陳德健

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600)

1 引言

隨著粵港澳大灣區(qū)高速發(fā)展，珠江口兩岸人員呈膨脹式增長(zhǎng)，兩岸的經(jīng)濟(jì)、文化、人口交流將進(jìn)一步加強(qiáng)。通過調(diào)研，現(xiàn)有珠江口通道基本已呈常態(tài)化擁堵狀態(tài)。在新的時(shí)期實(shí)現(xiàn)珠三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，而交通運(yùn)輸作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施和地區(qū)發(fā)展的必要條件，在新的發(fā)展條件下必將面臨更加繁重的改革與建設(shè)任務(wù)[1]。因此，勢(shì)必要建設(shè)一條連接深圳至珠海的快速越海通道，以促進(jìn)粵港澳大灣區(qū)的高速發(fā)展。結(jié)合地方規(guī)劃，深圳至珠海快速通道將承擔(dān)高鐵、城際、高速公路三種功能，過海通道方案的社會(huì)環(huán)境及工程建設(shè)條件相當(dāng)復(fù)雜[2]，需進(jìn)行全面綜合考慮。

2 工程水文地質(zhì)分析

2.1 地形地貌

伶仃洋是喇叭口型河口灣，走向接近NNW-SSE方向，灣頂(虎門)寬約4 km，灣口(澳門至香港大濠島)寬約30 km，縱向長(zhǎng)達(dá)72 km[3]，水域面積約為2 110 km2。

伶仃洋在地貌上呈現(xiàn)“三灘二槽”復(fù)雜的水下地形[4]，即西灘、西槽(伶仃水道)、中灘、東槽(礬石水道—暗士頓水道)、和東灘。

近一百年來“三灘兩槽”的地貌格局基本保持不變[5]；礬石水道及孖洲南側(cè)挖沙坑停止采砂后，挖沙坑內(nèi)普遍呈現(xiàn)淤積趨勢(shì)；通道沿線中灘水域形成了新的挖沙坑，且仍存在采砂情況，水下地形處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 氣象要素

2.2.1 氣溫

多年平均氣溫為22～23℃，1月最冷，月平均最低氣溫為11.4℃；7月最熱，月平均最高溫度29.5℃；極端最低氣溫－1.8℃，極端最高氣溫38.9℃。

2.2.2 降雨

年平均年降雨量為1 800～2 300 mm。雨量年際變化較大，2 747 mm(2001年)～913 mm(1963年)。5～9月份為雨季，降雨量為1 516.1 mm，占年降雨量78%，10月份～次年4月份為旱季，降雨量為417.2 mm，占年降雨量22%。

2.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.3.1 工程地質(zhì)

區(qū)域的地層主要為第四系松散層，基巖為燕山期第三期及第四期花崗巖。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，研究范圍地質(zhì)構(gòu)造主要為斷裂，可分為北東、北西和東西向三組[6]。

2.3.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)域地表水基本為伶仃洋，該段潮汐屬不規(guī)則的半日周潮，潮差較小，平均潮差為0.86～1.6 m，最大潮差為2.29～3.36 m。

根據(jù)研究區(qū)域地下水賦存條件、含水介質(zhì)及水力特征分析，地下水主要有第四系松散層中的孔隙潛水、孔隙微承壓水和基巖裂隙水三種。

3 跨海段線路方案控制因素分析

3.1 海域現(xiàn)狀及規(guī)劃發(fā)展情況

3.1.1 伶仃洋海域港口、錨地情況

根據(jù)?深圳港總體規(guī)劃?，路線走廊帶范圍涉及深圳西部岸線部分港區(qū)，由北至南有大鏟灣港區(qū)、大小鏟島港區(qū)、南山港區(qū)的媽灣作業(yè)區(qū)、赤灣作業(yè)區(qū)、孖洲修造船基地和客運(yùn)碼頭區(qū)以及規(guī)劃的7個(gè)錨地。

3.1.2 伶仃洋海域航道情況

根據(jù)?廣東省航道發(fā)展規(guī)劃(2020～2035年)?，路線走廊帶范圍內(nèi)自西向東越過的航道有:橫門西水道、橫門出海航道(橫門東水道)、廣州港出海航道南段(伶仃航道)、廣州港小船航道南段、礬石水道(包含特種裝備船航道)、大鏟島北航道、大鏟航道、西部港區(qū)公共航道、內(nèi)伶仃北航道、內(nèi)伶仃南航道等[7]。

3.2 環(huán)境敏感區(qū)分布情況

線路沿線分布有3處自然保護(hù)區(qū)，分別為內(nèi)伶仃島—福田國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，白海豚國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)[8]、淇澳—擔(dān)桿島省級(jí)自然保護(hù)區(qū)；4處省級(jí)文物保護(hù)單位，分別為后沙灣遺址、蘇兆征故居、棋澳島抗英遺址、東澳灣沙丘遺址；1處濕地公園，為淇澳紅樹林區(qū)級(jí)濕地公園。

4 深珠通道推薦線路方案研究

4.1 通道建設(shè)模式的選擇

根據(jù)?粵港澳大灣區(qū)建設(shè)規(guī)劃?要求，結(jié)合珠江口既有、在建、規(guī)劃跨海通道現(xiàn)狀，港口、錨地、島嶼、自然保護(hù)區(qū)分布情況、航道通航要求[9]等因素，考慮伶仃洋海域通道資源的稀缺性、對(duì)周邊環(huán)境的影響以及工程建設(shè)投資等因素，推薦采用高鐵、城際、高速公路共通道建設(shè)方案。

4.2 工程敷設(shè)方案的選擇

綜合分析通道在伶仃航道、橫門東水道不同的跨越形式，同時(shí)考慮施工難度和風(fēng)險(xiǎn)、施工工期、工程投資及相關(guān)工程的建設(shè)條件，研究了跨伶仃航道、橫門東水道橋島隧方案(方案一)、穿伶仃航道、跨橫門東水道橋島隧方案(方案二)、下穿伶仃航道、橫門東水道方案(方案三)，敷設(shè)方案比選見表1。

表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

綜合方案比選表分析，方案一工程投資最省，運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低、防災(zāi)救援簡(jiǎn)單、盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)低，因此越海段推薦采用跨伶仃航道、橫門東方案(方案一)，即在伶仃航道東側(cè)設(shè)人工島，深圳至人工島段采用隧道形式通過，在人工島完成橋隧轉(zhuǎn)換，橋梁采用共建模式，一次修建四線鐵路＋雙向八車道公鐵兩用橋。

4.3 推薦方案概述

線路平面示意圖如圖1所示，各方案分述如下。

圖1 線路走向方案示意

4.3.1 高鐵線路方案

深南高鐵跨海段推薦方案采用隧道方案自前海灣引出，在伶仃航道東側(cè)設(shè)置橋隧轉(zhuǎn)換人工島，采用橋梁形式跨越伶仃航道、橫門東水道后進(jìn)入淇澳島，以隧道形式穿越淇澳島，后以橋梁形式跨橫門西水道，引入珠海地區(qū)。

4.3.2 城際線路方案

深珠城際自深惠城際前保站采用隧道形式引出，經(jīng)媽灣港入海，逐漸向深南高鐵通道靠攏，與高鐵共用人工島，并在人工島處進(jìn)行橋隧轉(zhuǎn)換，與深南高鐵共建橋梁，跨伶仃航道、橫門東水道后進(jìn)入淇澳島，以隧道形式穿越淇澳島后，深珠城際向南引入珠海。

4.3.3 高速公路線路方案

根據(jù)?廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃(2020～2035)?及對(duì)高速公路的研究成果，深珠高速自雙界河前海灣引出，經(jīng)大鏟島設(shè)置互通及側(cè)接線后，與高鐵、城際共用人工島，并進(jìn)行橋隧轉(zhuǎn)換，與鐵路共建公鐵兩用橋，跨伶仃航道、橫門東水道后進(jìn)入淇澳島，采用隧道形式穿越淇澳島后，跨橫門西水道向北引入珠海地區(qū)互通。

5 深珠通道建設(shè)方案研究

5.1 工程規(guī)模

根據(jù)路線總體布置，該方案建設(shè)規(guī)模見表2。

表2 工程規(guī)模統(tǒng)計(jì)

5.2 隧道建設(shè)方案

5.2.1 高鐵隧道斷面

國(guó)內(nèi)外鐵路隧道一般在長(zhǎng)度大于15 km時(shí)采用兩條單線隧道分修的形式，長(zhǎng)度小于15 km時(shí)采用單洞雙線無中隔墻的斷面形式。

結(jié)合隧道長(zhǎng)度，推薦深南高鐵深圳至人工島盾構(gòu)段，采單洞雙線的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)[10]，管片外徑14.3 m(見圖2)。

圖2 時(shí)速350 km盾構(gòu)斷面圖(單位:cm)

5.2.2 城際鐵路隧道斷面

同高鐵隧道研究，城際鐵路采用單洞雙線斷面，管片外徑12.6 m，如圖3所示。

圖3 時(shí)速200 km盾構(gòu)斷面圖(單位:cm)

高速公路隧道建議采用盾構(gòu)法施工，采用管片外徑17.5 m的隧道斷面，按左右幅設(shè)計(jì)，每幅為4車道，雙層布置，具體斷面圖如圖4所示。隧道采用雙管形式，兩隧道間凈距結(jié)合線路及地質(zhì)條件確定。

圖4 高速公路斷面布置(單位:cm)

5.2.3 公鐵隧道斷面布置

高鐵、城際、高速公路在深圳至人工島段各自采用隧道形式通過，為確保施工安全，應(yīng)結(jié)合線路方案、工程地質(zhì)條件、隧道斷面等因素，于隧道間需設(shè)置安全距離，原則上隧道間凈距一般不小于1倍洞徑。

5.2.4 施工工法及設(shè)備選型

該工程結(jié)合規(guī)劃條件及實(shí)際情況[11]，跨海段隧道推薦采用掘進(jìn)機(jī)法施工，結(jié)合地層條件采用盾構(gòu)或TBM施工[12]。

隧道深圳端掘進(jìn)地層主要為較完整的微風(fēng)化花崗巖層內(nèi)部，巖層透水性弱，隧道埋深較大，但局部存在斷層破碎帶，透水性較強(qiáng)；人工島附近，穿越地層主要為晚新世海相及陸相沉積黏性土＋砂類土層，地質(zhì)條件差，較適合采用盾構(gòu)法施工。綜合本段海底隧道的地質(zhì)條件，推薦采用“泥水-TBM”雙模式盾構(gòu)機(jī)。淇澳島隧道段根據(jù)穿越的地層條件，采用礦山法施工。

5.2.5 盾構(gòu)對(duì)接方案

本工程海域中部為弱風(fēng)化的花崗巖地層，對(duì)接點(diǎn)可選擇在地質(zhì)條件較好的巖層，對(duì)接施工難度相對(duì)較小?；诘貙訔l件，本工程選用土木對(duì)接施工方式，合理選擇對(duì)接點(diǎn)位置，保證隧道上方有8～10 m厚弱風(fēng)化巖體覆蓋層。2臺(tái)盾構(gòu)推進(jìn)至掌子面相聚預(yù)留2 m巖柱厚度，各自解體，盾殼留置于地層中。而后采用礦山法貫通隧道，施工防水層，模筑對(duì)接段施作二次襯砌。

5.3 橋梁設(shè)計(jì)方案

跨海大橋采用高速鐵路雙線＋深珠城際雙線＋深珠高速8車道的公鐵兩用橋，橋梁總長(zhǎng)20.205 km。

5.3.1 伶仃航道橋

跨伶仃洋航道，通航凈空要求1 520 m×76.5 m，主橋采用主跨1 688 m斜拉－懸吊協(xié)作體系橋方案。孔跨布置為:(84＋140＋464＋1 688＋464＋140＋84)m，橋長(zhǎng)3 064 m。主橋結(jié)構(gòu)體系為塔梁分離、塔墩固結(jié)形式，塔梁之間設(shè)置支座和縱向阻尼器。

5.3.2 橫門東航道橋

橫門東航道規(guī)劃凈空390 m×53.5 m，綜合控制因素并結(jié)合航道部門的意見，采用(85＋156＋480＋156＋85)m鋼桁梁斜拉橋方案，航道橋全長(zhǎng)962 m。

5.3.3 非通航孔橋梁方案

高墩深水區(qū)采用主跨96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁，共103孔，低墩深水區(qū)采用主跨80 m簡(jiǎn)支鋼桁梁，共62孔，淺水區(qū)采用64 m節(jié)段拼裝預(yù)制膠接簡(jiǎn)支箱梁，共16孔。

5.4 人工島建設(shè)方案

人工島功能是實(shí)現(xiàn)海上橋梁與隧道過渡銜接，滿足島上建筑物布置，保障主體結(jié)構(gòu)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)需要。因此，人工島要保證自身穩(wěn)定耐久，控制島內(nèi)工后沉降，為島上建筑物提供防浪、防沖、防船撞等保護(hù)條件，實(shí)現(xiàn)隧道和橋梁的轉(zhuǎn)換。

本項(xiàng)目人工島位于伶仃洋海域中部，結(jié)合島址風(fēng)、浪、流及地質(zhì)情況，人工島推薦采用先圍堰后筑島的筑島方式，島壁施工完成后，先行進(jìn)行島內(nèi)填筑與陸域形成工程，軟基處理結(jié)束后，實(shí)施隧道結(jié)構(gòu)施工。筑島規(guī)模450 m×1 000 m，如圖5所示。

圖5 人工島布置示意

6 結(jié)語

伶仃洋海域通道資源的有限，本著合理利用資源，減小對(duì)海域環(huán)境的影響的理念，采用高鐵、城際、高速公路共通道建設(shè)的方案是合理的。但由于高鐵、城際、高速公路的投資主體不同，建設(shè)的時(shí)序性難以確定，工程建設(shè)的外部協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜，因此對(duì)公鐵共通道合建和共通道預(yù)留工程等建設(shè)模式仍需深入研究，以保證工程建設(shè)的可實(shí)施性。