公路軌道合建過(guò)江通道設(shè)計(jì)與研究

黃國(guó)雄

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350108)

0 引言

近年來(lái)，軌道交通作為城市交通的重要組成部分，建設(shè)越來(lái)越多，在規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，為更充分地利用周邊土地資源，公路交通或市政交通與軌道交通共通道合建的方案逐漸成為一種趨勢(shì)。兩種交通功能合建給規(guī)劃者、建設(shè)者提出了更加復(fù)雜的挑戰(zhàn)。文章以福州市道慶洲公軌合建過(guò)江通道為背景，從線位選址、合建方案、橋隧方案等方面進(jìn)行總體設(shè)計(jì)分析比選，歸納研究方法，希望對(duì)今后同類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供一些參考作用。

1 工程概況

道慶洲過(guò)江通道工程作為國(guó)道G316線福州境內(nèi)跨烏龍江的重要節(jié)點(diǎn)工程，是福州市區(qū)與濱海新城聯(lián)系的重要通道，承載著市政公路交通與福州市軌道6號(hào)線重要功能。工程起點(diǎn)與福泉高速公路相接，與軌道交通共線后跨越烏龍江，公軌共線長(zhǎng)4.4km，終點(diǎn)與福州東南快速通道相接。過(guò)江通道總體平面線位如圖1所示。

圖1 通道總體線位位置圖

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

市政公路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

市政公路道路等級(jí)：城市主干道兼一級(jí)公路；設(shè)計(jì)車速：60km/h；車道數(shù)：跨江大橋公路橋面總寬31 m，按照雙向六車道+兩側(cè)人非混行車道；汽車荷載等級(jí)：城市A級(jí)兼公路I級(jí)[1-2]。

軌道交通六號(hào)線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

動(dòng)車組類型：鋼軌鋼輪B2車組，6輛一組；線間距：4.2 m；凈寬：10 m設(shè)計(jì)(雙線)。

3 建設(shè)條件

道慶洲過(guò)江通道周邊有馬航洲錨地、烏龍江為IV級(jí)航道。在河道中部經(jīng)過(guò)兩個(gè)沙洲。起點(diǎn)地段處于村莊、農(nóng)田、果園上，標(biāo)高較為平坦，從閩江北港至閩江南港地域跨度大，河底高程約在-6.0 m～3.0 m，沙洲高程3.3 m～3.8 m左右，烏龍江南岸原203省道高程約在6.3 m～18.3 m左右。通道區(qū)域地形屬平原(濱海平原)與閩東南丘陵交接處，地貌為烏龍江最狹窄河床向下游突然變寬闊的河口段，兩岸為近北東向丘陵。河床由江心河槽和兩岸河漫灘組成，受閩江入?？诎肴粘毕绊?，水流變化復(fù)雜，退潮時(shí)河漫灘露出水面。

通道區(qū)域通航標(biāo)準(zhǔn)：雙孔單向、單孔雙向通航凈寬分別為91 m和170 m；通航凈高21.15 m；最高通航水位+6.31 m。

4 通道建設(shè)起終點(diǎn)邊界確定

4.1 公路建設(shè)起終點(diǎn)研究

起點(diǎn)研究：該項(xiàng)目是福州城區(qū)與長(zhǎng)樂(lè)區(qū)、濱海新城的快速通道，根據(jù)規(guī)劃及道路功能定位，首先主要考慮滿足新舊城快速過(guò)境交通；其次滿足長(zhǎng)樂(lè)與三江口片區(qū)的交通便捷接駁，然后是減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。通過(guò)分析以上需求，項(xiàng)目起點(diǎn)應(yīng)選擇與福泉高速連接線連接形成快速連續(xù)流。終點(diǎn)設(shè)置應(yīng)符合全線快速路的總體要求，路線上跨沈海高速后終點(diǎn)與規(guī)劃中的福州東南快速通道相接。

4.2 軌道交通合建起終點(diǎn)研究

根據(jù)軌道交通建設(shè)規(guī)劃，6號(hào)線在過(guò)江走廊上與本項(xiàng)目路線基本重合。6號(hào)線在三江口片區(qū)主要沿著規(guī)劃縱二路布設(shè)，下穿三江路后爬升并跨越南江濱大道，因此將縱二路作為公軌合建的起點(diǎn)。軌道6號(hào)線總體走向在跨越烏龍江后，往東沿著G316(原S203)一直通往長(zhǎng)樂(lè)市區(qū)，而道路工程在G316(原S203)與營(yíng)融線交叉口處往南上跨沈海高速后與東南快速通道相接，因此公軌合建終點(diǎn)設(shè)置在公路與軌道線位的分離點(diǎn)。軌道交通6號(hào)線規(guī)劃線位如圖2所示。

圖2 軌道交通建設(shè)規(guī)劃圖

5 通道線位及周邊敏感點(diǎn)分析

根據(jù)項(xiàng)目起終點(diǎn)確定及上位規(guī)劃提供的路線大致走向，該項(xiàng)目主要節(jié)點(diǎn)因素為：起點(diǎn)三江路、南江濱路、馬杭洲錨地、IV級(jí)航道、道慶洲濕地、長(zhǎng)樂(lè)側(cè)現(xiàn)狀道路和碼頭、部隊(duì)營(yíng)區(qū)等，對(duì)沿線可能相關(guān)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，為路線具體走向確定提供相應(yīng)依據(jù)。

(1)三江路、南江濱路節(jié)點(diǎn)

馬航洲錨地與南江濱路節(jié)點(diǎn)距離較近，路邊為防洪大堤，在考慮到線形順適的前提下，盡量少占用地和減小對(duì)錨地的影響；烏龍江流域?yàn)?級(jí)航道，線路需考慮與航道夾角及凈空尺度的限制因素，綜合水利多方面因素，不宜在南江濱路節(jié)點(diǎn)設(shè)置互通立交方案，宜采用主線上跨方案。

在三江路—縱二路交叉口處，通過(guò)規(guī)劃路網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與主線連接，減少對(duì)現(xiàn)狀規(guī)劃紅線的影響。采用平行式匝道進(jìn)出口方案能減小對(duì)周邊景觀影響。節(jié)點(diǎn)方案如圖3所示。

(2)道慶洲濕地節(jié)點(diǎn)

道慶洲濕地面積約2.3 km2，濕地自然條件好，各類動(dòng)植物資源豐富。由于條件適宜，在不同季節(jié)還吸引了白鷺、蒼鷺為主的30多種水禽群體，到那里棲息、覓食和繁衍，成為當(dāng)?shù)鬲?dú)特的生態(tài)景觀。濕地景觀的再生利用、保護(hù)，已引起有關(guān)方面的重視。本次選線原則主要是盡可能避讓道慶洲區(qū)域，使項(xiàng)目實(shí)施對(duì)道慶洲濕地的影響降到最小，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的和諧共處。

(3)南岸側(cè)碼頭、203省道節(jié)點(diǎn)

南岸既有建筑地塊、碼頭較多，主要有恒大碼頭、通達(dá)碼頭、吳航鋼鐵廠等，根據(jù)前期對(duì)接該項(xiàng)目路線應(yīng)減少對(duì)上述地塊的影響。通過(guò)對(duì)省道203的交通聯(lián)系及流量分析，結(jié)合用地的受限情況，綜合考慮立交方案如圖4所示。

圖4 南岸與碼頭、203省道立交方案

6 橋隧方案比選研究

道慶洲通道工程跨江河段受濕地、馬杭州錨地、碼頭限制較多，采取隧道方案可規(guī)避上述控制節(jié)點(diǎn)，因而需要對(duì)隧道方案的可行性進(jìn)行比選研究。

(1)隧道方案構(gòu)思

主河槽隧道方案：采用沉管法和盾構(gòu)法修建隧道，在技術(shù)上均可行，兩方案比較主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

沉管隧道埋深較淺，其設(shè)計(jì)和施工受水文條件、河床沖刷影響較大，較適合河勢(shì)穩(wěn)定、河床沖刷小的區(qū)域，而盾構(gòu)隧道由于其埋深相對(duì)較大，上述條件影響相對(duì)較小。

沉管隧道施工對(duì)兩岸防洪大堤需進(jìn)行開(kāi)挖，對(duì)堤防安全影響較大，而盾構(gòu)隧道是采用下穿施工，對(duì)堤防影響較小。

本河段河床沖刷變化較大，航道繁忙，且穿過(guò)濕地保護(hù)區(qū)。采用沉管隧道，隧道的埋深受沖刷及河床演變等因素影響。若埋深過(guò)大，將增加施工難度和成本；埋深過(guò)淺，覆蓋層及基層易受沖刷，后期運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)安全受影響，并且會(huì)對(duì)濕地影響較大。綜合考慮，隧道方案只能采用對(duì)航道及濕地影響較小的盾構(gòu)法施工方案。

(2)隧道方案斷面

該工程為特長(zhǎng)隧道，按照相關(guān)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)設(shè)置緊急停車帶。圓形隧道的建筑限界，內(nèi)凈尺寸除滿足通行限界、設(shè)備限界、施工工藝要求外，尚需考慮施工誤差、結(jié)構(gòu)變形等。對(duì)盾構(gòu)隧道方案，該工程交通包含六車道及地鐵6號(hào)線，可采用三管方案。

(3)隧道方案平立面

本通道兩端均為河槽斷面中的最深處，福州側(cè)為通航孔及碼頭錨地，長(zhǎng)樂(lè)側(cè)為深水碼頭，控制了隧道埋深及兩岸接線長(zhǎng)度。因福州側(cè)隧道底部離接線道路高差達(dá)36 m，按最大4%的縱坡爬升，需900 m左右方可地面道路。長(zhǎng)樂(lè)側(cè)隧道底部離接線道路高差達(dá)48 m，按最大4%的縱坡爬升，需要1200 m長(zhǎng)度。長(zhǎng)樂(lè)側(cè)接線現(xiàn)狀道路寬45 m，但由于隧道出口占地寬度達(dá)到46 m，原有道路勢(shì)必向兩側(cè)加寬，從而影響到道路兩側(cè)碼頭、辦公樓及廠房，這樣會(huì)導(dǎo)致拆遷量極大。

(4)研究結(jié)論

隧道方案雖然具有實(shí)施的可能性，但限制因素較多：隧道進(jìn)出口與周邊路網(wǎng)接線交通組織較差；隧道建安費(fèi)達(dá)56.4億，較橋梁方案增加較多；工程防災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大；隧道方案建設(shè)工期長(zhǎng)；6號(hào)線前期研究不推薦隧道方案。

綜上所述，隧道方案關(guān)鍵性限制因素較多，本通道工程不推薦隧道方案。

7 公軌合建方案比選

目前公軌合建常見(jiàn)的布置方式有兩種：平層布置和雙層布置(公路在上，軌道在下)。

方案一：雙層整幅布置(圖5)[3]。上層公路橋面布置為：0.5 m(防撞欄)+3.5 m(緊急停車帶)+3×3.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+0.5 m(路緣帶)+1.0 m(防撞欄)+0.5 m(路緣帶)+3×3.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+3.5 m(緊急停車帶)=31 m。

下層布置2線輕軌，輕軌橋面寬度為10 m。

方案二：平層整幅布置(圖6)。橋面布置為：1.5 m(索區(qū))+3.5 m(緊急停車帶)+3.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+3.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+3.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+0.5 m(路緣帶)+0.75 m(防撞欄)+10.5 m(兩線輕軌)+0.75 m(防撞欄)+0.5 m(路緣帶)+3.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+3.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+3.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+3.5 m(緊急停車帶)+1.5 m(索區(qū))=44 m。

圖6 平層整幅橫斷面布置圖

兩種布置方案比較如下：

(1)梁高：平層方案梁高主要是結(jié)構(gòu)受力控制，梁高與橋型及跨度有關(guān)，主橋一般在3 m～4 m之間，引橋一般在2.5 m～3.5 m之間。雙層方案梁高受軌道交通行車限界控制，梁高較高，一般在9 m～12 m之間。

(2)橋?qū)挘弘p層方案以公路橋?qū)挒橹?，?1 m左右；平層方案則為二者之和，在44 m左右。

(3)橋梁占地：雙層方案由于橋較窄，全線占地較少；平層方案由于橋較寬，全線占地較大。

(4)兩岸接線：南岸接線受G316(原S203)省道兩側(cè)現(xiàn)狀企業(yè)用地限制，采用平層布置占地增大，將要搬遷部分廠房，因而較適合采用雙層布置方案；北岸接線不受控制，采用雙層和平層方案均可。

(5)運(yùn)營(yíng)管理：雙層方案，公軌上下層分開(kāi)運(yùn)營(yíng)，相互干擾少，管理方便；平層方案需考慮設(shè)置隔離設(shè)施，以保證軌道封閉通行。

(6)行洪、通航、濕地：由于雙層方案梁高較高，引橋基準(zhǔn)跨徑可做到80 m左右，而平層方案合理的引橋跨徑為50 m左右。雙層方案引橋區(qū)域水中墩子較少，利于橋下行洪、通航、濕地等。

(7)工程造價(jià)：兩種布置方案均采用共用基礎(chǔ)，雙層方案由于梁高較大，引橋跨度大，工程造價(jià)比平層方案稍貴。而平層方案由于需考慮隔離設(shè)施，二者費(fèi)用大致相抵。

(8)工期：平、雙層方案在設(shè)計(jì)、施工等方面技術(shù)均成熟，工期二者基本相當(dāng)。

綜上分析，雙層方案具有占地少、軌道縱坡小、全線布置形式統(tǒng)一、運(yùn)營(yíng)管理方便等優(yōu)勢(shì)，因而推薦雙層布置方案。

8 跨江大橋橋型方案比選

經(jīng)過(guò)綜合比較，公軌布置方式推薦采用公路在上，軌道在下的雙層布置方式，接下來(lái)主要對(duì)主橋橋型進(jìn)行研究。

(1)方案一：主通航孔橋型方案采用(121+276+121)m 公軌雙層鋼桁連續(xù)梁[3]。

①橋式布置：本方案采用主跨跨徑組成為(121+276+121)m。公路橋面采用鋼-混結(jié)合結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)桁高9.5 m，主墩處桁高為23 m。主墩處變桁高區(qū)段下弦桿采用鋼-混組合截面，以提高結(jié)構(gòu)剛度，控制鋼結(jié)構(gòu)截面尺寸。上層公路橋面寬度31 m，下層輕軌橋面采用正交異性整體鋼橋面系。方案效果如圖7所示。

圖7 (121+276+121)m 雙層鋼桁連續(xù)梁效果圖

②主梁：本橋上層公路橋面寬31 m，下層為雙線軌道交通，線間距4.2 m。由于公路橋面較寬，鐵路面較窄，主桁桁寬的選擇需結(jié)合主橋橫向穩(wěn)定、橫梁懸臂受力等因素綜合確定。綜合主橋橫向剛度、公路橫梁結(jié)構(gòu)受力，桁寬取15 m，公路懸臂長(zhǎng)8 m，桁間橫梁15 m。

③方案特點(diǎn)：該方案公路與輕軌面分層布置，結(jié)構(gòu)通透，運(yùn)營(yíng)管理方便，橋下占地少。公路橋面和主墩下弦采用組合結(jié)構(gòu)，可大大提高公路橋面鋪裝使用壽命。

④景觀特點(diǎn)：道慶洲大橋位于三江交匯口(閩江、烏龍江、馬江交匯處)，根據(jù)規(guī)劃三江口將成為大福州的城市地理中心。三江口片區(qū)視野開(kāi)闊，距離市中心較近，而且與馬尾、長(zhǎng)樂(lè)地域相鄰，三江口周邊還有馬杭洲、道慶洲濕地保護(hù)區(qū)，是鳥(niǎo)類重要的繁殖地，環(huán)境優(yōu)美。從橋址處景觀協(xié)調(diào)方面考慮，連續(xù)鋼桁梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，線型優(yōu)美，無(wú)高聳建筑，與周圍環(huán)境適應(yīng)性較好，不破壞江面視野。

(2)方案二：主通航孔橋型方案采用(141+240+141)m 公軌雙層鋼桁斜拉橋。

①橋式布置：該方案主橋采用混凝土鋼桁結(jié)合梁斜拉橋，孔跨布置為141+240+141=522 m，公路在上輕軌在下的雙層布置方案。主桁節(jié)間10 m，上下弦桿中心距離9.5 m，上層公路橋面寬32 m，下層輕軌橋面寬13m。方案效果如圖8所示。

圖8 (141+240+141)m 雙層鋼桁斜拉橋效果圖

②主梁：主梁采用鋼桁結(jié)合梁結(jié)構(gòu)，公軌上下雙層布置，公路橋面采用混凝土板與鋼桁上弦桿及橫梁相結(jié)合，輕軌橋面采用縱橫梁體系?；炷涟鍢蛎鎸?1 m，板厚25 cm，擱置在上弦桿和6條縱梁上。上、下弦桿高1 m，寬1 m。

③方案特點(diǎn)：該方案公路與輕軌面分層布置，結(jié)構(gòu)通透，運(yùn)營(yíng)管理方便，橋下占地少。

④景觀特點(diǎn)：混凝土鋼桁結(jié)合梁斜拉橋，梁型通透，造型輕盈。橋塔采用傳統(tǒng)牌樓形式，是福州三坊七巷傳統(tǒng)建筑文化的體現(xiàn)。

(3)橋型方案比選

兩個(gè)方案在設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)、工期方面均比較接近。從橋址處景觀協(xié)調(diào)方面考慮，方案一采用連續(xù)鋼桁梁方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，線型優(yōu)美，無(wú)高聳建筑，與周圍環(huán)境適應(yīng)性較好，而方案二斜拉橋結(jié)構(gòu)主塔高度較高，橋面以上主塔部分稍顯高聳，視覺(jué)上較突出，與三江口景觀效果協(xié)調(diào)性稍差，因此，推薦采用主跨276 m的變高度鋼桁連續(xù)梁方案。

9 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)福州市道慶洲過(guò)江通道的總體方案研究表明：

(1)大型過(guò)江通道方案研究是個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的工程，采用由面到線、由線到點(diǎn)、先主要后次要的研究方法是合理有效的。

(2)總體方案的分析首先應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行上位規(guī)劃的解讀及項(xiàng)目功能定位分析，明確項(xiàng)目的建設(shè)邊界與起終點(diǎn)。

(3)大型項(xiàng)目的深化研究應(yīng)對(duì)線位及敏感點(diǎn)進(jìn)行著重分析與評(píng)估，重要節(jié)點(diǎn)還應(yīng)進(jìn)行橋隧方案的同深度比選。

(4)公軌雙層合建的橋梁方案可以有效解決兩岸接線用地復(fù)雜受限的情況，且在與周邊環(huán)境景觀協(xié)調(diào)上、造價(jià)上具有一定的優(yōu)勢(shì)。