素的基础上，综合工程、地质、规划、经济条件，对桥梁和隧道方案进行比选。

1.2 越江(跨海)工程的桥隧方案比较研究成果

在国内，已有许多学者对跨海工程进行了相关研究。宋克志运用层次分析法建立了渤海海峡跨海通道比较评价的指标体系，通过专家打分法和隶属度函数取得各定性指标和定量指标的隶属度，最后获得全桥梁、全隧道及桥隧组合方案的模糊综合评价值[1]。罗水兰，王恩茂等探讨了跨海通道项目综合评价指标体系及评价模型，并以厦门东通道跨海项目为例，对桥梁与隧道方案进行评价[2]。林志良综合桥梁与隧道各自的优点，对泉州湾跨海通道桥隧组合方案的构思、设计和关键技术进行了详细论述[3]。刘云斌以舟山市沈家门至鲁家峙跨海通道工程为例，对桥梁和隧道方案的不同特点进行了分析研究[4]。林立彬在充分借鉴国内外跨河(海)通道工程建设的基础上，结合营口市辽河跨河通道工程的建设条件，对桥梁方案和水下隧道方案进行了综合比选[5]。

2 通苏嘉甬铁路总体走向方案

通苏嘉甬铁路大致呈南北走向，地跨苏浙两省，区域内主要有南通市、苏州市、嘉兴市、宁波市、绍兴市5个地级城市，以及张家港市，常熟市，昆山市，吴江区，嘉善县，桐乡市，平湖市，海盐市，海宁市，上虞区，余姚市，杭州湾新区，杭州萧山区13个县、市、区。结合经济据点分布、路网布局、杭州湾桥位等因素，分别研究了东线方案、中线方案以及西线方案(见图1)。

图1 通苏嘉甬铁路总体走向方案示意

东线方案所经经济据点较少，西线方案线路过于绕行，工程投资大，而中线方案经过苏州市和嘉兴市主城区，线路顺直，投资适中。因此，本线总体走向推荐中线方案[6]。

中线方案线路自张家港站引出，经常熟西、苏州北、汾湖、嘉兴东后，并行杭州湾跨海大桥跨越杭州湾，经慈溪至庄桥站，正线长288.299 km。

3 桥位方案比选

该段线路方案受嘉兴地区与宁波枢纽引入方案、杭州湾桥位、环境敏感区，以及沿线海盐、慈溪、余姚等经济据点因素影响。另外，已建成的秦山核电站与规划秦山核电站长山厂址外5 km范围为禁建区，海盐港区和锚地也对走向方案影响较大。

3.1 桥位选择

桥位选择和通航孔设置应满足《通航海轮航道桥梁通航标准》(JTJ311—97)规定[7]。拟建桥位区具海域宽阔、岸线复杂、港口码头密布、锚地分布广、潮流复杂、水下地形起伏较大、航道变化大等特点，两岸分布有南北湖风景名胜区、秦山核电站、杭州湾国家湿地公园、杭州湾新城等，控制因素较多。结合以上控制因素，拟定了并嘉绍大桥桥位、黄湾桥位、海盐西桥位、海盐东桥位、并杭州湾跨海大桥桥位、澉浦桥位等6个桥位方案(见图2)。

图2 杭州湾桥位布置示意

(1)桥位一(并行嘉绍大桥桥位)

位于钱塘江尖山河段，既有嘉绍大桥上游约50 m，桥位轴线平行于嘉绍大桥。跨越海域范围长9 km，跨越杭州至外海的习惯性航道(涵盖范围超过2 km)。

(2)桥位二(黄湾桥位)

北起海宁市黄湾镇，南至余姚市小曹娥镇，位于嘉绍大桥下游12 km。桥位跨越杭州至外海的习惯性航道(涵盖范围超过2 km)，桥位跨越海域范围16 km，桥梁轴线的法线方向与航道方向基本一致。

(3)桥位三(海盐西桥位)

北起海盐县西侧马牙坟村，南至慈溪市杭州湾湿地公园东侧，距离杭州湾跨海大桥7 km。桥位跨越秦山航道、杭州-嘉兴航道、杭州外海航道、上虞-嘉兴航道等4条航道，桥梁轴线的法线方向与航道的最大夹角为32°。

(4)桥位四(海盐东桥位)

北起嘉兴市海盐县东侧黄家堰村，南至慈溪市杭州湾湿地公园东侧，距离既有杭州湾跨海大桥5 km，桥位跨越秦山航道、杭州-嘉兴航道、杭州外海航道、上虞-嘉兴航道等4条航道。

(5)桥位五(并杭州湾跨海大桥桥位)

北起海盐郑家埭，南至慈溪水路湾，位于杭州湾跨海大桥上游约50 m，桥跨与既有桥对孔布置，跨越杭州湾北航道和南航道，桥梁轴线的法线方向与航道方向基本一致。

(6)桥位六(澉浦桥位)

北起海盐县澉浦镇长山附近，南至余姚市小曹娥镇，跨越海域范围为16 km。桥位北岸侧与澉浦临港工业区及既有和规划泊位冲突，南岸侧与规划的3 000 t多用途泊位冲突。桥位穿越规划的秦山核电站长山厂址，并侵入其规划限制区。秦山核电站明确表示反对澉浦桥位方案，故舍弃澉浦桥位[8]。

以下仅对桥位一至桥位五进行比较分析。

3.2 桥位分析

依据相关规范要求及桥位处实际的水文、通航等诸多影响因素[9]，对各桥位分析如下。

(1)对现状及规划码头、港口岸线、航道、锚地的影响分析

①并嘉绍大桥桥位与现状或规划的码头、锚地距离符合规范要求，桥位跨越杭州至外海的习惯性航道，桥梁轴线的法线方向与主航道方向基本一致。

②黄湾桥位与现状或规划的码头、锚地距离符合规范要求，桥位跨越杭州至外海的习惯性航道[10]，桥梁轴线的法线方向与主航道方向基本一致。

③海盐西桥位北岸接线穿过海盐港区及预留发展区(E区)，不符合规范要求，桥位距离西南侧的华电能源液化气码头最近距离约150 m，达不到桥梁与港口码头的安全距离要求，桥位跨越秦山航道、杭州—嘉兴航道、杭州外海航道、上虞—嘉兴航道等四条航道，桥轴法线方向与航道的最大夹角为32°。

④海盐东桥位北岸接线穿过海盐港区通用与多用途作业区(C区)，不符合规范要求，与已开工建设的大型滨海旅游景区—山水六旗距离较近，桥位与海盐港区C区规划的万吨级泊位、规划的海盐锚地以及已建的白塔山锚地距离不满足规范要求；桥位跨越秦山航道、杭州—嘉兴航道、杭州外海航道、上虞—嘉兴航道等四条航道，桥轴法线方向与航道的最大夹角49°。

⑤并杭州湾跨海大桥桥位紧靠杭州湾跨海大桥，北岸接线穿杭州湾跨海大桥保护性岸线(长900 m)，临近海盐港区综合物流与临港工业发展区、通用与多用途库场。桥位跨越杭州湾北航道和南航道，桥梁轴线法线方向与航道方向基本一致。

综上，桥位选址从优到劣排序为桥位五、桥位一、桥位二、桥位三、桥位四。

(2)从海床稳定，水深充裕等自然条件分析

桥位一、桥位二位于尖山-澉浦航段，受径流和潮流共同作用，河床冲淤变化大，主槽平面摆动频繁，航道主槽的平均水深为5～7 m，1 000 t级以上船舶需乘潮通过；桥位三、桥位四、桥位五位于澉浦-独山航段，以潮流作用为主，床面相对稳定，海床平均水深为8～10 m，5 000 t级船舶可乘潮通过。桥位选址从优到劣排序为桥位五、桥位四、桥位三、桥位二、桥位一。

(3)从航道顺直、水流条件分析

以桥梁轴线的法线方向与航道中心线的夹角初步判断，桥位一、桥位二、桥位五的水流偏角相对较小，且过桥最小直线段长度大于4倍设计船长，船舶操纵安全性较好[11]；而桥位三、桥位四与杭州嘉兴航道，上虞嘉兴航道中心线偏角相对较大，不利于船舶的安全通航。桥位选址从优到劣排序为桥位五、桥位二、桥位一、桥位三、桥位四。

(4)从航道上相邻两座桥梁的轴线间距分析

桥位二，桥位三，桥位四与相邻桥梁的距离分别为8.8 km、6.7 km、4.8 km，均满足规范规定的相邻桥梁间距要求；桥位一、桥位五与相邻桥梁的边缘距离控制在50 m以内，通航孔相互对应，满足规范要求。选址从优到劣排序为桥位二、桥位三、桥位四、桥位五、桥位一。

(5)从通航角度分析

桥位五在与杭州湾跨海大桥间相邻边缘距离控制在50 m以内，且通航孔相互对应，条件相对较优。

各拟建桥位的优缺点见表1。投资及运行时分比较见表2。

表1 拟建桥位比选汇总

表2 投资及运行时分比较

3.3 桥式方案分析

结合线路走向方案，对并嘉绍桥位、黄湾桥位、海盐西桥位、并杭州湾跨海大桥桥位四个方案的桥式方案进行分析。各桥位通航要求见表3。

表3 各桥位通航要求

并嘉绍大桥桥位和黄湾桥位推荐采用斜拉桥方案。海盐西桥位、并杭州湾跨海大桥桥位航道要求的孔跨在300～500 m之间，可考虑的桥型主要有斜拉桥、悬索桥、钢桁拱。悬索桥、钢桁拱造价高，海洋环境下维修工作量大，景观协调性较差[12]。经研究，推荐钢箱结合梁斜拉桥方案[13]。结合既有杭州湾跨海大桥主桥桥型结构，斜拉桥采用钻石型索塔，与既有斜拉桥交相辉映。

3.4 桥式方案推荐意见

综上所述，推荐采用线路长度短，与城市规划衔接好，嘉兴、宁波地区布局合理，运输径路通畅的并杭州湾跨海大桥桥位，采用主跨448 m、318 m的钢箱结合梁斜拉桥，引桥采用简支箱梁为主的桥型。

4 隧道穿越方案比选

4.1 隧道穿越方案分析

对于隧道方案，主要控制因素为水底地形及地质条件，重要影响因素为两岸城市规划、环境敏感区分布、水文条件、航道水深规划及船舶下锚深度等。研究的重点内容为平面选址、施工工法、埋置深度、横断面形式、防灾救援及施工组织。评价的主要指标为施工风险、运营风险、施工工期及工程投资。根据海域宽度及水文、地质条件，结合线路走向，隧道平面选址的研究范围主要为嘉绍大桥至杭州湾跨海大桥之间(海域宽8～26.5 km)。研究了并嘉绍大桥、黄湾、海盐西及并杭州湾跨海大桥4个方案。

图3 隧道穿越方案平面位置图

(1)方案一(并嘉绍大桥方案)

隧址海域宽8.6 km，最大水深约5 m。隧道全长11.7 km，采用单洞双线断面盾构法施工。盾构段长10.5 km，采用2台直径14.6 m的泥水平衡盾构机，共设置盾构井3座，海域内设接收井1座。盾构机单头最大推进长度5.5 km，土建工期为42个月。根据国内已施工大直径水下盾构隧道施工经验[14]，本方案施工风险可控，运营风险最低，工程投资约为2 719 449.23万元。

(2)方案二(黄湾方案)

隧址海域宽14.5 km，最大水深约5 m。隧道全长19.03 km，采用双洞单线断面盾构法施工，线间设置横通道18处。盾构段长17.1 km，采用4台直径11.6 m泥水平衡盾构机，共设置盾构井3座，海域内设接收井1座。盾构机单头最大推进长度为9.1 km，土建工期为58个月。本方案施工风险较大，运营风险较大[15]，工程投资约为2 799 449.23万元。

(3)方案三(海盐西方案)

隧址海域宽24.8 km，最大水深约10 m。隧道全长27.3 km，采用双洞单线断面盾构法施工，线间设置横通道34处。盾构段长25.8 km，采用6台直径11.6 m泥水平衡盾构机，共设置盾构井4座，海域内设始发井1座、接收井1座。盾构机单头最大推进长度达13 km，土建工期为75个月。本方案施工风险大，运营风险大，工程投资约为2 819 449.23万元。

(4)方案四(并杭州湾跨海大桥方案)

隧址海域宽26.3 km，最大水深约12 m。隧道全长30.33 km，采用双洞单线断面盾构法施工，线间设置横通道37处。盾构段长27.7 km，采用6台直径11.6 m泥水平衡盾构机，共设置盾构井4座，海域内设始发井1座、接收井1座。盾构单头最大推进长度达14.65 km，土建工期为82个月。本方案施工风险最大，运营风险最大，工程投资约为2 919 449.23万元。