广深港客运专线跨越珠江段工程特性分析

广深港客运专线跨越珠江段工程特性分析

广州至深圳的航线从新广州站出发，途经广州、东莞和深圳，止于深港交界处，全长116公里。全线设5个站,速度目标值按线下350km/h、运营速度300km/h考虑;其中,跨越珠江是本线的控制工程。11.1河流、湖塘、冲积-海积平原区广深港客运专线跨越珠江段位于珠江三角洲平原地区,地属冲积、冲积-海积平原区,地形平坦开阔,地面相对高差<6.0m,地表水发育,河流、湖塘纵横;珠江河床宽约4km,地势起伏较大,并有小虎岛、沙仔岛、海鸥岛等江中岛屿。1.2沙仔岛汽车物流贸易区珠江西岸属广州市南沙经济开发区与番禺区交界处。根据广州市规划,拟在南沙经济开发区管辖区域建设国际汽车产业园,距越江线位较近的区域主要为规划汽车零部件生产用地;同时,在沙仔岛上正在建设广州港南沙沙仔岛汽车混装码头工程及汽车物流贸易区。根据东莞市规划,珠江东岸规划有虎门港沙田港区(12个5万t级集装箱泊位),并有配套物流园区,该园区包括全封闭监管保税仓储区和普通物流区。目前5号、6号泊位码头已开工建设。1.3航道宽10m线路经过处珠江为出海航道,目前该航道段维护水深为-11.5m,航道宽160m,可乘潮进出5万t级船舶。该段航道规划水深-14.0m,底宽200m,可乘潮进出8万t级船舶。1.4第四系基岩固结稳定岩石组构形式根据地质勘察成果,该段位于东莞盆地西翼,该盆地由白垩-第三系地层组成。珠江越江段地层主要由第四系新近期人工填土层及种植土层;第四系冲洪积流塑～软塑的淤泥及淤泥层,饱和,松散～中密粉细砂、中粗砂及软塑状粉质黏土组成;区内基岩为上第三系(N1)泥质砂岩、泥岩。第四系固结程度差,工程性能较差,具有压缩性较高而强度较低的特点,工程特性具不均匀性;下伏基岩第三系(N1)泥质砂岩,在河床中间基岩埋深为22～28m,呈全风化～弱风化,承载力特征值1.5场地土的类型根据外业原位测试,依据《铁道工程抗震设计规范》(GBJ—111)的有关规定,本线路场地土的类型为软弱场地土,建筑场地类别为Ⅲ类,本线路的抗震设防烈度为7度,地震动峰值加速度为0.102研究越江位置和形式的确定越珠江工程是本线的控制工程,根据地方规划、航道通航等级要求、工程地质条件、技术标准、线形、投资、施工工期和运营等因素,对越江位置进行综合论证,同时对越江形式(桥梁还是隧道方案)进行研究比选。2.1研究方案结合广深港客运专线大的线路走向、沿线经济点分布、珠江两岸港口布局、通航要求、工程技术条件及投资等控制因素,主要研究了海鸥岛方案、沙仔岛方案(中穿虎门港沙田港区)、南绕虎门港沙田港区方案、大岭山方案等4个珠江桥位方案。(1)沙港区桥位方案因为该线路与广州市城市规划不协调,对广州新沙港区有一定影响,穿过城镇较多,拆迁工程较大,地方政府反对,且与河流成87°夹角,投资成本比其他桥位方案高6000万元以上。(2)南绕港小虎岛危险港区方案该线路虽然避开了虎门港沙田港区,但又从规划的鱼窝头镇中心工业区中间穿过,穿越南沙经济开发区国际汽车产业园,与地方规划相矛盾;线路同时穿南沙港小虎岛危险品港区,距粤海小虎油库仅为270m,不满足安全要求;线路于珠江呈86°交角,投资比海鸥岛方案多3000万元,没有多大优势。(3)中穿规划虎门港沙港区方案该线路顺直,线型较好,桥位处与珠江正交,应该说是一个比较好的桥位,但该方案最大的问题是,中穿规划的虎门港沙田港区,对虎门港造成极大的干扰,地方政府强烈反对;同时桥位穿越69号、71号锚地,对船泊通航生产有较大影响,航道部门反对该方案;与南沙经济开发区国际汽车产业园用地有一定冲突;而投资比沙仔岛方案仅省1.1亿元。(4)桥位方案建议该线路能较好地与城市规划适应,基本上行走于跨江高压走廊内,与珠江两岸的城市建设规划干扰小,与广州市地铁4号线的庆盛站换乘方便,并存在与规划的珠二环公路进行公铁合建的条件,线路基本从虎门港沙田港区北侧经过,对沙田港区影响小;投资适中,为51.8亿元。通过综合比较,由于海鸥岛方案与珠江两岸的城市建设规划干扰小,投资适中,并存在与规划的珠二环公路进行公铁合建的条件,推荐为最佳桥位方案。结合珠江三角洲城际轨道交通线网规划(主要是广深城际线和小揽至虎门联络线工程)和珠二环高速公路,研究了双线铁路桥、双线公铁合建桥、四线公铁合建桥3个桥梁方案。研究结论认为:城际线走向及预留还是不预留尚不确定;小榄至虎门联络线研究建议联络线不与广深港客运专线共用桥位,原则上应按取直方案修建。若铁路桥仅为两线,而公路桥为双向8车道,桥面宽度相差太大,主次关系发生变化,结构上合建难度很大。根据通航论证初步结论,桥式方案设计研究了连续钢桁拱(孔跨:132m+132m+408m+408m+132m+132m)和斜拉柔性拱组合主(孔跨:132m+132m+408m+408m+132m+132m)两种桥式方案,主通航孔净高60m。2.2个隧道方案比选影响隧址方案的边界条件主要为:位于珠江西岸的广州南沙经济开发区、广州港南沙沙仔岛码头、珠江河床最低高程、船舶抛锚锚地(影响深度)、虎门港沙田港区码头及东莞沙田规划区等。依据线路与以上边界条件的相互关系,并结合线路最大限坡方案,设计中进行了3个线位(贯通线位、大岭山线位及立沙线位)、5个隧址(贯通方案、小取直方案、大取直方案及大岭山方案、立沙方案)的比较,由于大岭山方案和立沙方案在线路上存在诸多缺点,与地方规划冲突,且隧址本身与贯通方案相比,施工难度更大、造价更高,因此不予推荐。在贯通隧址方案附近进行海鸥岛方案、沙仔岛小取直方案、沙仔岛大取直方案比较。3个隧址方案相距不远,地质条件相近。(1)海鸥岛方案,基本采用最佳桥位的线位,珠江隧道长11020m,线路长度比沙仔岛大取直方案长598m,工程投资53.8亿元。(2)沙仔岛小取直方案,线路较海鸥岛方案短248m,但两端车站较难设置,珠江隧道长10965m,比较范围工程投资53.5亿元。(3)沙仔岛大取直方案,线路最为顺直,珠江隧道长10800m,比较范围工程投资52.9亿元。经综合比较,虽然沙仔岛大取直方案隧道要下穿虎门港沙田港区5号、6号泊位,但隧道位于地面45m以下,不影响港区工程;以隧道下穿沙田港物流园区,保证了该园区的整体性,东莞市支持该方案。同时,该方案线形顺直,珠江隧道大部分位于直线上;隧道短,工程投资最省。故推荐沙仔岛大取直方案为最佳隧址方案。对沉管法与盾构法隧道方案进行了综合分析比较,两种修建方法各有优缺点,在实施上均是可行的,都能满足高速列车运行要求,国际上也都有类似工程实例。但盾构法隧道方案施工对通航及航道规划无影响,对环境影响小,运营安全性高,造价低,因此推荐采用盾构法隧道方案。盾构法采用由两头向中间同时盾构掘进,可满足工期要求。另外,研究了20‰、30‰和35‰不同坡度隧址方案比选。虽然采用35‰坡度隧址方案,投资可减少2.3亿元,但该方案与南沙经济开发区国际汽车产业园用地及其码头有冲突;广深港是武广客运专线的延伸线,武广客运专线最大坡度仅20‰,若广深港采用大于20‰坡度,既与武广标准不一样,同时可能会影响到今后车辆选型。运用TTISIM动力学仿真软件,对高速列车以300/200km/h速度匹配条件下,30‰和35‰坡度隧址方案轮轨横向相互作用出现了异常振动,导致列车的部分安全性指标值超出了安全限值,且舒适性指标也接近了合格限值之边缘;而采用20‰坡度隧址方案,其所有安全性指标及舒适性指标均能满足高速行车要求,动力学性能指标良好。故放弃30‰和35‰坡度隧址方案。3施工方案的优缺点在选出最佳桥梁桥址方案和最佳隧道隧址方案的基础上,对最佳桥梁桥址方案和最佳隧道隧址方案进行多方面论证;广泛征求航道、港务、地方规划、交通、水利等相关部门的意见,对最佳桥梁桥址方案和最佳隧道隧址方案,从航道、河道、城市环境与规划、两岸港口码头规划、建桥和建隧技术、桥梁孔跨、桥式方案、隧道断面、结构形式、施工组织方案、两端铁路接线条件等方面,进行比较分析。隧道方案与桥梁方案比较,虽然投资贵了1.0亿元,但隧道方案具有以下优点。(1)虽然桥隧方案线形均满足本线技术标准要求,但隧道方案线形更好,更顺直,线路更短(短598m)。(2)桥梁方案主跨孔跨达408m,主通航孔净高60m,如此大的孔跨和净高,要满足350km/h的速度目标值,在国内外还没有先例;而隧道方案技术相对要成熟,施工风险小。(3)越江处珠江出海航道,航运繁忙,现乘潮进出5万t级船舶,规划二期工程后可乘潮进出8万t级船舶。采用隧道方案越江,不破坏河床的自然形态,不改变隧址处的通航条件,有利于航运的持续发展和畅通,有利于当地经济发展。桥梁方案桥位上下游附近港口,该处过往、作业船只较多,虽说各自安全都可得到保证,但相对以隧道通过而言,其中的不利仍然存在的。(4)该区域人地资源矛盾突出,环境压力大。以隧道方案通过,占地少,地方政府及规划部门十分认同与支持。(5)珠江入海口地区台风、雷暴等灾难性天气出现较多,在台