渤海海峽跨海通道建設(shè)方案研究

盧光杰,田寶紅

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

環(huán)渤海地區(qū)是我國(guó)交通運(yùn)輸比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，交通網(wǎng)絡(luò)相對(duì)完善，主要有兩大運(yùn)輸通道：一是由遼東半島經(jīng)山海關(guān)繞行至山東半島的“C”字形陸路運(yùn)輸大通道；二是空中和水上組成的跨渤海運(yùn)輸大通道，形成了反“D”字形運(yùn)輸大通道，但跨海運(yùn)輸大通道屬“軟連接”，目前水上通道僅靠滾裝輪渡和煙大鐵路輪渡，運(yùn)輸能力較弱。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，東北地區(qū)大部、遼東半島與山東半島和長(zhǎng)江三角洲及東南沿海地區(qū)的便捷交通聯(lián)系更需要“硬連接”，即建設(shè)渤海海峽跨海通道。

1 建設(shè)必要性及可實(shí)施性

1.1 必要性

經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及交通需求、跨海通道功能決定海峽通道建設(shè)必要性。

渤海海峽跨海通道影響區(qū)范圍比較廣泛，最主要的影響區(qū)集中于兩市(大連、煙臺(tái))兩省(遼寧、山東)兩區(qū)域(東北、華東)。該影響區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、開(kāi)放程度較高，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展尚不均衡，區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化需求不斷增強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)遼寧和山東兩省、東北與華東兩區(qū)域的合作發(fā)展，增強(qiáng)我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力是長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)。渤海海峽跨海通道具備區(qū)際綜合運(yùn)輸大通道、城際交通以及國(guó)防交通三大功能，通道的建設(shè)能夠促進(jìn)兩省、兩區(qū)域的合作發(fā)展，增強(qiáng)我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)兩省、兩區(qū)域?qū)崿F(xiàn)“成為國(guó)內(nèi)大區(qū)域合作發(fā)展的典型，尤其是城市一體化發(fā)展的新模式；打造東北亞區(qū)域合作的物流基地；建設(shè)國(guó)際化的產(chǎn)品研發(fā)和制造業(yè)基地”三大戰(zhàn)略目標(biāo)具有重大意義。

1.2 可實(shí)施性

建設(shè)條件是否具有顛覆性因素、工程技術(shù)是否具有較大風(fēng)險(xiǎn)是決定海峽通道可實(shí)施性的重要條件。

1.2.1 建設(shè)條件

渤海海峽位于山東半島和遼東半島之間，北起遼東半島最南端的老鐵山角，南至山東半島最北端的蓬萊角，是連接渤海與黃海的水流通道。海峽南北兩端最短距離約106 km，海底地勢(shì)總體上為北深南淺，平均水深約25 m，最大水深約86 m[1]。在海峽中南部海域內(nèi)，散布著眾多島嶼，將海峽分割出數(shù)十條大致為東西向的水道。具有水深、風(fēng)大、浪高、流急、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地震烈度較高、通航要求高等特點(diǎn)，建設(shè)條件相當(dāng)復(fù)雜。工程地質(zhì)、海洋環(huán)境、國(guó)防、通航是海峽項(xiàng)目建設(shè)條件的關(guān)鍵因素。

海峽地區(qū)氣象惡劣，冬有寒潮，夏有臺(tái)風(fēng)，風(fēng)速較大，大風(fēng)天數(shù)較多，該海域是我國(guó)沿海的大浪區(qū)之一；海域的水流流速較大；海冰對(duì)工程影響不大；海床及海岸線基本穩(wěn)定，泥沙活動(dòng)不很劇烈。總體上講，水文、氣象等因素不會(huì)對(duì)工程建設(shè)構(gòu)成制約性的影響。

1.2.2 工程技術(shù)

渤海海峽是僅次于臺(tái)灣海峽的中國(guó)第二大海峽，跨海通道需跨越100多km水域和航道，是目前國(guó)內(nèi)外已建、在建和在研項(xiàng)目中水深、規(guī)模大、工程艱巨、技術(shù)難度高的項(xiàng)目之一[2-3]。根據(jù)地形、地貌及通航等條件，渤海海峽鐵路工程方案可分為全隧道、全橋梁、橋隧結(jié)合方案，但無(wú)論隧道還是橋梁，均將是超長(zhǎng)、超大結(jié)構(gòu)。隨著隧道、橋梁建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步，以及其他海峽通道建設(shè)的深入和實(shí)施，通過(guò)全面深入研究，渤海海峽跨海通道具備工程可行性。

2 建設(shè)方案

2. 1 運(yùn)輸組織方案

渤海海峽通道近期按鐵路客貨共線考慮。旅客列車采用動(dòng)車組承運(yùn)，大連端連入沈大客運(yùn)專線、山東端連入青榮城際鐵路，與鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)連通。普通貨物列車，由海峽兩端編組站或技術(shù)作業(yè)站負(fù)責(zé)組織直通海峽的直通列車，大連端接入煙大輪渡連接線，山東端接入德龍煙鐵路。駝背運(yùn)輸貨物列車，由兩端接軌站負(fù)責(zé)進(jìn)行裝載作業(yè)，組成整列直通海峽。

2. 2 海峽通道線路平縱斷面選擇

影響海域通道選擇因素有兩端與路網(wǎng)連接引線、登陸點(diǎn)及海上橋隧設(shè)置等，海域通道的線路走向需結(jié)合海上島嶼利用及橋隧設(shè)置進(jìn)行選擇。

2.2.1 登陸點(diǎn)

海域鐵路登陸點(diǎn)選擇原則主要有：盡量縮短海域鐵路長(zhǎng)度；陸上鐵路連接方便快捷；充分利用海上島嶼，減少勘察、設(shè)計(jì)、施工難度等。

(1)大連端

大連市規(guī)劃預(yù)留海峽通道登陸點(diǎn)位置位于旅順老鐵山西角，位于海岸線最前端，海域鐵路距離最短，符合鐵路走向規(guī)劃。見(jiàn)圖1。

圖1 大連旅順登陸點(diǎn)

(2)蓬萊端

蓬萊端登陸點(diǎn)自西向東有烽火臺(tái)、縣城東、東港、黑石咀4個(gè)位置可供選擇。見(jiàn)圖2。

①西側(cè)烽火臺(tái)登陸點(diǎn)位于蓬萊縣城西側(cè)約7 km，利用大黑山島奔向砣磯島，線形順暢且縮短海上線路長(zhǎng)度，但線路不經(jīng)海上唯一的經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)—南長(zhǎng)山島(長(zhǎng)島縣政府所在地)。

②縣城東登陸點(diǎn)，與南北長(zhǎng)山島海上距離最近，緊靠蓬萊風(fēng)景規(guī)劃區(qū)及新港碼頭，若采用橋梁方案對(duì)景區(qū)風(fēng)景和港口功能影響較大。

③東港登陸點(diǎn)位于蓬萊縣城東側(cè)約9 km，與水道交角及經(jīng)長(zhǎng)山島線路方向較符。

圖2 蓬萊登陸點(diǎn)

④東側(cè)黑石咀登陸點(diǎn)位于蓬萊縣城東側(cè)約17 km，自黑石咀向北垂直跨越登州水道后若想利用長(zhǎng)山島，線路基本形成垂直折角，登陸點(diǎn)與海上線路明顯不協(xié)調(diào)。

經(jīng)綜合分析比較，橋隧結(jié)合方案擬選擇東港登陸，全隧方案擬選擇縣城東登陸。

2.2.2 島嶼分布與利用

渤海海峽中散布著眾多島嶼，其中廟島群島聲名遐邇，群島共有大小島嶼32個(gè)、暗礁16個(gè)，呈東北-西南走向依次展開(kāi)[4]。兩岸登陸點(diǎn)間可利用島嶼分別為北隍城島、南隍城島、小欽島、大欽島、砣磯島、北長(zhǎng)山島、南長(zhǎng)山島7個(gè)島嶼，其中大欽島和南隍城島之間的小欽島面積較小、島壁陡峭，若線路繞行經(jīng)小欽島再至大欽島需展長(zhǎng)線路1.5 km且線形曲折、對(duì)島上環(huán)境破壞較大，因此海域線路自老鐵山西角經(jīng)北隍城島、南隍城島、大欽島、砣磯島、北長(zhǎng)山島、南長(zhǎng)山島至蓬萊東港登陸點(diǎn)，海域鐵路距離123 km。海域鐵路線路平面示意見(jiàn)圖3，海域鐵路利用島嶼情況見(jiàn)表1。

圖3 海域鐵路線路平面示意

表1 海域鐵路利用島嶼情況

2.2.3 橋隧方案

橋隧關(guān)鍵技術(shù)是選擇海域鐵路通道方案的重要因素，海域工程分為全橋梁、全隧道、橋隧組合3種方案，橋隧結(jié)合方案需結(jié)合海上島嶼分布情況選擇適當(dāng)?shù)臉蛩斫Y(jié)合點(diǎn)。通道橋隧方案組成見(jiàn)圖4。

圖4 通道橋隧方案組成

(1)全橋梁方案

阿基米德橋是一種基于阿基米德浮力定律、被固定于水面以下的封閉通道，是一種跨越水域的新交通方式[5]。它一般由懸浮在水中一定深度的用于滿足交通功能要求的管狀結(jié)構(gòu)、防止過(guò)大位移的水上或水下的定位系統(tǒng)、梁段間接頭以及和兩岸相連的駁岸結(jié)構(gòu)組成。從結(jié)構(gòu)載荷、結(jié)構(gòu)形式看，阿基米德橋是一種全封閉的水下橋梁，而與普通意義上的隧道有很大差別；但從使用功能來(lái)看，這種結(jié)構(gòu)也具有隧道的功能特點(diǎn)，俗稱“水中橋”。

渤海海峽列島縱貫海峽中南部，北隍城島以南，有可資利用的諸多島嶼，這種島陸分布格局為實(shí)施跨海大橋工程提供了難得的作業(yè)依托，該段采用常規(guī)橋梁，降低工程造價(jià)；北隍城島向北沒(méi)有島嶼，中間為老鐵山水道，其中老鐵山水道是環(huán)渤海各港口進(jìn)出渤海的咽喉要道，船舶進(jìn)出繁忙，不宜采用常規(guī)大跨橋梁方案，而阿基米德橋不影響海上通航的凈寬、凈高要求，因此該段采用阿基米德橋。全橋梁方案縱斷面見(jiàn)圖5。

(2)全隧道方案

海峽兩端登陸點(diǎn)間全部采用隧道結(jié)構(gòu)，隧道長(zhǎng)度123 km，其中水下隧道長(zhǎng)117 km。全隧道方案縱斷面見(jiàn)圖6。

圖5 全橋梁方案縱斷面

圖6 全隧道方案縱斷面

(3)橋隧組合方案

渤海海峽列島縱貫海峽中南部，有20個(gè)可利用的島、礁、灘，一般間距為3～4 km，最大間距為7～8 km，這種島陸分布格局為實(shí)施跨海大橋工程提供了難得的作業(yè)依托，降低了工程難度和造價(jià)，因此在南段修建橋梁是適宜的。渤海海峽列島最北部的北隍城島向北沒(méi)有島嶼，這里的水道寬度達(dá)42 km，中間還有不少海溝、海潭，水深流急，每年都在這里發(fā)生很多海洋災(zāi)害，因此在北段適宜建隧道，即“南橋北隧”。南橋北隧方案縱斷面見(jiàn)圖7。

圖7 南橋北隧方案縱斷面

根據(jù)隧道出口的不同，橋隧組合方案可以選擇北隍城島至旅順設(shè)隧道(長(zhǎng)橋+短隧)方案和大欽島至旅順設(shè)隧道(短橋+長(zhǎng)隧)方案，兩方案隧道長(zhǎng)度分別為48 km和61 km。

(4)方案比選(表2)

表2 海域工程橋隧方案比較

從表2分析可知，渤海海峽海域工程采用南橋北隧方案最為合理。

3 初步研究結(jié)論

結(jié)合對(duì)已有的建設(shè)條件和關(guān)鍵工程技術(shù)研究分析，關(guān)于渤海海峽跨海通道建設(shè)方案形成以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)開(kāi)辟渤海海峽跨海通道，對(duì)實(shí)現(xiàn)東北與華東兩區(qū)域的合作發(fā)展、促進(jìn)沿海經(jīng)濟(jì)、帶動(dòng)內(nèi)陸地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要戰(zhàn)略意義；

(2)根據(jù)國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)渤海海峽跨海通道技術(shù)上是可行的；

(3)跨海通道目前宜采取建設(shè)鐵路通道并駝背運(yùn)輸兼顧公路通道的模式；

(4)跨海通道在大連旅順端選擇老鐵山西角作為登陸點(diǎn)，新建客線連接沈大客運(yùn)專線，新建貨線連接煙大輪渡旅順西站；橋隧組合方案擬選擇東港登陸，全隧方案擬選擇縣城東登陸，新建客線引入青榮城際鐵路，貨線引入德龍煙鐵路。

[1] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.渤海海峽通道戰(zhàn)略規(guī)劃研究[R].天津：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2013.

[2] 王夢(mèng)恕，宋克志.渤海灣跨海通道建設(shè)的緊迫性及現(xiàn)實(shí)條件和初步方案[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013(1).

[3] 中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.跨海橋梁關(guān)鍵技術(shù)[R].武漢：中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2013.

[4] 宋克志，鄧建俊，王夢(mèng)恕.煙大渤海海峽隧道的可行性研究初探[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2007(1):121-129.

[5] 中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 阿基米德橋技術(shù)研究[R].武漢：中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2013．

[6] 王夢(mèng)恕.水下交通隧道發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)難題——兼論“臺(tái)灣海峽海底鐵路隧道建設(shè)方案”[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(11):2161-2172.

[7] 王夢(mèng)恕.臺(tái)灣海峽海底鐵路隧道建設(shè)方案[J].隧道建設(shè)，2008，28(5):517-527.