因地制宜 桥隧结合——深圳至中山跨江通道工程总体规划设计
文/宋神友 陈伟乐 王康臣
图1 深中通道项目地理位置图
深中通道项目是国务院批复《珠三角地区发展规划纲要(2008～2020年)》中确定需要实施的重大交通基础设施项目。鉴于建设条件异常复杂，涉及行业众多，沿线地市各有诉求，项目前期规划设计论证工作历时13年。论证过程遵循“系统工程观”理念，以实现各相关行业发展需求为原则，拟定工程重点比选方案，并对重点方案开展平行研究，按照多方案比选择其优的原则，选择合适的方案。本文将从深中通道的路线走廊、公铁两用、工程方案拟定、建设条件论证、工程方案综合比选等方面，对深中通道规划设计做简要介绍。
深中通道位于广东省珠江口中游核心区域，北距虎门大桥约30km，南距港珠澳大桥约38km。具体路线起于珠江东岸深圳市宝安区的广（州）深（圳）沿江高速公路机场互通立交，通过项目深圳侧接线对接机荷高速公路，在深圳宝安机场南侧向西跨越珠江口，于珠江西岸的中山市马鞍岛登陆，终于横门互通立交，对接中（山）开（平）高速公路。通过连接线实现在深圳、中山及广州南沙登陆。项目全长约24km，其中跨海段长约22.4km。
目前，珠江口南北纵向长达95公里的水道上，仅建成两条公路跨江通道——珠江黄埔大桥和虎门大桥。其中只有虎门大桥承担珠江东西两岸的交通需求,基本呈常态化拥堵现象。为统筹规划珠江口跨江通道建设需求及时序，在项目可行性研究开始之初，开展了《珠江口跨江通道统筹规划研究》。依据其研究成果及广东省政府相关批复，包括黄埔大桥、虎门大桥在内，珠江口自北向南共规划建设7条公路跨江通道、5条铁路跨江通道。
图2 珠江口跨江通道统筹规划布局图
路线走廊方案论证
根据《国家公路网规划（ 2 0 1 3 年-2030年）》、广东省高速公路网规划及珠江口跨江通道统筹规划等文件， 依据项目功能定位、珠江两岸路网衔接可能性，在虎门大桥与港珠澳大桥之间提出了5个通道走廊带方案。通道方案一：深圳机场南—新隆（A线）； 通道方案二：深圳机场北—新隆（B 线）；通道方案三：东莞长安—新隆（C线）；通道方案四：深圳机场南— 金鼎（D线）；通道方案五：深圳南山前海—金鼎（E线）。综合考虑到：
（1）通道方案四（D线）、通道方案五（E线）距离港珠澳大桥较近， 跨海距离也较长，在珠江西岸登陆点及接线布置距离主流交通流目的(出发)地中山市区、江门市区相对较远，予以舍弃；重点对A、B、C三个方案进行综合比选。
（2）考虑到项目功能定位、主流交通量适应性、路网符合性、均衡性、城市规划符合性以及对城市产业布局影响，经综合比选，推荐A线走廊方案， 即深圳机场南至中山新隆。
图3 深中通道路线走廊方案示意图
公铁两用方案论证
根据国家《中长期铁路网规划（2008年）》《珠江三角洲地区城际轨道交通网规划（2009年修订）》及珠江口两岸城市总体规划，深中通道与深茂铁路、中南虎城际铁路、深珠城际铁路等存在共用过江通道的可能性，在工程规划设计中对公铁两用问题进行了专题研究论证。主要结论：
（1）鉴于国家发改委关于深茂铁路项目建议书的批复意见中明确，深茂铁路跨珠江口桥位为虎门沙角炮台线位方案(即C线)。考虑到深中通道在珠江三角洲综合运输体系中具有不可替代的重要作用，深中通道、深茂铁路跨珠江口公铁大桥各自最合理走廊不重合，并从项目功能定位、主流交通适用性、路网规划与衔接、路网均衡性、城市规划适应性、节能环保、通道资源节约性等方面综合比选，推荐两个项目应在各自合理走廊建设。
（2）鉴于通过深茂铁路、中南虎城际铁路与广珠城际联络线，能实现深圳至中山、江门及珠海城际轨道的交通功能，且过江轨道交通实际通行能力有较大富裕,深珠城际铁路定性为远景规划项目,其实施期存在很大的不确定性；同时考虑到公路、铁路在工程技术标准的差异、合建的工程代价以及中山市没有城际轨道的相关规划，建议本项目不考虑与深珠城际铁路共建问题。
综上，深中通道采用公路过江通道建设。
当前，作为公路跨江(海)通道主要有三种方式：全桥、全隧和桥隧组合方案。三种方案各自具有不同的优势，很难根据一两个因素进行取舍。桥梁方案与隧道方案孰优孰劣，需要一个客观、全面的论证依据来支撑，才能做出合理的决策。
深中通道工程方案拟定与构思
深中通道作为超大型跨海通道工程，充分征求和听取了各行业部门及地方意见，本着不遗漏任何有价值方案的原则，对可能的有价值跨海工程方案均进行了论证研究。参照跨海通道的主要形式及可能的组合，围绕珠江口两条主要出海航道伶仃航道及矾石水道，提出了A1（全桥）、A2（东桥西隧）、A3（东隧西桥）、A4（包括长隧、双隧）、A4-1（长隧）、AS（双隧）7个代表性方案，具体详见图5。
图4 深中通道、西部沿海铁路(深茂铁路)、深珠城轨规划方案示意图
图5 深中通道工程比选方案示意图
深中通道项目控制性建设条件
本项目位于珠江三角洲核心区域， 项目建设条件复杂。
第一，深中通道项目处于深圳宝安机场南侧，项目建设方案必须满足深圳机场航空限高要求，对桥位、隧址的选择及桥隧工程布置要求严格。第二， 项目位于珠江口东四口门出海口的河口湾，为减少对防洪纳潮影响，阻水比要求严格。因此对通道线位走向及桥梁、人工岛等构筑物基础结构型式、规模要求严格。第三，线位穿越珠江口伶仃航道(规划30万吨级)和矾石水道(规划10万吨级)两大出海航道，沿线港口密集，项目建设方案需要满足港口及水运发展需求；珠江口是世界上水运交通最繁忙的地区之一，施工期对海上安全兼顾监管要求高。第四，工程区域属于中华白海豚洄游区，海洋生态环保要求高。第五，项目走廊带区域断裂构造发育，下伏花岗岩地层岩面起伏大，软硬不均，隧道工法选择需考虑地质适应性。第六，两岸受城市规划、城市建成区的制约，登陆点方案相对唯一。
综上，项目建设条件异常复杂，项目路线线位走向、建设方案的拟定需要满足公路、水运、民航综合交通、水利防洪、环境保护等众多行业和谐发展需求。
建设条件适应性专题论证
在拟定好7个线位方案后，委托开展了建设条件适应性专题论证，包括航空安全评估、工程建设对港口航道影响评估、对珠江口防洪影响评价防洪评价数模物模分析、通航净空尺度论证等30余项专题研究。主要结论如下：
（1）伶仃洋三滩两槽总体格局稳定，伶仃航道为人工航道，深中通道项目建设不会对沿线港口及伶仃航道产生明显不利影响，建桥、建隧均适宜。
（2）伶仃航道76.5m的通航净空高度能够满足目前和规范设计年限内大型集装箱船舶、豪华邮轮、大型油轮等船舶大型化发展通行需求，并为船舶未来进一步大型化的发展预留了充分空间。2015年8月，交通运输部出具了《关于深圳至中山跨江通道项目航道条件与通航安全影响评价的审核意见》，明确了项目各航道的通航净空尺度，其中伶仃航道通航标准如下：
表1 A3方案桥梁通航标准
注：净空高度为设计最高通航水位以上高度
表2 A4方案隧道埋深技术要求
注：安全航深为设计最低通航水位以下深度
（3）防洪论证影响评价主要结论：1.通道桥轴线须与急落潮水流方向垂直。2.珠江治导线范围只能布置一个人工岛，人工岛长度不能超过625m；泄洪区范围非通航孔桥桥跨不小于110m,桥墩承台须埋入河床面以下，并尽可能降低桥梁阻水比。3.珠江治导线范围只能布置一个人工岛， 人工岛长度不能超过625m。
建设条件适应性比选
工程建设方案要实现各相关行业科学、平衡发展，首先需要满足控制性建设条件，依据建设条件适应性要求， 比选结论如下：
（1）A1、A2方案拟以桥梁方式跨越深圳侧的矾石水道、机场支航道及大铲水道，受深圳机场航空限高制约， 即使将深圳侧线位在防洪容许范围内最大程度南移，在满足通航净空尺度要求的情况下，东侧水域桥梁方案难以满足深圳机场航空安全限高要求；同时由于矾石水道河势有一定摆动，A1、A2方案对通航适应性不好。
（2）A4双隧方案：中人工岛阻水比大，对珠江口防洪纳潮影响大，难以满足水利行业要求，同时造价较A4长隧方案更高，深入比选意义不大。
（3）AS双隧方案：存在线形扭曲、路线增长、小半径隧道行车安全性差、建设及运营风险等级高等明显不足， 作为长隧方案而言明显不如A4方案，深入比选意义不大。
（4）A4-1长隧方案：在满足通航净空尺度要求下，西人工岛至龙穴南水道桥梁段最大纵坡达到4.5%，不能满足行业技术规范要求；并存在西人工岛位于蕉门泄洪通道中间，突破了珠江河口治导线，需要改移龙穴南航道等诸多问题，该方案不成立。
综上，A3、A4方案是能适应项目相关各行业发展要求的，并依据建设条件适应性论证成果，对两个方案总体布置进行了优化，将优化后的A3东隧西桥（隧道长7.1km）及A4长隧（隧道长15.2km）确定为重点研究方案，进行同深度深入比选论证。
表3 A3方案沉管和盾构工法对比
重点比选方案简介
（1）A3东隧西桥方案。路线起自广深沿江高速机场互通立交，向西跨越珠江口，采用7085m特长海底隧道穿越机场支航道及矾石水道,经中滩西人工岛隧桥转换后，采用桥梁方式跨越伶仃航道及横门东水道,于中山市马鞍岛登陆, 终于横门互通,线路总长约24km；A3方案为桥隧组合方案。
（2）A4长隧方案。路线起自广深沿江高速机场互通， 向西跨越珠江口，采用15200m特长海底隧道穿越机场支航道、矾石水道及伶仃航道，采用主跨580m斜拉桥跨越横门东水道，于中山市马鞍岛登陆，终于横门互通，线路总长约22.755km；A4方案为桥隧组合方案（长隧方案）。
海中段隧道工法及安全风险平行研究
鉴于双向八车道及长于10km的特长海底公路隧道，国内外尚未有先例。为审慎论证，组织了国内、国外两家设计咨询单位(中交公路规划设计院和荷兰隧道工程咨询公司，为港珠澳大桥的设计、咨询单位)，对海中段工程方案进行平行研究，对A3方案、A4长隧方案隧道的不同工法及其组合进行深入比较研究，对伶仃航道主桥桥跨布置、悬索桥可能的锚碇基础方案、非通航孔上下部结构设计进行了深入比较研究。
鉴于项目涉及海中长隧道、海上大跨悬索桥，工程技术难度大，可直接借鉴的工程经验少，不可避免面临各种风险。为慎重起见，专门组织了同济大学联合重庆交通科研设计院、上海市隧道工程轨道交通设计研究院等，针对A3方案、A4长隧方案不同工法及其组合，进行了安全风险评估研究。主要结论如下：
(1）隧道工法
从保障交通功能角度，项目深圳侧需采用浅埋隧道方案；单向4车道大直径(D大于21m)软硬岩盾构目前技术不成熟，盾构方案采用四孔布置。对沉管、盾构工法综合比选如下：
四管盾构在通行能力、路网衔接方面存在缺陷，运营成本高，且长距离穿越软硬不均花岗岩地层及断裂带的风险较难克服，因此两家设计咨询单位均推荐隧道采用沉管工法。
(2）对项目安全风险开展平行研究
在工可阶段专门就运营期安全风险开展了研究，采用模糊层次综合评价法（FAHP），对本项目的桥梁、隧道、人工岛、建设及运营期等四个部分进行各种方案的风险识别和评估，详见下表：
表4 深中通道工程方案总体风险评估
表5 工程方案综合比选
研究结论认为：A3线位东隧西桥方案总体风险低于A4 长隧方案，风险相对可控，从工程风险控制角度A3线位方案对本项目更为适宜。
工程方案综合比选
从预期交通功能、安全风险控制、水文和地质条件的适应性、海洋环境适应性、水利防洪、对港口航道的影响、工期、造价等方面，对A3东隧西桥方案、A4长隧方案进行综合比选，择优推荐了A3东隧西桥方案。
1.深中通道工程跨越珠江口，建设条件异常复杂，涉及公路、民航、水运综合交通、水利、海洋、环保等众多行业。作为复杂巨系统工程，本着科学审慎的工作精神， 项目前期工作历时13年，始终秉承系统工程观理念，以实现各相关行业可持续发展为原则，在此基础上按照“安全、实用、经济、美观、耐久、环保”的标准多方案比选择其优。推荐的A3东隧西桥方案，经过国内、国外权威咨询单位专业研究，全面综合比选及专家的反复论证，是能实现公路、水运、民航交通与防洪水利、环境保护、国防等行业的科学、和谐发展，且安全风险可控，规模、工期相对适度，是合理可行的相对较优的合适方案。
2.国家发改委于2015年底正式批复项目工可报告，同意项目采用东隧西桥方案，8车道技术标准，估算423.7亿元。
3.项目推荐的A3东隧西桥方案包含：7.1km长8车道超大跨、变宽、深埋海底公路隧道，海上1600m级特大跨径悬索桥，深水人工岛，水下互通立交，是复杂巨系统工程。项目工程规模宏大、建设条件异常复杂、技术难度高，是我国又一世界级“隧-岛-桥-地下互通”集群工程，是我国交通基础设施建设史上的又一巨大挑战。
(作者单位：深中通道管理中心)
(编辑：陈晨)