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計與建設中一項關系到全局的總體性工作。為了確定合理的線路走向方案，應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，認為選線時應注重搜集相關資料，分析各影響因素并確定相應的選線原則[1-2]；肖軍[3]從功能定位、城市規劃等角度，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劃、車站布設適宜、實時性強的方案。程軍民[4]根據路網規劃、功能定位、經濟據點、礦產及環境敏感點分布，經多方案技術經濟比選，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方案的建設背景、技術標準、功能定位及路網構成等方面進行論證，確定了合理的建設方案[6-7]。

以下借鑒相關文獻的研究方法及結論，并結合本段線路區域經濟發達、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

本線所經區域主要為長江三角洲平原區。

2.2 工程地質特征

(1)地層巖性

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

(2)地質構造

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

(3)工程地質條件

沿線主要不良地質為地震液化、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、南通大部區域的淤泥質粉質黏土層分布淺層天然氣，過江隧道應采取排氣、通風及監測措施。過江隧道結構底板應置于承載力較好的地層上。

2.3 河流與水文

本段線路水系發達，河網、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、風景名勝區等環境敏感點

沿線環境敏感區眾多，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，南通狼山(省級)、南通濠河(省級)等風景名勝區，還分布有多處飲用水水源保護區、地質公園、水產種質資源保護區、濕地公園、森林公園、世界遺產等生態紅線規劃中規定的一級和二級管控區。

線路走向方案研究中，應充分考慮沿線自然保護區、水利工程、文物保護單位、風景名勝區等環境敏感點的分布情況，在合理的工程條件下，選擇對生態環境影響最小的方案，若線路難以繞避，應在設計和建設中加強處理措施，將工程對自然環境的影響降到最低，建設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、水沙環境變化復雜、暗沙眾多等特征。南支河道主要發育有白茆沙，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，周期性出現原有沙洲衰亡和新沙洲產生的現象，河勢變化劇烈、頻繁。

根據《長江口航道發展規劃》，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、碼頭設施、錨地、沿江開發區、地區引入方案、水源保護區等因素控制。根據該段線路大致走向，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，江中北側為常熟海輪錨地，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，通航水域寬，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，通航環境十分復雜，橋位對通航安全和長江黃金水道的航運發展極為不利；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、錨地、河勢、航運影響及工程建設等因素，此段不宜設橋[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分布有太倉港的5個作業區，瀏河口至吳淞口分布有瀏河飲用水水源保護區、寶鋼水庫、陳行水庫(飲用水水源保護區)、上海港羅涇港區、石洞口電廠、寶鋼集團等，岸線已被連續利用。

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。

結合兩岸港口現狀及規劃、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，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：橋址區存在扁擔沙越灘水流，水沙條件復雜，主槽位置多年來擺幅較大，呈不穩定狀態，1 512 m主跨已超國內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不利；江底軟土層厚，沖刷深，懸索橋錨碇的設置和施工面臨挑戰，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、地質及工程建設規模等因素，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)、吳淞口錨地、上海港外高橋集裝箱港區，岸線已被利用；河道中央分布瑞豐沙縱向沙體，主槽斷面復雜，河勢不穩，橋梁設置有難度，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，結合港區、錨地、河勢、航運及工程建設等因素，此段不宜設橋。

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橋，宜以隧道通過。以下結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，南通市下轄的海門市等經濟據點。結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(經崇明)、太倉接軌(經崇明)、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，經長興島、崇明區至啟東市，經海門市北側至終點南通站，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，區段展線系數達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，地下敷設至石洞口隧道過江，經崇明區、啟東市，折向西經海門市北側至終點南通站，線路長124.156 km。該方案過江隧道長達18.5 km，江中設置豎井最大間距達11.5 km(超過國內最長單頭掘進長度)，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，協調難度大，不確定性因素多；區段展線系數高達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(經崇明)、太倉接軌(經崇明)及太倉接軌取直三個方案。

(3)徐行接軌(經崇明)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西側，從青龍港跨越長江北支，于在建寧啟二期海門站東側新設海門東站，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，盾構段長度達到了12.7 km，于江中下扁擔沙設置接收井后，盾構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，沿滬通二期經徐行站至太倉站接軌，于七丫口隧道過江至崇明區西側，從青龍港跨越長江北支，于在建寧啟二期海門站東側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，盾構段長度為10.8 km，盾構距離較長，可在上扁擔沙露頭處設置接收井，盾構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，沿滬通二期經徐行站至太倉站接軌，并行滬通鐵路至白茆口隧道過江，經海門市西側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 方案優缺點分析

三方案優缺點分析如表5所示。

5 綜合分析

綜上所述，徐行接軌(經崇明)及太倉接軌(經崇明)方案雖經崇明島，吸引客流能力有所提高，但無法充分兼顧崇明區至上海市區的市郊客流；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，河床相對穩定，隧道施工風險較小；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缺點分析