珠三角城際鐵路敷設(shè)方式研究

蔡俊華

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

1 不同敷設(shè)方式的工程造價(jià)指標(biāo)分析

采用不同的線路敷設(shè)方式，工程投資差別很大，一般以地下線最高，高架線其次，地面線最低。通過對(duì)穗莞深城際、佛肇城際項(xiàng)目資料統(tǒng)計(jì)分析，高架線、地下線的工程造價(jià)指標(biāo)如表1所示。

表1 珠三角城際不同敷設(shè)方式指標(biāo)

由表1可以看出，地下線的造價(jià)指標(biāo)大大高于高架線，折合成雙線公里，地下線每公里造價(jià)約為高架線的1.5～2.4倍；地下車站造價(jià)約為高架車站的1.7～3.0倍。

根據(jù)上述不同線路敷設(shè)方式造價(jià)指標(biāo)分析，一般以地下線最大，高架線其次，地面線最小。因此從節(jié)約工程投資考慮，應(yīng)優(yōu)先采用地面敷設(shè)，其次采用高架敷設(shè)，慎用少用地下敷設(shè)。不同的敷設(shè)方式適用條件如下。

(1)高架線

在平原良田地區(qū)、城市郊區(qū)建筑物稀少地段、中心城區(qū)有合適的城市道路具有高架條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用高架線的敷設(shè)方式；當(dāng)城市道路不具備高架條件時(shí)，如果道路兩側(cè)(或一側(cè))沒有高層和重點(diǎn)建筑，可考慮拆遷道路一側(cè)建筑、加寬道路，采用道路中間或一側(cè)高架方式通過；當(dāng)局部地段不具備高架條件時(shí)，也可考慮采用繞行高架通過方式，以避免采用地下敷設(shè)方式而增加工程投資。

(2)地面線

當(dāng)城際線路遠(yuǎn)離城市，位于山嶺、丘陵地區(qū)，且地形、地質(zhì)條件許可時(shí)，可采用地面線的線路敷設(shè)方式。

(3)地下線

只有當(dāng)線路位于大城市的中心城區(qū)，建筑物密集，城市道路不具備高架條件，也沒有加寬道路可能和繞行條件時(shí)，才采用地下線的敷設(shè)方式；當(dāng)線路穿越城市附近的江河湖泊，受通航、港口、碼頭及城市建筑控制時(shí)，也可采用地下敷設(shè)方式。

2 沿城市道路布設(shè)對(duì)不同敷設(shè)方式的工程技術(shù)要求

2.1 高架敷設(shè)

(1)城際鐵路墩臺(tái)寬度統(tǒng)計(jì)和分析

對(duì)在建或建成的城際鐵路橋梁進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同高度的橋梁在承臺(tái)處的墩臺(tái)橫向?qū)挾取?/p>

(2)滿足高架布線的條件和要求

①城市道路線型順直，道路走向與城際鐵路相同，是城際鐵路沿城市道路高架布線的首要條件。

②當(dāng)沿城市道路的一側(cè)布線時(shí)，該側(cè)臨近道路旁無(wú)密集的建筑物，無(wú)環(huán)境敏感單位。

③沿綠化帶高架布線時(shí)，綠化帶要有足夠的寬度。

④當(dāng)城際鐵路高架橋墩占用部分路幅寬度需還建時(shí)，應(yīng)有拓寬路幅的用地。

⑤沿城市道路無(wú)既有地鐵或規(guī)劃地鐵。

(3)既有城市道路不滿足高架條件時(shí)的解決辦法和措施

①既有道路平面標(biāo)準(zhǔn)較低

城際鐵路設(shè)計(jì)行車速度為200 km/h及以上，最小平面曲線半徑較大，對(duì)線型要求較高。當(dāng)城市道路標(biāo)準(zhǔn)較低時(shí)，若城際鐵路沿城市道路布線，可能會(huì)以小夾角反復(fù)跨越城市道路，影響城市道路行車視距；城際鐵路會(huì)增加大量的特殊結(jié)構(gòu)跨越城市道路，同時(shí)增加了施工對(duì)城市道路的干擾。根據(jù)實(shí)際情況，可采取以下措施。

②城市道路沒有中間綠化帶或中間綠化帶寬度不足

城市道路斷面如有足夠的寬度，道路兩側(cè)建筑物之間的距離達(dá)到50 m以上，道路順直，曲線半徑較大，即使道路沒有中間綠化帶，也可以采取措施滿足城際鐵路高架條件。

③城市道路寬度不足

當(dāng)城市道路寬度不足，道路兩側(cè)建筑物之間的距離小于50 m時(shí)，沿現(xiàn)狀道路高架一般難以滿足環(huán)保對(duì)噪聲、振動(dòng)等方面的要求，這時(shí)必須對(duì)道路進(jìn)行拓寬，重新調(diào)整道路斷面，增設(shè)中央綠化帶，城際鐵路沿中央綠化帶高架。為減少拆遷工程，道路拓寬可選擇建筑物較少、沒有高層和重點(diǎn)建筑的一側(cè)拓寬，另一側(cè)不動(dòng)。

2.2 地下敷設(shè)

(1)盾構(gòu)法施工的布線條件和要求

城際鐵路沿城市道路地下敷設(shè)，當(dāng)采用盾構(gòu)法施工時(shí)，一般按兩條單線隧道布置。時(shí)速200 km的城際鐵路，采用盾構(gòu)法施工的盾構(gòu)機(jī)外徑為9.5 m左右，兩隧道之間一般須留有1倍外徑的安全距離，所以兩條單線隧道的線間距需19 m；再考慮隧道外側(cè)距城市建筑物的距離2～3 m，因此當(dāng)城市道路兩側(cè)建筑物的距離達(dá)到34.5 m時(shí)，即可滿足盾構(gòu)法施工的布線條件，個(gè)別困難地段可適當(dāng)減小。

(2)明挖法施工的布線條件和要求

城際鐵路沿城市道路地下布設(shè)，當(dāng)采用明挖法施工時(shí)，一般采用雙線一次開挖，兩隧道中間加隔墻的隧道結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)建筑限界計(jì)算，兩線線間距需達(dá)到7.6 m，再考慮隧道外側(cè)距城市建筑物的2～3 m的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和安全距離，因此城市道路兩側(cè)建筑物之間的距離達(dá)到21 m時(shí)即可滿足明挖法施工的布設(shè)條件

(3)礦山法施工的布線條件和要求

在城市建成區(qū)，受道路兩側(cè)建筑物的控制，一般不采用礦山法施工。只有當(dāng)城市道路兩側(cè)建筑物尚未建成，或只有少量建筑物(可以拆遷)，且隧道埋深較深、地質(zhì)條件較好時(shí)，才考慮采用礦山法施工。

礦山法施工，若按雙線隧道布置，隧道橫向的結(jié)構(gòu)寬度約為13.5 m，隧道兩側(cè)考慮距規(guī)劃的建筑物的安全距離各3 m。所以，當(dāng)城市道路紅線寬度達(dá)到20 m時(shí)，即可滿足雙線隧道礦山法施工的布線條件。

礦山法施工，若按兩座單線隧道布置，單線隧道橫向的結(jié)構(gòu)寬度約為8.6 m，兩隧道之間一般考慮2倍洞徑的安全凈距，局部困難地段可按1.5倍洞徑控制，隧道兩側(cè)考慮距規(guī)劃的建筑物安全距離各3 m。所以，當(dāng)城市道路紅線寬度達(dá)到40 m左右時(shí)，才能滿足兩座單線隧道礦山法施工的布線條件；局部困難地段可縮小到34 m左右。

3 影響線路敷設(shè)方式的控制因素

3.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

目前，國(guó)內(nèi)城際鐵路穿越巖溶地區(qū)一般采用高架敷設(shè)，而地下區(qū)間的施工工法一般分為明挖法、盾構(gòu)法、暗挖法，應(yīng)結(jié)合不同的工法穿越巖溶地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策作分析。

(1)明挖隧道

對(duì)于地面場(chǎng)地條件開闊，交通流量較小時(shí)，可采用明挖法施工。對(duì)于明挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)底板下，應(yīng)加密鉆孔，以摸清溶土洞的分布情況，再選擇合適的方法進(jìn)行處理。

一般在巖溶地區(qū)施工明挖隧道，在溶洞處理完好，避免發(fā)生大量突水現(xiàn)象的前提下，不會(huì)對(duì)周邊建構(gòu)筑物造成較大影響。但國(guó)內(nèi)在巖溶地區(qū)施工明挖地下結(jié)構(gòu)時(shí)，也發(fā)生由于溶洞調(diào)查不明，突發(fā)基底涌水的事故先例。

(2)盾構(gòu)隧道

對(duì)于可能存在的巖溶對(duì)盾構(gòu)隧道的危害主要表現(xiàn)在：

①大的巖溶危害盾構(gòu)的掘進(jìn)，可能造成盾構(gòu)機(jī)的卡位、栽頭等，影響盾構(gòu)機(jī)的正常掘進(jìn)及其姿態(tài)控制。

②盾構(gòu)在高強(qiáng)度的基巖中掘進(jìn)時(shí)需要開倉(cāng)換刀，垂直發(fā)育的巖溶可能與地下水貫通，對(duì)盾構(gòu)換刀的安全性存在影響。如果在陸地上換刀，也可能因?yàn)榈叵滤牧魇б鸬孛嫠荨?/p>

③溶巖裂隙的貫通，可能造成盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)漏漿、跑漿，進(jìn)而引起地面塌陷。

④溶洞的軟弱填充物可能引起開挖面坍塌和造成管片受力不均、偏壓等情況，影響施工安全及結(jié)構(gòu)安全。

由上可見，對(duì)盾構(gòu)隧道而言，穿越巖溶地層蘊(yùn)藏著較大施工風(fēng)險(xiǎn)，但在不得已須以盾構(gòu)穿越巖溶地區(qū)時(shí)，通過詳細(xì)勘探及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)明確巖溶地區(qū)的范圍，經(jīng)過工程處理后，一般也可滿足盾構(gòu)施工安全要求。此外，對(duì)于沿線基礎(chǔ)較差的建筑物，還需要采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)和加固措施，目前國(guó)內(nèi)外已有成功穿越巖溶地層的盾構(gòu)隧道工程實(shí)例。

(3)暗挖隧道

暗挖隧道穿越巖溶地區(qū)時(shí)，主要風(fēng)險(xiǎn)在于：洞內(nèi)突水風(fēng)險(xiǎn)、地下水大量流失引起周邊建筑物沉降等。

暗挖隧道穿越巖溶地區(qū)時(shí)，應(yīng)加密地質(zhì)鉆孔探明溶土洞的分布情況，并予以相應(yīng)處理。對(duì)于鉆孔未揭示的溶土洞，由于可能其中富含大量的巖溶水，從而出現(xiàn)較大的噴涌，危及隧道施工人員及整個(gè)隧道的安全，故應(yīng)特別加強(qiáng)暗挖隧道施工過程中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。此外應(yīng)切實(shí)做好施工過程中的止水措施，減少地下水流失。國(guó)內(nèi)也有部分隧道在穿越巖溶地區(qū)的施工過程中出現(xiàn)較大問題，如武廣客專金沙洲隧道，在巖溶地層中采用暗挖法施工，引起周邊約1 000 m范圍內(nèi)的房屋大面積沉陷和地面塌陷，主要原因在于施工止水措施未實(shí)施、表層地層松軟和巖溶本身存在較大的探測(cè)難度。

綜合來(lái)說(shuō)，巖溶地區(qū)隧道采用暗挖法施工是風(fēng)險(xiǎn)最高的。

因此，由于隧道在穿越巖溶地層時(shí)，存在突水、噴涌、沉降等風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)周邊建構(gòu)筑物會(huì)造成極大安全隱患，甚至影響人身安全，因此在選擇敷設(shè)方式時(shí)，應(yīng)盡量避免以地下敷設(shè)方式穿越巖溶地區(qū)。在受地方規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等因素不得已須以隧道方式穿越的情況下，必須做好勘探加密工作，針對(duì)揭示的溶洞分布情況、形態(tài)大小、隧道工法等因素，做好巖溶處理工作，同時(shí)對(duì)周邊建筑物根據(jù)其本身結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式以及與隧道的相對(duì)關(guān)系，采取適當(dāng)?shù)募庸毯捅Ｗo(hù)措施，此外，在施工中還須做好應(yīng)急預(yù)案，備足搶險(xiǎn)物質(zhì)，以降低隧道施工風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 環(huán)境保護(hù)要求

(1)聲環(huán)境

高架區(qū)段噪聲源主要為列車運(yùn)行產(chǎn)生的輪軌噪聲、橋梁結(jié)構(gòu)噪聲、制動(dòng)噪聲和車輛設(shè)備噪聲；其跟車流量、速度目標(biāo)值、車輛選型以及車輛編組等因素密切相關(guān)，車流量越大、速度目標(biāo)值越高、車輛編組越多，噪聲影響范圍越大。

風(fēng)亭風(fēng)機(jī)是地下線路最為突出的噪聲源，在采取加強(qiáng)消聲設(shè)計(jì)和采用低噪聲風(fēng)機(jī)后，影響范圍大幅減少。

高架線路的噪聲呈線源特征，影響范圍和程度均較大，對(duì)城際鐵路附近的第一排噪聲敏感建筑如不采取聲屏障措施，夜間將不滿足功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求。在采取設(shè)置直立式聲屏障后，噪聲的影響范圍大為減小，但仍會(huì)對(duì)聲環(huán)境質(zhì)量要求較高的功能區(qū)產(chǎn)生影響，需將加高聲屏障或者將直立式改為封閉式以增強(qiáng)隔聲效果，但線路兩側(cè)若是高樓層住宅，直立式聲屏障隔聲效果將隨著樓層增高而減弱，需將聲屏障改為封閉式。由于珠三角區(qū)域?qū)儆谂_(tái)風(fēng)區(qū)域，直立式聲屏障高度不宜過高，而封閉式聲屏障設(shè)置的投資較大，大規(guī)模采用對(duì)工程造價(jià)影響大。從規(guī)劃控制而言，珠三角區(qū)域土地資源寶貴，而高架線路沿線地塊在噪聲達(dá)標(biāo)防護(hù)距離內(nèi)不宜建設(shè)居民住宅、學(xué)校、醫(yī)院等噪聲敏感建筑，因此高架敷設(shè)方式對(duì)沿線土地利用也有較大影響。

(2)振動(dòng)環(huán)境影響分析

列車運(yùn)行時(shí)，由于車輪與鋼軌之間產(chǎn)生撞擊振動(dòng)，經(jīng)軌枕、道床傳遞至橋梁或隧道襯砌及其基礎(chǔ)，再由基礎(chǔ)傳遞給地面，從而引起附近地面建筑物振動(dòng)，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，它與線路條件、列車運(yùn)行速度、列車類型、列車軸重、地質(zhì)條件等因素直接相關(guān)。

采用高架敷設(shè)方式時(shí)，由于線路兩側(cè)會(huì)有一定的用地范圍，且沿線建筑會(huì)較紅線有一定的退讓，故高架段振動(dòng)基本能夠滿足各功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求。

對(duì)于地下段，城際軌道交通的振動(dòng)源強(qiáng)較高架段大，振動(dòng)影響范圍較大。地下段列車運(yùn)行速度越高、埋深越淺，城際軌道交通振動(dòng)影響范圍越大，需要對(duì)軌道采取減振措施以減小對(duì)環(huán)境的影響。

但目前城際軌道交通振動(dòng)影響有較成熟的治理措施，在規(guī)劃實(shí)施中主要根據(jù)影響程度采取減振措施或加大埋深，以及對(duì)待開發(fā)區(qū)域進(jìn)行空間用地控制，振動(dòng)影響是可控的，一般不會(huì)成為確定線路敷設(shè)方式的控制因素。

(3)水環(huán)境影響分析

珠三角區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)密集、水系發(fā)達(dá)，且區(qū)域內(nèi)居民主要以地表水體作為飲用水源，區(qū)域水源保護(hù)區(qū)分布較多。根據(jù)《中華人民共和國(guó)水污染防治法》中第五十八的規(guī)定“禁止在飲用水水源一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)新建、改建、擴(kuò)建與供水設(shè)施保護(hù)水源無(wú)關(guān)的建設(shè)項(xiàng)目”。

對(duì)于可能涉及水源保護(hù)區(qū)的規(guī)劃線路，在選線中應(yīng)盡量繞避一級(jí)水源保護(hù)區(qū)；對(duì)于線路無(wú)法避讓的二級(jí)水源保護(hù)區(qū)及準(zhǔn)水源保護(hù)區(qū)的路段，可采用地下敷設(shè)方式下穿以減少對(duì)水源保護(hù)區(qū)的不良影響。

(4)電磁環(huán)境影響分析

城際鐵路均采用動(dòng)車組、電力牽引，由于電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)因受電弓和接觸網(wǎng)滑動(dòng)接觸會(huì)產(chǎn)生脈沖型電磁污染，地下敷設(shè)由于受到隧道遮蔽不會(huì)對(duì)外環(huán)境產(chǎn)生電磁污染，而高架線將產(chǎn)生脈沖型電磁污染，但由于沿線經(jīng)濟(jì)條件好，居民絕大多數(shù)采用閉路電視，其電視收看效果不會(huì)受到列車電磁影響。

(5)景觀影響分析

從景觀效果來(lái)看，地下線對(duì)景觀影響主要表現(xiàn)在地下車站的出入口和風(fēng)亭，由于占地小，對(duì)景觀環(huán)境很小，通過景觀設(shè)計(jì)，車站的附屬結(jié)構(gòu)也可以成為亮麗的城市風(fēng)景。

4 結(jié) 論

綜上所述，從工程造價(jià)指標(biāo)分析，一般以地下線最大，高架線其次，地面線最小，同時(shí)地下工程施工風(fēng)險(xiǎn)極大，社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)難以控制。建議城際軌道交通原則上采用地面或高架敷設(shè)方式；當(dāng)線路穿越江河湖泊，受通航、港口及城市重要建筑控制，不具備高架條件，且不具備繞行條件時(shí)，經(jīng)論證后，可采用地下線的敷設(shè)方式；若地方政府提出由地面(或高架)調(diào)整為地下敷設(shè)方式并愿意承擔(dān)出資時(shí)，可以調(diào)整為地下敷設(shè)。