巢湖至馬鞍山鐵路跨越長江橋隧方案比選研究

李帥

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢430063）

1 項目概況

巢湖至馬鞍山鐵路（以下簡稱“巢馬鐵路”）是國家“八縱八橫”高速鐵路主通道之一，沿江通道合肥至上海間又一快速客運通道的重要組成部分。線路西起合肥樞紐巢湖東站，向東南經(jīng)馬鞍山所轄含山縣、鄭蒲港新區(qū)后越長江，于馬鞍山市區(qū)新設(shè)馬鞍山南站后繼續(xù)向東延伸，與揚馬鐵路、南沿江城際鐵路銜接（見圖1）。本項目跨越長江部分在功能定位上既是馬鞍山通往合肥的快速鐵路通道，也需滿足馬鞍山與和縣、含山的市政交通和軌道交通的需求?？紤]到過江通道資源緊缺、公路鐵路匹配關(guān)系以及盡可能預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展條件等因素，本項目過江規(guī)模推薦采用“4線鐵路+6線公路”的公鐵合建形式。

圖1 巢馬城際鐵路線路走向平面示意圖

項目研究過程中，通過對馬鞍山段長江沿線進(jìn)行考查、比較和選擇，推薦江心洲通道姑孰過江線位方案。過江通道位置確定后，采用什么方式跨越長江是普遍關(guān)注的問題。本文對姑孰越江線位的橋梁方案和隧道方案進(jìn)行深入研究，進(jìn)而選擇一個經(jīng)濟(jì)效益佳、建設(shè)施工難度小、運營風(fēng)險小的方案。

2 橋梁型式過江建設(shè)方案

2.1 方案綜述

鐵路在公鐵合建段和公路采用相同的平面布置[1]，出公鐵合建段后按總體線形展開。過江橋梁全長10.47 km，設(shè)計起訖點為DK48+903.095～CK58+702.318。

2.2 江心洲左汊孔跨布置方案

為更好地適應(yīng)橋址區(qū)段河勢條件、航道條件等不利變化，在不同水位情況下均能滿足船舶通航要求，同時盡量減小對牛屯河邊灘穩(wěn)定及下游鄭蒲港區(qū)淤積的不利影響，消除橋梁建設(shè)對長江航運的安全隱患，確保長江黃金水道暢通，推薦通道橋跨布置采用與下游2.3 km處的馬鞍山公路橋（2×1 080 m）基本對孔布置方式，同時考慮到本橋為公鐵兩用橋梁，基礎(chǔ)規(guī)模比原公路橋相對較大，為保持原通航尺度不變，通航孔稍大，推薦采用2×1 120 m的橋跨布置，該橋跨布置方案可滿足通航要求。所以，跨左汊橋梁推薦采用144 m+336 m+2×1 120 m+336 m+144 m三塔鋼桁梁斜拉橋。

2.3 江心洲右汊孔跨布置方案

江心洲右汊參考附近下游的馬鞍山長江公路大橋右汊航道當(dāng)時的研究情況[2]：右汊為內(nèi)河Ⅲ級航道，單孔雙向通航凈寬不小于330 m，單孔單向通航凈寬不小于190 m。由于剛度與受力要求，鐵路橋橋墩斷面尺寸相對較大，為有利于行洪，并考慮橋位處實際河道斷面與大堤位置，故右汊橋梁方案推薦采用主跨為392 m的一跨過江布置，滿足單孔雙向通航要求。所以，跨右汊橋梁推薦采用56 m+168 m+392 m+168 m+56 m的斜拉橋。

3 隧道過江方案研究

3.1 隧道方案縱斷面分析

考慮到隧道過江后馬鞍山南站的設(shè)站條件、隧道施工難度和工程造價等因素，隧道過江方案共研究了2個方案：全隧道方案、橋隧結(jié)合方案。

3.1.1 全隧道方案

線路出鄭蒲港高架站后往東以隧道形式下穿長江主汊、江心洲和長江副汊后出地面，上跨G205國道和既有寧蕪鐵路后設(shè)馬鞍山南站（見圖2）。隧道長11 470 m，其中左汊隧道長6 250 m，江心洲明挖段長1 550 m，右汊隧道長3 670 m。

圖2 全隧道過江方案

3.1.2 橋隧結(jié)合方案

線路出鄭蒲港高架站后在長江北岸下穿長江主汊，過主汊后在江心洲范圍內(nèi)由隧道過渡為橋梁，以橋梁形式跨過長江副汊，之后往東設(shè)馬鞍山南高架站（見圖3）。隧道長6 050 m，其中盾構(gòu)段長4 700 m，明挖段長1 350 m。

圖3 橋隧結(jié)合過江方案

3.1.3 方案比較及推薦意見

對上述全隧道越江方案、橋隧結(jié)合方案從工程難度、建設(shè)周期和工程造價等方面進(jìn)行分析比較，前者工期較長，工程投資增加8.8億元，同時改路成本及運營風(fēng)險相對較高，綜合考慮橋隧結(jié)合過江方案隧道短，線路利用江心洲實現(xiàn)隧橋過渡，以橋梁形式跨過長江副汊至長江南岸，對既有寧蕪鐵路、205國道及多條市政道路影響較小。因此，隧道方案推薦橋隧結(jié)合過江方案。

3.2 隧道橫斷面布置

橋隧結(jié)合過江方案隧道部分?jǐn)嗝娣譃殍F路隧道、軌道交通隧道、市政公路隧道3種，滿足“4線鐵路+6線公路”的公鐵合建形式，陸域段考慮分期建設(shè)模式，3種斷面結(jié)構(gòu)水平凈距約34～46 m；江域段3種斷面結(jié)構(gòu)水平凈距約46～240 m。

4 橋梁、隧道建設(shè)方案優(yōu)缺點比較

4.1 通行能力與交通功能

鐵路方面：橋梁方案為主汊跨度超過1 000 m，鐵路設(shè)計速度只能采用250 km/h，而隧道方案行車速度可設(shè)為350 km/h，隧道通行能力較強、速度條件較好。

4.2 運營條件

4.2.1 全天候運營條件

橋梁方案：橋面遠(yuǎn)高于江面，風(fēng)速大，加之江面空氣濕度較大、易產(chǎn)生江面大風(fēng)、大霧等惡劣天氣對行車影響大，特殊條件下需要關(guān)閉。隧道方案：以隧道方式下穿長江主汊，公路及鐵路行車受大風(fēng)、大雨等惡劣天氣的影響較小。

4.2.2 空氣質(zhì)量與大氣污染

橋梁方案：行車處于開放的環(huán)境條件，空氣質(zhì)量與周邊環(huán)境相同，相對較優(yōu)；隧道方案：隧道洞內(nèi)利用車行道上部富?？臻g作為排煙道，一氧化碳濃度、溫度、空氣質(zhì)量控制難度相對較大。

4.2.3 運營風(fēng)險

橋梁應(yīng)對火災(zāi)等偶發(fā)災(zāi)難性事故的能力較強，防災(zāi)、救援方便快捷。隧道車行道下部需布置疏散通道[3]，隧道深埋于地下，空間相對封閉，逃生救援條件與橋梁方案相比較差。

4.2.4 運營維修成本

橋梁方案大修（索具更換）成本相對較高且較為頻繁，但是管理運營費用及設(shè)備能耗低；隧道方案主體結(jié)構(gòu)基本免維護(hù)，但是管理運營費用與設(shè)備能耗高。此外，本項目大跨度橋梁需采用有砟軌道，工務(wù)維護(hù)作業(yè)量大。公路隧道維修養(yǎng)護(hù)費用主要是通風(fēng)、抽排水及電力照明等，隧道通風(fēng)主要為養(yǎng)護(hù)通風(fēng)、阻塞通風(fēng)和火災(zāi)通風(fēng)，運營通風(fēng)可以充分利用列車活塞風(fēng)進(jìn)行換氣通風(fēng)，不需要機(jī)械通風(fēng)。

4.3 施工難度及工程風(fēng)險

目前，我國在大跨度橋梁和水底隧道施工方面已積累了豐富的經(jīng)驗，工程實例多，風(fēng)險可控，工期有保障。隧道施工基本不受長江汛期影響，風(fēng)險主要來自地質(zhì)因素，本工程盾構(gòu)穿越地層較為復(fù)雜，涉及粉砂、粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化、弱風(fēng)化凝灰?guī)r等地層，軟硬不均地層施工難度大，對設(shè)備配置和施工經(jīng)驗等綜合施工能力要求高。

4.4 對防洪、通航及岸線的影響比較

4.4.1 對河勢及水流狀況的影響

橋梁方案江中設(shè)置有橋墩，對河勢及水流狀況有一定影響；隧道方案位于長江河床以下，對河勢及水流狀態(tài)無影響。

4.4.2 對通航的影響

橋梁方案通過合理布置孔跨和墩位可以滿足通航要求，但會對港口和航運的發(fā)展空間帶來一定的限制；隧道建成以后，對通道無影響，有利于長江航道的長久可持續(xù)發(fā)展。

4.4.3 船只碰撞

橋梁方案無法避免船橋碰撞，需設(shè)置防撞裝置；隧道結(jié)構(gòu)位于河床以下，不受船只碰撞影響，

4.4.4 對岸線影響

橋位處現(xiàn)狀沒有大型碼頭，但規(guī)劃有港區(qū)。橋梁占用一定的岸線資源，對岸線開發(fā)利用產(chǎn)生不利影響；隧道則基本不影響。

4.5 對周邊環(huán)境和景觀的影響比較

橋梁采用懸索橋或斜拉橋結(jié)構(gòu)，可以成為地標(biāo)和人造景觀。但橋梁全線架立于地上，車輛尾氣、噪聲等對周邊環(huán)境影響較大。隧道大部分位于地下，基本保持周邊自然風(fēng)貌，環(huán)境影響較小。

4.6 對區(qū)域土地使用的影響比較

橋梁方案需對周邊鄰近敏感建筑物進(jìn)行環(huán)保拆遷，土地的用途受到嚴(yán)格的制約，同時橋梁方案與地面接線道路及匝道銜接便利，有利于城市的整體規(guī)劃。隧道方案建設(shè)相對靈活，占用土地范圍較小，工程費用本身相差較小，功能上也能滿足巢馬鐵路以及江心洲與主城區(qū)的市政交通溝通需求。

4.7 對國防戰(zhàn)備的影響比較

隧道深埋于地下，利于戰(zhàn)備，且受到直接命中的概率較低；橋梁易成為戰(zhàn)時攻擊目標(biāo)，易受攻擊。

4.8 建設(shè)工期及工程造價

橋梁方案施工工期5年，隧道方案施工工期約為4.5年。公鐵合建橋梁方案工程總投資約為121億元，隧道方案工程總投資額約為102億元（其中，市政道路隧道段和軌道交通隧道工程可以結(jié)合既有長江大橋的車流量情況，靈活決策實施時機(jī)，近期雙線鐵路投資約40億元）,對于全壽命周期成本的養(yǎng)護(hù)維修費（100年），隧道方案約61.2億元（鐵路隧道12.5億元，公路隧道48.6億元），橋梁方案約23.5億元，橋梁方案合計總投資較隧道方案節(jié)省約14.7億元。

5 推薦意見

綜上所述，橋梁與隧道過江方案各有特點，隧道方案工程投資相對較省，但綜合全壽命周期成本的養(yǎng)護(hù)維修費，橋方案可節(jié)省14.7億元；同時，橋梁方案行政審批難度相對較小，施工、運營方面條件相對較好，與地方規(guī)劃吻合。經(jīng)研究，推薦公鐵合建橋梁過江方案，規(guī)模為“四線鐵路+六線市政公路”。