廣深港客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)跨越珠江段工程特性分析

廣深港客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)跨越珠江段工程特性分析

廣州至深圳的航線(xiàn)從新廣州站出發(fā)，途經(jīng)廣州、東莞和深圳，止于深港交界處，全長(zhǎng)116公里。全線(xiàn)設(shè)5個(gè)站,速度目標(biāo)值按線(xiàn)下350km/h、運(yùn)營(yíng)速度300km/h考慮;其中,跨越珠江是本線(xiàn)的控制工程。11.1河流、湖塘、沖積-海積平原區(qū)廣深港客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)跨越珠江段位于珠江三角洲平原地區(qū),地屬?zèng)_積、沖積-海積平原區(qū),地形平坦開(kāi)闊,地面相對(duì)高差<6.0m,地表水發(fā)育,河流、湖塘縱橫;珠江河床寬約4km,地勢(shì)起伏較大,并有小虎島、沙仔島、海鷗島等江中島嶼。1.2沙仔島汽車(chē)物流貿(mào)易區(qū)珠江西岸屬?gòu)V州市南沙經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)與番禺區(qū)交界處。根據(jù)廣州市規(guī)劃,擬在南沙經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)管轄區(qū)域建設(shè)國(guó)際汽車(chē)產(chǎn)業(yè)園,距越江線(xiàn)位較近的區(qū)域主要為規(guī)劃汽車(chē)零部件生產(chǎn)用地;同時(shí),在沙仔島上正在建設(shè)廣州港南沙沙仔島汽車(chē)混裝碼頭工程及汽車(chē)物流貿(mào)易區(qū)。根據(jù)東莞市規(guī)劃,珠江東岸規(guī)劃有虎門(mén)港沙田港區(qū)(12個(gè)5萬(wàn)t級(jí)集裝箱泊位),并有配套物流園區(qū),該園區(qū)包括全封閉監(jiān)管保稅倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)和普通物流區(qū)。目前5號(hào)、6號(hào)泊位碼頭已開(kāi)工建設(shè)。1.3航道寬10m線(xiàn)路經(jīng)過(guò)處珠江為出海航道,目前該航道段維護(hù)水深為-11.5m,航道寬160m,可乘潮進(jìn)出5萬(wàn)t級(jí)船舶。該段航道規(guī)劃水深-14.0m,底寬200m,可乘潮進(jìn)出8萬(wàn)t級(jí)船舶。1.4第四系基巖固結(jié)穩(wěn)定巖石組構(gòu)形式根據(jù)地質(zhì)勘察成果,該段位于東莞盆地西翼,該盆地由白堊-第三系地層組成。珠江越江段地層主要由第四系新近期人工填土層及種植土層;第四系沖洪積流塑～軟塑的淤泥及淤泥層,飽和,松散～中密粉細(xì)砂、中粗砂及軟塑狀粉質(zhì)黏土組成;區(qū)內(nèi)基巖為上第三系(N1)泥質(zhì)砂巖、泥巖。第四系固結(jié)程度差,工程性能較差,具有壓縮性較高而強(qiáng)度較低的特點(diǎn),工程特性具不均勻性;下伏基巖第三系(N1)泥質(zhì)砂巖,在河床中間基巖埋深為22～28m,呈全風(fēng)化～弱風(fēng)化,承載力特征值1.5場(chǎng)地土的類(lèi)型根據(jù)外業(yè)原位測(cè)試,依據(jù)《鐵道工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ—111)的有關(guān)規(guī)定,本線(xiàn)路場(chǎng)地土的類(lèi)型為軟弱場(chǎng)地土,建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi),本線(xiàn)路的抗震設(shè)防烈度為7度,地震動(dòng)峰值加速度為0.102研究越江位置和形式的確定越珠江工程是本線(xiàn)的控制工程,根據(jù)地方規(guī)劃、航道通航等級(jí)要求、工程地質(zhì)條件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、線(xiàn)形、投資、施工工期和運(yùn)營(yíng)等因素,對(duì)越江位置進(jìn)行綜合論證,同時(shí)對(duì)越江形式(橋梁還是隧道方案)進(jìn)行研究比選。2.1研究方案結(jié)合廣深港客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)大的線(xiàn)路走向、沿線(xiàn)經(jīng)濟(jì)點(diǎn)分布、珠江兩岸港口布局、通航要求、工程技術(shù)條件及投資等控制因素,主要研究了海鷗島方案、沙仔島方案(中穿虎門(mén)港沙田港區(qū))、南繞虎門(mén)港沙田港區(qū)方案、大嶺山方案等4個(gè)珠江橋位方案。(1)沙港區(qū)橋位方案因?yàn)樵摼€(xiàn)路與廣州市城市規(guī)劃不協(xié)調(diào),對(duì)廣州新沙港區(qū)有一定影響,穿過(guò)城鎮(zhèn)較多,拆遷工程較大,地方政府反對(duì),且與河流成87°夾角,投資成本比其他橋位方案高6000萬(wàn)元以上。(2)南繞港小虎島危險(xiǎn)港區(qū)方案該線(xiàn)路雖然避開(kāi)了虎門(mén)港沙田港區(qū),但又從規(guī)劃的魚(yú)窩頭鎮(zhèn)中心工業(yè)區(qū)中間穿過(guò),穿越南沙經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)國(guó)際汽車(chē)產(chǎn)業(yè)園,與地方規(guī)劃相矛盾;線(xiàn)路同時(shí)穿南沙港小虎島危險(xiǎn)品港區(qū),距粵海小虎油庫(kù)僅為270m,不滿(mǎn)足安全要求;線(xiàn)路于珠江呈86°交角,投資比海鷗島方案多3000萬(wàn)元,沒(méi)有多大優(yōu)勢(shì)。(3)中穿規(guī)劃虎門(mén)港沙港區(qū)方案該線(xiàn)路順直,線(xiàn)型較好,橋位處與珠江正交,應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)比較好的橋位,但該方案最大的問(wèn)題是,中穿規(guī)劃的虎門(mén)港沙田港區(qū),對(duì)虎門(mén)港造成極大的干擾,地方政府強(qiáng)烈反對(duì);同時(shí)橋位穿越69號(hào)、71號(hào)錨地,對(duì)船泊通航生產(chǎn)有較大影響,航道部門(mén)反對(duì)該方案;與南沙經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)國(guó)際汽車(chē)產(chǎn)業(yè)園用地有一定沖突;而投資比沙仔島方案僅省1.1億元。(4)橋位方案建議該線(xiàn)路能較好地與城市規(guī)劃適應(yīng),基本上行走于跨江高壓走廊內(nèi),與珠江兩岸的城市建設(shè)規(guī)劃干擾小,與廣州市地鐵4號(hào)線(xiàn)的慶盛站換乘方便,并存在與規(guī)劃的珠二環(huán)公路進(jìn)行公鐵合建的條件,線(xiàn)路基本從虎門(mén)港沙田港區(qū)北側(cè)經(jīng)過(guò),對(duì)沙田港區(qū)影響小;投資適中,為51.8億元。通過(guò)綜合比較,由于海鷗島方案與珠江兩岸的城市建設(shè)規(guī)劃干擾小,投資適中,并存在與規(guī)劃的珠二環(huán)公路進(jìn)行公鐵合建的條件,推薦為最佳橋位方案。結(jié)合珠江三角洲城際軌道交通線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃(主要是廣深城際線(xiàn)和小攬至虎門(mén)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)工程)和珠二環(huán)高速公路,研究了雙線(xiàn)鐵路橋、雙線(xiàn)公鐵合建橋、四線(xiàn)公鐵合建橋3個(gè)橋梁方案。研究結(jié)論認(rèn)為:城際線(xiàn)走向及預(yù)留還是不預(yù)留尚不確定;小欖至虎門(mén)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)研究建議聯(lián)絡(luò)線(xiàn)不與廣深港客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)共用橋位,原則上應(yīng)按取直方案修建。若鐵路橋僅為兩線(xiàn),而公路橋?yàn)殡p向8車(chē)道,橋面寬度相差太大,主次關(guān)系發(fā)生變化,結(jié)構(gòu)上合建難度很大。根據(jù)通航論證初步結(jié)論,橋式方案設(shè)計(jì)研究了連續(xù)鋼桁拱(孔跨:132m+132m+408m+408m+132m+132m)和斜拉柔性拱組合主(孔跨:132m+132m+408m+408m+132m+132m)兩種橋式方案,主通航孔凈高60m。2.2個(gè)隧道方案比選影響隧址方案的邊界條件主要為:位于珠江西岸的廣州南沙經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、廣州港南沙沙仔島碼頭、珠江河床最低高程、船舶拋錨錨地(影響深度)、虎門(mén)港沙田港區(qū)碼頭及東莞沙田規(guī)劃區(qū)等。依據(jù)線(xiàn)路與以上邊界條件的相互關(guān)系,并結(jié)合線(xiàn)路最大限坡方案,設(shè)計(jì)中進(jìn)行了3個(gè)線(xiàn)位(貫通線(xiàn)位、大嶺山線(xiàn)位及立沙線(xiàn)位)、5個(gè)隧址(貫通方案、小取直方案、大取直方案及大嶺山方案、立沙方案)的比較,由于大嶺山方案和立沙方案在線(xiàn)路上存在諸多缺點(diǎn),與地方規(guī)劃沖突,且隧址本身與貫通方案相比,施工難度更大、造價(jià)更高,因此不予推薦。在貫通隧址方案附近進(jìn)行海鷗島方案、沙仔島小取直方案、沙仔島大取直方案比較。3個(gè)隧址方案相距不遠(yuǎn),地質(zhì)條件相近。(1)海鷗島方案,基本采用最佳橋位的線(xiàn)位,珠江隧道長(zhǎng)11020m,線(xiàn)路長(zhǎng)度比沙仔島大取直方案長(zhǎng)598m,工程投資53.8億元。(2)沙仔島小取直方案,線(xiàn)路較海鷗島方案短248m,但兩端車(chē)站較難設(shè)置,珠江隧道長(zhǎng)10965m,比較范圍工程投資53.5億元。(3)沙仔島大取直方案,線(xiàn)路最為順直,珠江隧道長(zhǎng)10800m,比較范圍工程投資52.9億元。經(jīng)綜合比較,雖然沙仔島大取直方案隧道要下穿虎門(mén)港沙田港區(qū)5號(hào)、6號(hào)泊位,但隧道位于地面45m以下,不影響港區(qū)工程;以隧道下穿沙田港物流園區(qū),保證了該園區(qū)的整體性,東莞市支持該方案。同時(shí),該方案線(xiàn)形順直,珠江隧道大部分位于直線(xiàn)上;隧道短,工程投資最省。故推薦沙仔島大取直方案為最佳隧址方案。對(duì)沉管法與盾構(gòu)法隧道方案進(jìn)行了綜合分析比較,兩種修建方法各有優(yōu)缺點(diǎn),在實(shí)施上均是可行的,都能滿(mǎn)足高速列車(chē)運(yùn)行要求,國(guó)際上也都有類(lèi)似工程實(shí)例。但盾構(gòu)法隧道方案施工對(duì)通航及航道規(guī)劃無(wú)影響,對(duì)環(huán)境影響小,運(yùn)營(yíng)安全性高,造價(jià)低,因此推薦采用盾構(gòu)法隧道方案。盾構(gòu)法采用由兩頭向中間同時(shí)盾構(gòu)掘進(jìn),可滿(mǎn)足工期要求。另外,研究了20‰、30‰和35‰不同坡度隧址方案比選。雖然采用35‰坡度隧址方案,投資可減少2.3億元,但該方案與南沙經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)國(guó)際汽車(chē)產(chǎn)業(yè)園用地及其碼頭有沖突;廣深港是武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的延伸線(xiàn),武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)最大坡度僅20‰,若廣深港采用大于20‰坡度,既與武廣標(biāo)準(zhǔn)不一樣,同時(shí)可能會(huì)影響到今后車(chē)輛選型。運(yùn)用TTISIM動(dòng)力學(xué)仿真軟件,對(duì)高速列車(chē)以300/200km/h速度匹配條件下,30‰和35‰坡度隧址方案輪軌橫向相互作用出現(xiàn)了異常振動(dòng),導(dǎo)致列車(chē)的部分安全性指標(biāo)值超出了安全限值,且舒適性指標(biāo)也接近了合格限值之邊緣;而采用20‰坡度隧址方案,其所有安全性指標(biāo)及舒適性指標(biāo)均能滿(mǎn)足高速行車(chē)要求,動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)良好。故放棄30‰和35‰坡度隧址方案。3施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)在選出最佳橋梁橋址方案和最佳隧道隧址方案的基礎(chǔ)上,對(duì)最佳橋梁橋址方案和最佳隧道隧址方案進(jìn)行多方面論證;廣泛征求航道、港務(wù)、地方規(guī)劃、交通、水利等相關(guān)部門(mén)的意見(jiàn),對(duì)最佳橋梁橋址方案和最佳隧道隧址方案,從航道、河道、城市環(huán)境與規(guī)劃、兩岸港口碼頭規(guī)劃、建橋和建隧技術(shù)、橋梁孔跨、橋式方案、隧道斷面、結(jié)構(gòu)形式、施工組織方案、兩端鐵路接線(xiàn)條件等方面,進(jìn)行比較分析。隧道方案與橋梁方案比較,雖然投資貴了1.0億元,但隧道方案具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)雖然橋隧方案線(xiàn)形均滿(mǎn)足本線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,但隧道方案線(xiàn)形更好,更順直,線(xiàn)路更短(短598m)。(2)橋梁方案主跨孔跨達(dá)408m,主通航孔凈高60m,如此大的孔跨和凈高,要滿(mǎn)足350km/h的速度目標(biāo)值,在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有先例;而隧道方案技術(shù)相對(duì)要成熟,施工風(fēng)險(xiǎn)小。(3)越江處珠江出海航道,航運(yùn)繁忙,現(xiàn)乘潮進(jìn)出5萬(wàn)t級(jí)船舶,規(guī)劃二期工程后可乘潮進(jìn)出8萬(wàn)t級(jí)船舶。采用隧道方案越江,不破壞河床的自然形態(tài),不改變隧址處的通航條件,有利于航運(yùn)的持續(xù)發(fā)展和暢通,有利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。橋梁方案橋位上下游附近港口,該處過(guò)往、作業(yè)船只較多,雖說(shuō)各自安全都可得到保證,但相對(duì)以隧道通過(guò)而言,其中的不利仍然存在的。(4)該區(qū)域人地資源矛盾突出,環(huán)境壓力大。以隧道方案通過(guò),占地少,地方政府及規(guī)劃部門(mén)十分認(rèn)同與支持。(5)珠江入?？诘貐^(qū)臺(tái)風(fēng)、雷暴等災(zāi)難性天氣出現(xiàn)較多,在臺(tái)