褚 凱， 賀維國， 于 勇

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300000)

0 引言

鐵路選線是鐵路建設(shè)總覽全局的核心工作[1-2]。陳曉珠等[3]在沿江高速鐵路上海至南通段線路方案研究中，結(jié)合主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)、樞紐引入條件和工程投資等因素,進(jìn)行多方案技術(shù)比選,確定了線路方案。紀(jì)雪艷[4]在佛山至江門鐵路線路走向方案研究中，以盡量兼顧沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，充分吸引客流，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，盡量繞避風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)等為原則進(jìn)行方案研究。謝翠明[5]在深惠城際鐵路線路走向方案研究中，采用途經(jīng)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)數(shù)量、客流指標(biāo)、工程數(shù)量與投資、運(yùn)營成本等方面定量比較及客流吸引、城市規(guī)劃與產(chǎn)業(yè)布局、綜合交通分布匹配性、運(yùn)輸組織及運(yùn)營管理、工程實(shí)施難度等方面定性分析相結(jié)合的方法，確定了線路走向。這些研究為鐵路選線提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

然而，在以往的研究中，針對特長海底鐵路隧道選線研究較少，如何進(jìn)行方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評估并選擇合理方案，是一個(gè)亟待解決的問題。本文以深江鐵路珠江口隧道為依托，從控制因素分析、越江點(diǎn)位置選擇、線路走向選擇、海底隧道修建難度、地質(zhì)選線、工程選線[6-7]、工期及工程投資等方面進(jìn)行全面研究，最終確定最合理的線路方案，為工程建設(shè)創(chuàng)造良好的條件。

1 工程概況

深圳至江門鐵路項(xiàng)目[8]位于廣東省珠江三角洲地區(qū)，線路從規(guī)劃深圳樞紐西麗站引出，經(jīng)深圳市、東莞市，其隧道穿越珠江口，經(jīng)廣州市南沙區(qū)、中山市、江門市，引入深茂鐵路江門至茂名段江門站，線路全長約116.12 km。珠江口隧道位于深圳、東莞、廣州三地之間的珠江入?？?，是深江鐵路控制性工程，采用雙線高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為200 km/h。

2 選線控制因素

2.1 城市規(guī)劃

工程所處珠江口兩岸與本工程相關(guān)的城市規(guī)劃主要有深圳市新興海洋產(chǎn)業(yè)基地、東莞市長安新區(qū)、廣州市南沙新區(qū)及南沙樞紐規(guī)劃。其中，長安新區(qū)將致力塑造珠三角現(xiàn)代服務(wù)業(yè)新城和國際濱海灣區(qū)創(chuàng)新都市，重點(diǎn)打造珠三角地區(qū)海洋產(chǎn)業(yè)基地、莞深創(chuàng)新金融與總部基地、東莞現(xiàn)代生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)基地三項(xiàng)城市目標(biāo)；南沙的城市性質(zhì)為粵港澳全面合作的國家級(jí)新區(qū)、國家新型城市化綜合示范區(qū)，內(nèi)地與港澳、國際接軌的服務(wù)平臺(tái)，珠江三角洲世界級(jí)城市群的樞紐性城市；南沙樞紐包含深江鐵路，南沙港鐵路，廣中珠澳鐵路，中南虎城際，廣州地鐵15號(hào)線、18號(hào)線等，形成銜接粵港澳大灣區(qū)的綜合交通樞紐。

2.2 航道與航運(yùn)

工程沿線穿越珠江口多條航道，規(guī)劃航道[9]等級(jí)及底標(biāo)高見表1。

表1 規(guī)劃航道等級(jí)表

珠江口是我國水上運(yùn)輸最繁忙、船舶密度最大的水域之一。本工程穿越珠江口主航道，也是廣州港等珠三角港口群的主航道，是大灣區(qū)港口群連接國際航道、通達(dá)國內(nèi)外港口的水路運(yùn)輸大動(dòng)脈。主要航道2014—2016年船舶日均流量[9]統(tǒng)計(jì)如下： 虎門水道約285艘，太平水道約30艘，枕箱水道約200艘，龍穴南水道約17艘。工程選線時(shí)應(yīng)盡量減小對規(guī)劃航道及航運(yùn)的影響。

2.3 環(huán)境敏感點(diǎn)

工程沿線環(huán)境敏感點(diǎn)主要有深圳市海洋新興產(chǎn)業(yè)基地生態(tài)濕地、深圳市海上田園風(fēng)景區(qū)、東莞市黃唇魚保護(hù)區(qū)、虎門炮臺(tái)、南沙濕地公園、天后宮等，工程選線時(shí)應(yīng)避讓上述環(huán)境敏感點(diǎn)[5]。

2.4 地質(zhì)

工程地質(zhì)條件[10]極為復(fù)雜，勘察顯示線路范圍存在3組斷裂帶，南北臺(tái)水道處有較深的風(fēng)化槽，花崗巖和片巖受風(fēng)化影響，巖面線起伏頻率較大。最大飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)220 MPa。

不良地質(zhì)主要有： 斷裂破碎帶3組，影響長度總計(jì)約1 240 m；次生斷裂帶6條，影響長度總計(jì)約120 m； 砂土液化，液化等級(jí)為輕微—中等，特殊性巖土為軟土、人工填土、殘積土與全強(qiáng)風(fēng)化巖。

3 越江點(diǎn)位置的選擇

3.1 珠江口東岸

隧址選擇范圍位于虎門大橋下游至深中通道上游?；㈤T大橋下游0～10 km位于東莞市虎門鎮(zhèn)及長安新區(qū)。以太平水道為界，北側(cè)為威遠(yuǎn)島，島上有威遠(yuǎn)炮臺(tái)、海戰(zhàn)博物館等歷史文物古跡，是全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。太平水道南側(cè)為虎門沙角社區(qū)，其振興西路北側(cè)沿江大堤內(nèi)多為暫未開發(fā)的農(nóng)田，振興西路向南分別是沙角炮臺(tái)、海軍訓(xùn)練營地、沙角電廠等，沙角電廠碼頭至東寶河岸為長安新區(qū)管委會(huì)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)及規(guī)劃港區(qū)，其中高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)已引進(jìn)步步高集團(tuán)等高新科技企業(yè)，沿岸線開發(fā)。

東寶河以南為深圳市寶安區(qū)，廣深沿江高速公路貫穿南北。廣深沿江高速公路西側(cè)為沿江灘涂地，東側(cè)由北向南分別為深圳海上田園旅游區(qū)，緊鄰在建的深圳國際會(huì)展中心，向南約3 km為深圳市寶安機(jī)場。根據(jù)深圳城市規(guī)劃，海上田園是一個(gè)集旅游觀光、休閑度假、生態(tài)科普、會(huì)議培訓(xùn)等多種功能為一體的國家4A級(jí)生態(tài)旅游度假區(qū)；在建的深圳國際會(huì)展中心是深圳市布局的空港新城“兩中心一館”3大主體建筑之一，建成后將成為全球最大的展館，是深圳新地標(biāo)；深圳寶安國際機(jī)場占地面積11 km2，是一個(gè)海、陸、空聯(lián)運(yùn)的現(xiàn)代化航空港，是世界百強(qiáng)機(jī)場之一、中國大陸第5大航空港。

因此，從東莞市城市規(guī)劃和對文物古跡保護(hù)的角度考慮，越江隧道東岸接線應(yīng)以北不經(jīng)過威遠(yuǎn)島、南不進(jìn)入長安新區(qū)規(guī)劃港區(qū)為佳。從深圳市城市規(guī)劃和現(xiàn)有交通設(shè)施的角度考慮，越江隧道東岸接線應(yīng)以北不侵占在建的深圳國際會(huì)展中心、南不影響寶安機(jī)場端凈空區(qū)為佳。如此，既可繞避珠江口東岸各城鎮(zhèn)建成區(qū)與規(guī)劃區(qū)，減少拆遷及對城市規(guī)劃的分割，又可避免對沿岸港區(qū)及機(jī)場航班的影響。

根據(jù)以上分析，東岸選擇了2個(gè)越江點(diǎn)位置：

1)虎門大橋下游5 km方案，沿振興西路北側(cè)，從太平水道入海口越江。線路不上威遠(yuǎn)島，且遠(yuǎn)離沙角炮臺(tái)、海軍訓(xùn)練營地、沙角電廠等控制因素，對虎門城鎮(zhèn)規(guī)劃及文物古跡等影響較小。

2)虎門大橋下游22 km方案，從寶安機(jī)場跑道以北500 m越江。線路繞避在建的深圳國際會(huì)展中心，對機(jī)場運(yùn)營干擾較小，需水中下穿廣深沿江高速公路。

3.2 珠江口西岸

隧址選擇范圍位于廣州市南沙區(qū)。以鳧洲水道為界，北側(cè)為南沙核心區(qū)，沿岸自北向南分布有南沙游艇會(huì)、規(guī)劃的南沙國際郵輪碼頭、南沙客運(yùn)港等航運(yùn)碼頭設(shè)施，以及南沙天后宮、大角山海濱公園等風(fēng)景名勝，沿岸控制因素密集。鳧洲水道南側(cè)為龍穴島，龍穴島北部現(xiàn)狀為沖積灘涂地，遠(yuǎn)期規(guī)劃為挖入式港池與集裝箱泊位區(qū)。龍穴島中部為廣船國際公司造船基地建成區(qū)，南部為南沙新港集裝箱碼頭。島中與島南間有寬約1 km的結(jié)合部，現(xiàn)狀為未開發(fā)利用地，遠(yuǎn)期規(guī)劃為挖入式港池。

因此，從廣州市南沙區(qū)城市規(guī)劃和港口建設(shè)規(guī)劃考慮，越江隧道西岸隧址的選擇，比較理想的區(qū)域應(yīng)該在南沙島海濱公園南端至龍穴島南部之間，結(jié)合龍穴島的開發(fā)建設(shè)規(guī)劃，西岸選擇了2個(gè)越江點(diǎn)：

1)海濱路南側(cè)方案，沿南沙島岸線，從海濱路南側(cè)越江。線路遠(yuǎn)離南沙島核心區(qū)規(guī)劃與建成港口設(shè)施，繞避了天后宮、海濱公園景區(qū)，對南沙島的規(guī)劃與建設(shè)無影響。

2)龍穴島中部方案，經(jīng)龍穴島造船基地與南沙新港集裝箱碼頭結(jié)合部越江。線路繞避現(xiàn)有造船基地及建成碼頭，但對遠(yuǎn)期規(guī)劃存在一定影響。

4 線路方案

針對珠江口東西兩岸越江點(diǎn)位置的研究情況，對南北兩側(cè)越江點(diǎn)進(jìn)行組合構(gòu)成越江方案，考慮到線路通道走向、工程合理性之后，提出2個(gè)方案，其線路方案示意圖見圖1。

圖1 線路方案示意圖

1)經(jīng)南沙島取直的北線方案。線路出深圳機(jī)場東后，向北在沿江高速東側(cè)并行，接入東莞濱海灣站，隨后在太平水道處進(jìn)入珠江口西行，接入規(guī)劃的南沙站，再繼續(xù)向西接入中山北站。研究范圍線路全長59.30 km，其中，橋梁段全長38.09 km，隧道段全長20.58 km(珠江口隧道全長13.69 km)，橋隧比98.93%。

2)經(jīng)龍穴島中穿規(guī)劃港池的南線方案。線路出深圳機(jī)場東站后，線路西行，下穿珠江口，于南沙保稅港出口加工區(qū)西側(cè)接入南沙站，再繼續(xù)向西接入中山北站。研究范圍線路全長47.64 km，其中，橋梁段全長26.69 km，珠江口隧道全長20.75 km，橋隧比99.58%。

5 方案綜合比選

5.1 從串聯(lián)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)方面分析

北線方案串聯(lián)珠江口兩岸深圳、東莞、廣州、中山4個(gè)重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，沿線人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，增加了鐵路吸引范圍，有利于鐵路客流水平[11-12]和盈利能力的提升，經(jīng)濟(jì)效益好。

南線方案避開了東莞，無法有效串聯(lián)粵港澳大灣區(qū)重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，不利于鐵路客流水平和盈利能力的提升，經(jīng)濟(jì)效益差。

5.2 從線型條件分析

從線路長度來看，北線方案線路長59.30 km，南線方案線路長47.64 km，南線方案線路長度較北線方案線路長度短11.66 km。

從線型指標(biāo)來看，南北線方案在研究范圍內(nèi)曲線半徑都能滿足時(shí)速200 km的技術(shù)要求。北線方案研究起點(diǎn)處曲線半徑為1 200 m，但該處曲線位于機(jī)場東站出站端，采用的曲線半徑與路段速度匹配。故2個(gè)方案的線型指標(biāo)基本一致。

5.3 從珠江口隧道工程分析

珠江口隧道是本段線路比選最重要的控制工程，海底隧道工程的安全性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性、施工工期等直接影響著方案的選擇。廣深港客運(yùn)專線獅子洋隧道已建成通車，其長距離盾構(gòu)掘進(jìn)及“地下對接、洞內(nèi)解體”技術(shù)[13-14]對本工程隧道方案研究具有借鑒作用。

5.3.1 北線隧道方案

隧道全長13.69 km，采用單洞雙線方案，水域段兩端采用盾構(gòu)法施工，中間硬巖段采用礦山法施工，采用2臺(tái)復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)分別從兩端盾構(gòu)井始發(fā)，至海中礦山、盾構(gòu)工法分界處解體。單臺(tái)盾構(gòu)穿越“上軟下硬”地層651 m、全斷面硬巖838 m，礦山段隧道下穿斷裂帶、穿越2處構(gòu)造角礫夾泥段?？偣て诩s54個(gè)月。北線隧道縱斷面見圖2。

圖2 北線隧道縱斷面圖(單位： m)

5.3.2 南線隧道方案

隧道全長20.75 km，采用單洞雙線方案，水域段兩端采用盾構(gòu)法施工、中間硬巖段采用礦山法施工，采用2臺(tái)復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)分別從兩端盾構(gòu)井始發(fā)，至海中礦山、盾構(gòu)工法分界處解體。單臺(tái)盾構(gòu)穿越“上軟下硬”地層783 m、全斷面硬巖1 880 m，礦山段隧道需穿越3條大型斷裂破碎帶1 350 m。總工期約68個(gè)月。南線隧道縱斷面見圖3。

圖3 南線隧道縱斷面圖

5.3.3 隧道方案比選

5.3.3.1 隧道規(guī)模

南線方案海底隧道長度較北線方案長7.06 km，其中水下段長度長3.46 km，詳見表2。

表2 隧道規(guī)模對比表

5.3.3.2 越江段地質(zhì)條件

2個(gè)線位的地貌單元均為珠江三角洲平原，覆蓋層成份基本相同，上部以全新統(tǒng)海陸交互相沉積為主，由軟土、砂土組成； 下部由上更新統(tǒng)黏性土、砂礫石層組成，底部有薄層殘積土。北線位基巖為白堊系白鶴洞組含礫砂巖、燕山期花崗巖、元古界的片巖；南線位基巖主要為元古界的片巖、燕山期花崗巖。具體對比分析見表3。由表可見，通過地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、不良地質(zhì)與特殊性巖土等地質(zhì)條件[15]綜合對比，北線方案優(yōu)于南線方案。

表3 地質(zhì)對南、北線隧道方案影響對比表

5.3.3.3 施工難度與風(fēng)險(xiǎn)

北線方案單臺(tái)盾構(gòu)穿越“上軟下硬”地層651 m、全斷面硬巖838 m，刀具磨損大，換刀頻繁。礦山段隧道下穿斷裂帶、穿越2處構(gòu)造角礫夾泥段，圍巖自穩(wěn)能力差、滲透性強(qiáng)，存在突水、涌泥風(fēng)險(xiǎn)。

南線方案單臺(tái)盾構(gòu)穿越“上軟下硬”地層783 m、全斷面硬巖1 880 m，盾構(gòu)段風(fēng)險(xiǎn)稍大于北線。礦山段海底隧道施工長度達(dá)16.3 km，其施工難度與風(fēng)險(xiǎn)明顯高于北線方案。

5.3.3.4 防災(zāi)疏散

北線方案隧道封閉段長度小于20 km，無需設(shè)置救援站，只在隧道中部的南沙島尖結(jié)合斜井設(shè)置1處避難所。隧道兩側(cè)設(shè)置疏散通道，滿足相關(guān)疏散功能要求。

南線方案隧道封閉段長度大于20 km，利用施工平導(dǎo)設(shè)置緊急救援站1座、斜井設(shè)置避難所2座，滿足相關(guān)疏散功能要求。

5.3.3.5 運(yùn)營養(yǎng)護(hù)

隧道為限排防水，造成干濕交替環(huán)境，海水腐蝕等級(jí)較高，對結(jié)構(gòu)及管路的耐久性要求高，后期維護(hù)成本大。

北線方案礦山法段按限排要求，每天排水量約2 000 m3，每年排水費(fèi)用約為360萬元。

南線方案礦山法段按限排要求，每天排水量約7 600 m3，每年排水費(fèi)用約為1 400萬元，遠(yuǎn)高于北線方案。

5.3.3.6 港口影響

北線方案避開沙角作業(yè)區(qū)和南沙游艇碼頭區(qū)，對港口無影響。

南線方案下穿龍穴島規(guī)劃的港池及碼頭，對后期港池的實(shí)施影響較大。

5.3.3.7 隧道方案比選結(jié)論

綜上所述，南北線隧道方案技術(shù)上均可行，但北線隧道方案長度遠(yuǎn)小于南線方案，其面臨的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、施工風(fēng)險(xiǎn)、防災(zāi)疏散、運(yùn)營養(yǎng)護(hù)、對港口影響、工期等方面均優(yōu)于南線隧道方案。

5.4 從城市規(guī)劃方面分析

北線方案南沙站位置與城市規(guī)劃相符，車站與各組團(tuán)中心距離在0～15 km，旅客出行方便。

南線方案南沙站位于規(guī)劃南沙站南側(cè)5.0 km處，車站與各組團(tuán)中心距離5～20 km，偏于萬頃沙島南端，與城市中心距離較遠(yuǎn)，與城市規(guī)劃不符。

5.5 從城市軌道交通體系方面分析

北線方案南沙站處規(guī)劃有廣州地鐵18號(hào)線及15號(hào)線，并設(shè)站與深茂鐵路南沙站銜接換乘。南沙站還有在建的南沙港鐵路、規(guī)劃的廣中珠澳鐵路、中南虎城際、肇順南城際鐵路引入形成南沙綜合交通樞紐。本線車站位于城市幾何中心，有利于形成中心向四周輻射的交通銜接體系，各向與城市中心之間溝通距離均等，且距離較近。

南線方案在規(guī)劃的南沙樞紐南側(cè)5 km設(shè)站，車站中心南移會(huì)導(dǎo)致其他交通體系跟隨南延，形成大量客流、車流穿城而過的效應(yīng)，增加旅客出行距離，增加中心城區(qū)交通壓力，不利于其他交通方式銜接。

5.6 從環(huán)境影響方面分析

北線方案在深圳段位于濕地保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，需協(xié)調(diào)調(diào)整濕地范圍；隧道穿越黃唇魚保護(hù)區(qū)，需專題論證。

南線方案地面段距離南沙濕地公園最近處7.8 km，對濕地影響較??；經(jīng)過中山大豐水廠飲用水源二級(jí)保護(hù)區(qū)，在水源保護(hù)區(qū)內(nèi)采用大跨度橋梁通過，對水源保護(hù)區(qū)影響小。

5.7 從工期及工程投資方面分析

北線方案線路長59.30 km，工期54個(gè)月，投資估算約165.57億元。

南線方案線路長47.64 km，工期68個(gè)月，投資估算約141.3億元。

5.8 綜合比選

綜合以上分析，北線方案與南線方案綜合比選如表4所示。

表4 綜合比選表

綜上所述，北線方案串聯(lián)了珠江口兩岸深圳、東莞、廣州、中山4個(gè)重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)，增加了鐵路吸引范圍，有利于鐵路客流水平和盈利能力的提升；從社會(huì)效益來看，采用北線方案可以更好地強(qiáng)化灣區(qū)內(nèi)部城市之間交通聯(lián)系，有助于東莞、南沙更好地參與構(gòu)建高效便捷的現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系，有助于東莞、南沙地區(qū)各種運(yùn)輸方式的合理銜接，一體高效，為沿線居民綠色出行創(chuàng)造便利條件；北線方案珠江口隧道長度較南線方案短7.06 km，較南線方案的工期短14個(gè)月，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)明顯更低，養(yǎng)護(hù)維修、運(yùn)營條件相對較好；雖然線路長度較南線方案長11.66 km，投資較南線方案多24.27億元，但從鐵路服務(wù)于沿線社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度來看是必要的，因此，本工程推薦采用北線方案。

6 結(jié)論與建議

1)本文充分分析了特長海底隧道選線控制因素，選擇了珠江口兩岸合適的越江點(diǎn)，提出了虎門太平水道入?？谠浇摹吧钲凇㈤T—南沙”北線方案及在深圳寶安機(jī)場跑道以北500 m越江的“深圳—南沙”南線方案。

2)南北線隧道采用“盾構(gòu)法+礦山法”組合工法方案，技術(shù)上均可行，但從隧道規(guī)模、地質(zhì)、施工難度及風(fēng)險(xiǎn)、防災(zāi)疏散、運(yùn)營養(yǎng)護(hù)、對港口影響、工期及投資等方面綜合比選，北線隧道方案具有明顯優(yōu)勢。

3)北線方案串聯(lián)粵港澳大灣區(qū)，經(jīng)濟(jì)效益好；符合城市規(guī)劃，有助于東莞、南沙更好地構(gòu)建高效便捷的現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系； 北線方案具有明顯優(yōu)勢；雖然投資較南線方案多24.27億元，但從鐵路服務(wù)于沿線社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度來看是必要的，因此，本工程推薦采用北線方案。

4)考慮到珠江口隧道規(guī)模大、地質(zhì)復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)高，建議后續(xù)設(shè)計(jì)中結(jié)合詳勘進(jìn)一步優(yōu)化北線線路方案，降低施工難度、減小施工風(fēng)險(xiǎn)，確保工程順利實(shí)施。