沿江高速鐵路上海至南通段線路方案研究

陳曉珠 曹 旭

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

線路方案研究是鐵路工程設(shè)計與建設(shè)中一項關(guān)系到全局的總體性工作。為了確定合理的線路走向方案，應(yīng)綜合考慮多方面控制因素，確保線路方案工程可靠、投資合理。樂重等對鐵路綜合選線原則進行了探討，認為選線時應(yīng)注重搜集相關(guān)資料，分析各影響因素并確定相應(yīng)的選線原則[1-2]；肖軍[3]從功能定位、城市規(guī)劃等角度，對上海至南通鐵路線路走向方案進行比較，最終確定了滿足地方規(guī)劃、車站布設(shè)適宜、實時性強的方案。程軍民[4]根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃、功能定位、經(jīng)濟據(jù)點、礦產(chǎn)及環(huán)境敏感點分布，經(jīng)多方案技術(shù)經(jīng)濟比選，確定了天津至承德鐵路的走向方案。李志鵬[5]對黑烏鐵路黑河至孫吳段建設(shè)方案的建設(shè)背景、技術(shù)標準、功能定位及路網(wǎng)構(gòu)成等方面進行論證，確定了合理的建設(shè)方案[6-7]。

以下借鑒相關(guān)文獻的研究方法及結(jié)論，并結(jié)合本段線路區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達、人口稠密、跨越長江等特點，抓住主要制約因素，充分考慮各影響因素并進行綜合比選，提出工程可行、經(jīng)濟合理的線路方案[7-8]。

2 沿線自然特征

2.1 地形地貌

本線所經(jīng)區(qū)域主要為長江三角洲平原區(qū)。

2.2 工程地質(zhì)特征

(1)地層巖性

沿線主要地層有第四系淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細砂、中粗砂等，厚度普遍大于100 m。

(2)地質(zhì)構(gòu)造

沿線均沉積厚度較大的新生代地層，地質(zhì)構(gòu)造深埋隱伏，無全新活動斷裂，地質(zhì)構(gòu)造對線路影響較小。

(3)工程地質(zhì)條件

沿線主要不良地質(zhì)為地震液化、地面沉降、有害氣體、崩塌滑坡；特殊巖土為軟土、松軟土、膨脹土(巖)及人工填土。

上海、南通大部區(qū)域的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層分布淺層天然氣，過江隧道應(yīng)采取排氣、通風及監(jiān)測措施。過江隧道結(jié)構(gòu)底板應(yīng)置于承載力較好的地層上。

2.3 河流與水文

本段線路水系發(fā)達，河網(wǎng)、溝渠密布。沿線河流主要有長江口南、北支，長江支流瀏河，長江口南支主航道可滿足5萬噸級集裝箱船全潮、5萬噸級散貨船滿載乘潮雙向通航，并兼顧10萬噸級集裝箱船和10萬噸級散貨船及20萬噸級散貨船減載乘潮通航。

2.4 自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)等環(huán)境敏感點

沿線環(huán)境敏感區(qū)眾多，主要有上海九段沙濕地(國家級)、長江口中華鱘(省級)、上海崇明東灘鳥類(國家級)等自然保護區(qū)，南通狼山(省級)、南通濠河(省級)等風景名勝區(qū)，還分布有多處飲用水水源保護區(qū)、地質(zhì)公園、水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)、濕地公園、森林公園、世界遺產(chǎn)等生態(tài)紅線規(guī)劃中規(guī)定的一級和二級管控區(qū)。

線路走向方案研究中，應(yīng)充分考慮沿線自然保護區(qū)、水利工程、文物保護單位、風景名勝區(qū)等環(huán)境敏感點的分布情況，在合理的工程條件下，選擇對生態(tài)環(huán)境影響最小的方案，若線路難以繞避，應(yīng)在設(shè)計和建設(shè)中加強處理措施，將工程對自然環(huán)境的影響降到最低，建設(shè)一條人與自然和諧共處的“綠色高鐵”。

3 過江方案研究

3.1 上海至南通段長江口概況

長江口在徐六涇以下由崇明島分為南、北兩支，南支被長興島分為南港、北港。長江河口具有多級分汊、較強的潮汐與徑流共同作用、水沙環(huán)境變化復(fù)雜、暗沙眾多等特征。南支河道主要發(fā)育有白茆沙，上、下扁擔沙，新瀏河沙，中央沙等，其中白茆沙為活動沙體，分布多條竄溝，白茆沙沙頭沖刷下移北靠，使扁擔沙沙體延續(xù)西沖尾淤的演變模式。南北港分汊口沙洲沖刷下移，不同部位下移速度不一，周期性出現(xiàn)原有沙洲衰亡和新沙洲產(chǎn)生的現(xiàn)象，河勢變化劇烈、頻繁。

根據(jù)《長江口航道發(fā)展規(guī)劃》，長江口徐六涇以下河段，將建成“一主兩輔一支”的航道體系，即以長江口主航道(深水航道)為“主”，北港航道和南槽航道為“輔”，北支航道為“支”的長江口航道體系。

3.2 橋梁過江方案研究

過江橋位受河勢、通航、港區(qū)、碼頭設(shè)施、錨地、沿江開發(fā)區(qū)、地區(qū)引入方案、水源保護區(qū)等因素控制。根據(jù)該段線路大致走向，主要研究蘇通大橋與上海長江隧道之間的橋梁過江方案(見圖1)。

圖1 橋梁過江示意

(1)蘇通大橋至南、北支分汊口段

長江南岸分布常熟港金涇塘區(qū)，江中北側(cè)為常熟海輪錨地，白茆沙南、北水道在此交匯，該段在蘇通大橋下游約8 km具有橋梁過江條件。該處河口寬7 km，跨越白茆沙南、北水道，通航水域?qū)?，一孔難以跨越，擬采用雙孔1 288 m主跨三塔懸索橋。

存在問題：橋址位于兩航道漸變分離段，不能滿足與航道正交的要求；水域航運繁忙，通航環(huán)境十分復(fù)雜，橋位對通航安全和長江黃金水道的航運發(fā)展極為不利；橋位緊鄰常熟海輪錨地，船舶在風、水流的作用下可能走錨，易發(fā)生撞船等事故。

參考滬通鐵路可研階段橋位研究成果，綜合考慮港區(qū)、錨地、河勢、航運影響及工程建設(shè)等因素，此段不宜設(shè)橋[9]。

(2)南、北支分汊口至吳淞口段

南、北支分汊口至瀏河口連續(xù)分布有太倉港的5個作業(yè)區(qū)，瀏河口至吳淞口分布有瀏河飲用水水源保護區(qū)、寶鋼水庫、陳行水庫(飲用水水源保護區(qū))、上海港羅涇港區(qū)、石洞口電廠、寶鋼集團等，岸線已被連續(xù)利用。

該段除長江口深水主航道外，還有白茆沙北航道，寶山南、北航道，新橋航道，航道資源豐富，航運繁忙，大型集裝箱船舶多。

結(jié)合兩岸港口現(xiàn)狀及規(guī)劃、航道分布、河勢變化，該段在瀏河口上游約5 km具有橋梁過江條件。該處河口寬約11 km，深水航道寬約1.1 km，橋址上游為太倉港茜涇港區(qū)，橋位可在太倉港瀏河錨地、危險品錨地之間穿過，擬采用主跨為1 512 m的斜拉懸吊橋。

存在問題：橋址區(qū)存在扁擔沙越灘水流，水沙條件復(fù)雜，主槽位置多年來擺幅較大，呈不穩(wěn)定狀態(tài)，1 512 m主跨已超國內(nèi)在建鐵路最大橋梁跨度，尚不能覆蓋深水航道變化，需對扁擔沙進行綜合治理，整治范圍廣、工程難度大、費用極高；橋位緊鄰危險品錨地，需對錨地進行遷改；橋位對大型海輪的通行及太倉港集裝箱碼頭船舶作業(yè)不利；江底軟土層厚，沖刷深，懸索橋錨碇的設(shè)置和施工面臨挑戰(zhàn)，工程風險和運營風險極高。

綜合考慮河勢、水文、航運、沿江港口、碼頭、錨地、地質(zhì)及工程建設(shè)規(guī)模等因素，該段不宜建橋。

(3)吳淞口至上海長江隧道段

吳淞口至上海長江隧道段分布有青草沙水庫(飲用水水源保護區(qū))、吳淞口錨地、上海港外高橋集裝箱港區(qū)，岸線已被利用；河道中央分布瑞豐沙縱向沙體，主槽斷面復(fù)雜，河勢不穩(wěn)，橋梁設(shè)置有難度，且航運繁忙，大型集裝箱船舶多，對航運極為不利。

滬陜高速公路以隧道方案穿越長江南港。參考滬陜高速跨南港研究成果，結(jié)合港區(qū)、錨地、河勢、航運及工程建設(shè)等因素，此段不宜設(shè)橋。

綜上分析，長江口南支主航道蘇通大橋至滬陜高速長江隧道段均不宜設(shè)橋，宜以隧道通過。以下結(jié)合線路走向方案及樞紐引入條件，研究合適的過江隧道位置。

4 線路方案研究

上海至南通段沿線及周邊分布有蘇州市下轄的太倉市，上海市下轄的崇明區(qū)，南通市下轄的海門市等經(jīng)濟據(jù)點。結(jié)合上海樞紐引入條件、過江通道選擇，自東至西研究了曹路接軌、楊行接軌、徐行接軌(經(jīng)崇明)、太倉接軌(經(jīng)崇明)、太倉接軌取直5個方案，其中太倉、徐行、楊行接軌方案均引自新建的上海北站(見圖2)。

圖2 上海至南通段方案比較示意

4.1 方案說明

(1)曹路接軌方案(方案Ⅰ)

線路自擬建滬通二期曹路站接軌，并行滬陜高速公路隧道過江，經(jīng)長興島、崇明區(qū)至啟東市，經(jīng)海門市北側(cè)至終點南通站，線路長149.635 km。該方案接軌于曹路站，無法引入上海北站，運輸徑路不合理，區(qū)段展線系數(shù)達1.32，與高鐵選線理念不符[10]。研究后予以舍棄。

(2)楊行接軌方案(方案Ⅱ)

線路自楊行站址改建上海北站接軌，地下敷設(shè)至石洞口隧道過江，經(jīng)崇明區(qū)、啟東市，折向西經(jīng)海門市北側(cè)至終點南通站，線路長124.156 km。該方案過江隧道長達18.5 km，江中設(shè)置豎井最大間距達11.5 km(超過國內(nèi)最長單頭掘進長度)，且豎井位于江中，需要筑島或圍堰施工，對通航及行洪影響巨大，工程難度大；長江南岸下穿石洞口煤氣制氣公司和寶山錨地，協(xié)調(diào)難度大，不確定性因素多；區(qū)段展線系數(shù)高達1.36，與高鐵選線理念不符[11-13]。研究后予以舍棄。

以下重點研究徐行接軌(經(jīng)崇明)、太倉接軌(經(jīng)崇明)及太倉接軌取直三個方案。

(3)徐行接軌(經(jīng)崇明)方案(方案Ⅲ)

①線路方案

線路自上海北站引出，于瀏河口隧道過江至崇明區(qū)西側(cè)，從青龍港跨越長江北支，于在建寧啟二期海門站東側(cè)新設(shè)海門東站，折向西至終點南通站，線路長111.000 km，過江隧道長13.740 km。

②隧道方案

選擇于瀏河口過江，江底南部河槽較深且陡，北部較緩，水深約23 m，歷史最大水深31 m，斷面水深變化曲線見圖3[14-16]，隧道概況見表1。

圖3 瀏河口斷面水深變化曲線

表1 瀏河口隧道概況

由圖3和表1可知，該處河床相對穩(wěn)定，水深略大于白茆口，隧道埋深較淺；穿江位置江面寬度為11 km，盾構(gòu)段長度達到了12.7 km，于江中下扁擔沙設(shè)置接收井后，盾構(gòu)最大獨頭掘進長度為8.5 km，施工風險較高；該方案隧道總長度達到了13.74 km，隧道長度較大，投資較大。

(4)太倉接軌(經(jīng)崇明)方案(方案Ⅳ)

①線路方案

線路自上海北站引出，沿滬通二期經(jīng)徐行站至太倉站接軌，于七丫口隧道過江至崇明區(qū)西側(cè)，從青龍港跨越長江北支，于在建寧啟二期海門站東側(cè)折向西至終點南通站，線路長119.950 km，過江隧道長11.300 km。

②隧道方案

選擇于七丫口過江，江底南部河槽較深且陡，北部較緩，水深約23.4 m，歷史來最大水深達48 m，河床穩(wěn)定性相對較差。斷面水深變化曲線見圖4，隧道概況見表2。

圖4 七丫口斷面水深變化曲線

表2 七丫口隧道概況

該位置歷史上發(fā)生過較大沖刷，深度達到了48 m，江南岸河床較陡，存在深切槽，隧道埋深較大；穿江位置江面寬度為8.8 km，盾構(gòu)段長度為10.8 km，盾構(gòu)距離較長，可在上扁擔沙露頭處設(shè)置接收井，盾構(gòu)最大獨頭掘進長度為8.2 km，施工風險較大。

(5)太倉接軌取直方案(方案Ⅴ)

①線路方案

線路自上海北站引出，沿滬通二期經(jīng)徐行站至太倉站接軌，并行滬通鐵路至白茆口隧道過江，經(jīng)海門市西側(cè)折向西至終點南通站，線路長度106.560 km，過江隧道長8.680 km。

②隧道方案

隧址選擇于白茆口過江，水深約18 m，本段處于長江口分汊上游，河床相對穩(wěn)定。斷面水深變化曲線見圖5，隧道概況見表3。

圖5 白茆口斷面水深變化曲線

表3 白茆口隧道概況

隨著護岸工程及沙洲整治工程的實施，該位置河床相對穩(wěn)定，歷史水流沖刷小，水深較淺，隧道埋深淺；穿江位置江面寬度為6.5 km，盾構(gòu)距離短，工期短，施工風險低。

4.2 方案工程投資比較

三個方案工程投資比較如表4所示。

表4 上海至南通段方案工程投資比較

4.3 方案優(yōu)缺點分析

三方案優(yōu)缺點分析如表5所示。

5 綜合分析

綜上所述，徐行接軌(經(jīng)崇明)及太倉接軌(經(jīng)崇明)方案雖經(jīng)崇明島，吸引客流能力有所提高，但無法充分兼顧崇明區(qū)至上海市區(qū)的市郊客流；且兩個方案施工風險較大，工程投資也較高，故予以舍棄。采用太倉接軌取直方案，滬通鐵路及南沿江城際均可引入上海北、上海、虹橋及上海東站，各方向車流順暢，運輸組織靈活；過江隧道位置江面較窄，隧道長度短，水深較淺，河床相對穩(wěn)定，隧道施工風險較??；線路順直，工程投資較低。因此，本次研究推薦太倉接軌取直方案。

表5 上海至南通段方案優(yōu)缺點分析