深珠通道越伶仃洋段建設方案研究

陳德健

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600)

1 引言

隨著粵港澳大灣區高速發展，珠江口兩岸人員呈膨脹式增長，兩岸的經濟、文化、人口交流將進一步加強。通過調研，現有珠江口通道基本已呈常態化擁堵狀態。在新的時期實現珠三角地區經濟社會全面協調可持續發展，而交通運輸作為國民經濟的基礎設施和地區發展的必要條件，在新的發展條件下必將面臨更加繁重的改革與建設任務[1]。因此，勢必要建設一條連接深圳至珠海的快速越海通道，以促進粵港澳大灣區的高速發展。結合地方規劃，深圳至珠海快速通道將承擔高鐵、城際、高速公路三種功能，過海通道方案的社會環境及工程建設條件相當復雜[2]，需進行全面綜合考慮。

2 工程水文地質分析

2.1 地形地貌

伶仃洋是喇叭口型河口灣，走向接近NNW-SSE方向，灣頂(虎門)寬約4 km，灣口(澳門至香港大濠島)寬約30 km，縱向長達72 km[3]，水域面積約為2 110 km2。

伶仃洋在地貌上呈現“三灘二槽”復雜的水下地形[4]，即西灘、西槽(伶仃水道)、中灘、東槽(礬石水道—暗士頓水道)、和東灘。

近一百年來“三灘兩槽”的地貌格局基本保持不變[5]；礬石水道及孖洲南側挖沙坑停止采砂后，挖沙坑內普遍呈現淤積趨勢；通道沿線中灘水域形成了新的挖沙坑，且仍存在采砂情況，水下地形處于不穩定狀態。

2.2 氣象要素

2.2.1 氣溫

多年平均氣溫為22～23℃，1月最冷，月平均最低氣溫為11.4℃；7月最熱，月平均最高溫度29.5℃；極端最低氣溫－1.8℃，極端最高氣溫38.9℃。

2.2.2 降雨

年平均年降雨量為1 800～2 300 mm。雨量年際變化較大，2 747 mm(2001年)～913 mm(1963年)。5～9月份為雨季，降雨量為1 516.1 mm，占年降雨量78%，10月份～次年4月份為旱季，降雨量為417.2 mm，占年降雨量22%。

2.3 工程地質及水文地質條件

2.3.1 工程地質

區域的地層主要為第四系松散層，基巖為燕山期第三期及第四期花崗巖。

根據區域地質資料，研究范圍地質構造主要為斷裂，可分為北東、北西和東西向三組[6]。

2.3.2 水文地質條件

研究區域地表水基本為伶仃洋，該段潮汐屬不規則的半日周潮，潮差較小，平均潮差為0.86～1.6 m，最大潮差為2.29～3.36 m。

根據研究區域地下水賦存條件、含水介質及水力特征分析，地下水主要有第四系松散層中的孔隙潛水、孔隙微承壓水和基巖裂隙水三種。

3 跨海段線路方案控制因素分析

3.1 海域現狀及規劃發展情況

3.1.1 伶仃洋海域港口、錨地情況

根據?深圳港總體規劃?，路線走廊帶范圍涉及深圳西部岸線部分港區，由北至南有大鏟灣港區、大小鏟島港區、南山港區的媽灣作業區、赤灣作業區、孖洲修造船基地和客運碼頭區以及規劃的7個錨地。

3.1.2 伶仃洋海域航道情況

根據?廣東省航道發展規劃(2020～2035年)?，路線走廊帶范圍內自西向東越過的航道有:橫門西水道、橫門出海航道(橫門東水道)、廣州港出海航道南段(伶仃航道)、廣州港小船航道南段、礬石水道(包含特種裝備船航道)、大鏟島北航道、大鏟航道、西部港區公共航道、內伶仃北航道、內伶仃南航道等[7]。

3.2 環境敏感區分布情況

線路沿線分布有3處自然保護區，分別為內伶仃島—福田國家級自然保護區，白海豚國家級自然保護區[8]、淇澳—擔桿島省級自然保護區；4處省級文物保護單位，分別為后沙灣遺址、蘇兆征故居、棋澳島抗英遺址、東澳灣沙丘遺址；1處濕地公園，為淇澳紅樹林區級濕地公園。

4 深珠通道推薦線路方案研究

4.1 通道建設模式的選擇

根據?粵港澳大灣區建設規劃?要求，結合珠江口既有、在建、規劃跨海通道現狀，港口、錨地、島嶼、自然保護區分布情況、航道通航要求[9]等因素，考慮伶仃洋海域通道資源的稀缺性、對周邊環境的影響以及工程建設投資等因素，推薦采用高鐵、城際、高速公路共通道建設方案。

4.2 工程敷設方案的選擇

綜合分析通道在伶仃航道、橫門東水道不同的跨越形式，同時考慮施工難度和風險、施工工期、工程投資及相關工程的建設條件，研究了跨伶仃航道、橫門東水道橋島隧方案(方案一)、穿伶仃航道、跨橫門東水道橋島隧方案(方案二)、下穿伶仃航道、橫門東水道方案(方案三)，敷設方案比選見表1。

表1 方案優缺點比較

綜合方案比選表分析，方案一工程投資最省，運營維護成本低、防災救援簡單、盾構隧道施工風險低，因此越海段推薦采用跨伶仃航道、橫門東方案(方案一)，即在伶仃航道東側設人工島，深圳至人工島段采用隧道形式通過，在人工島完成橋隧轉換，橋梁采用共建模式，一次修建四線鐵路＋雙向八車道公鐵兩用橋。

4.3 推薦方案概述

線路平面示意圖如圖1所示，各方案分述如下。

圖1 線路走向方案示意

4.3.1 高鐵線路方案

深南高鐵跨海段推薦方案采用隧道方案自前海灣引出，在伶仃航道東側設置橋隧轉換人工島，采用橋梁形式跨越伶仃航道、橫門東水道后進入淇澳島，以隧道形式穿越淇澳島，后以橋梁形式跨橫門西水道，引入珠海地區。

4.3.2 城際線路方案

深珠城際自深惠城際前保站采用隧道形式引出，經媽灣港入海，逐漸向深南高鐵通道靠攏，與高鐵共用人工島，并在人工島處進行橋隧轉換，與深南高鐵共建橋梁，跨伶仃航道、橫門東水道后進入淇澳島，以隧道形式穿越淇澳島后，深珠城際向南引入珠海。

4.3.3 高速公路線路方案

根據?廣東省高速公路網規劃(2020～2035)?及對高速公路的研究成果，深珠高速自雙界河前海灣引出，經大鏟島設置互通及側接線后，與高鐵、城際共用人工島，并進行橋隧轉換，與鐵路共建公鐵兩用橋，跨伶仃航道、橫門東水道后進入淇澳島，采用隧道形式穿越淇澳島后，跨橫門西水道向北引入珠海地區互通。

5 深珠通道建設方案研究

5.1 工程規模

根據路線總體布置，該方案建設規模見表2。

表2 工程規模統計

5.2 隧道建設方案

5.2.1 高鐵隧道斷面

國內外鐵路隧道一般在長度大于15 km時采用兩條單線隧道分修的形式，長度小于15 km時采用單洞雙線無中隔墻的斷面形式。

結合隧道長度，推薦深南高鐵深圳至人工島盾構段，采單洞雙線的盾構隧道結構[10]，管片外徑14.3 m(見圖2)。

圖2 時速350 km盾構斷面圖(單位:cm)

5.2.2 城際鐵路隧道斷面

同高鐵隧道研究，城際鐵路采用單洞雙線斷面，管片外徑12.6 m，如圖3所示。

圖3 時速200 km盾構斷面圖(單位:cm)

高速公路隧道建議采用盾構法施工，采用管片外徑17.5 m的隧道斷面，按左右幅設計，每幅為4車道，雙層布置，具體斷面圖如圖4所示。隧道采用雙管形式，兩隧道間凈距結合線路及地質條件確定。

圖4 高速公路斷面布置(單位:cm)

5.2.3 公鐵隧道斷面布置

高鐵、城際、高速公路在深圳至人工島段各自采用隧道形式通過，為確保施工安全，應結合線路方案、工程地質條件、隧道斷面等因素，于隧道間需設置安全距離，原則上隧道間凈距一般不小于1倍洞徑。

5.2.4 施工工法及設備選型

該工程結合規劃條件及實際情況[11]，跨海段隧道推薦采用掘進機法施工，結合地層條件采用盾構或TBM施工[12]。

隧道深圳端掘進地層主要為較完整的微風化花崗巖層內部，巖層透水性弱，隧道埋深較大，但局部存在斷層破碎帶，透水性較強；人工島附近，穿越地層主要為晚新世海相及陸相沉積黏性土＋砂類土層，地質條件差，較適合采用盾構法施工。綜合本段海底隧道的地質條件，推薦采用“泥水-TBM”雙模式盾構機。淇澳島隧道段根據穿越的地層條件，采用礦山法施工。

5.2.5 盾構對接方案

本工程海域中部為弱風化的花崗巖地層，對接點可選擇在地質條件較好的巖層，對接施工難度相對較小。基于地層條件，本工程選用土木對接施工方式，合理選擇對接點位置，保證隧道上方有8～10 m厚弱風化巖體覆蓋層。2臺盾構推進至掌子面相聚預留2 m巖柱厚度，各自解體，盾殼留置于地層中。而后采用礦山法貫通隧道，施工防水層，模筑對接段施作二次襯砌。

5.3 橋梁設計方案

跨海大橋采用高速鐵路雙線＋深珠城際雙線＋深珠高速8車道的公鐵兩用橋，橋梁總長20.205 km。

5.3.1 伶仃航道橋

跨伶仃洋航道，通航凈空要求1 520 m×76.5 m，主橋采用主跨1 688 m斜拉－懸吊協作體系橋方案。孔跨布置為:(84＋140＋464＋1 688＋464＋140＋84)m，橋長3 064 m。主橋結構體系為塔梁分離、塔墩固結形式，塔梁之間設置支座和縱向阻尼器。

5.3.2 橫門東航道橋

橫門東航道規劃凈空390 m×53.5 m，綜合控制因素并結合航道部門的意見，采用(85＋156＋480＋156＋85)m鋼桁梁斜拉橋方案，航道橋全長962 m。

5.3.3 非通航孔橋梁方案

高墩深水區采用主跨96 m簡支鋼桁梁，共103孔，低墩深水區采用主跨80 m簡支鋼桁梁，共62孔，淺水區采用64 m節段拼裝預制膠接簡支箱梁，共16孔。

5.4 人工島建設方案

人工島功能是實現海上橋梁與隧道過渡銜接，滿足島上建筑物布置，保障主體結構的建設和運營需要。因此，人工島要保證自身穩定耐久，控制島內工后沉降，為島上建筑物提供防浪、防沖、防船撞等保護條件，實現隧道和橋梁的轉換。

本項目人工島位于伶仃洋海域中部，結合島址風、浪、流及地質情況，人工島推薦采用先圍堰后筑島的筑島方式，島壁施工完成后，先行進行島內填筑與陸域形成工程，軟基處理結束后，實施隧道結構施工。筑島規模450 m×1 000 m，如圖5所示。

圖5 人工島布置示意

6 結語

伶仃洋海域通道資源的有限，本著合理利用資源，減小對海域環境的影響的理念，采用高鐵、城際、高速公路共通道建設的方案是合理的。但由于高鐵、城際、高速公路的投資主體不同，建設的時序性難以確定，工程建設的外部協調關系復雜，因此對公鐵共通道合建和共通道預留工程等建設模式仍需深入研究，以保證工程建設的可實施性。