公路轨道合建过江通道设计与研究

黄国雄

(福州市规划设计研究院 福建福州 350108)

0 引言

近年来，轨道交通作为城市交通的重要组成部分，建设越来越多，在规划建设过程中，为更充分地利用周边土地资源，公路交通或市政交通与轨道交通共通道合建的方案逐渐成为一种趋势。两种交通功能合建给规划者、建设者提出了更加复杂的挑战。文章以福州市道庆洲公轨合建过江通道为背景，从线位选址、合建方案、桥隧方案等方面进行总体设计分析比选，归纳研究方法，希望对今后同类项目的设计提供一些参考作用。

1 工程概况

道庆洲过江通道工程作为国道G316线福州境内跨乌龙江的重要节点工程，是福州市区与滨海新城联系的重要通道，承载着市政公路交通与福州市轨道6号线重要功能。工程起点与福泉高速公路相接，与轨道交通共线后跨越乌龙江，公轨共线长4.4km，终点与福州东南快速通道相接。过江通道总体平面线位如图1所示。

图1 通道总体线位位置图

2 技术标准

市政公路主要技术标准：

市政公路道路等级：城市主干道兼一级公路；设计车速：60km/h；车道数：跨江大桥公路桥面总宽31 m，按照双向六车道+两侧人非混行车道；汽车荷载等级：城市A级兼公路I级[1-2]。

轨道交通六号线主要技术标准：

动车组类型：钢轨钢轮B2车组，6辆一组；线间距：4.2 m；净宽：10 m设计(双线)。

3 建设条件

道庆洲过江通道周边有马航洲锚地、乌龙江为IV级航道。在河道中部经过两个沙洲。起点地段处于村庄、农田、果园上，标高较为平坦，从闽江北港至闽江南港地域跨度大，河底高程约在-6.0 m～3.0 m，沙洲高程3.3 m～3.8 m左右，乌龙江南岸原203省道高程约在6.3 m～18.3 m左右。通道区域地形属平原(滨海平原)与闽东南丘陵交接处，地貌为乌龙江最狭窄河床向下游突然变宽阔的河口段，两岸为近北东向丘陵。河床由江心河槽和两岸河漫滩组成，受闽江入海口半日潮汐影响，水流变化复杂，退潮时河漫滩露出水面。

通道区域通航标准：双孔单向、单孔双向通航净宽分别为91 m和170 m；通航净高21.15 m；最高通航水位+6.31 m。

4 通道建设起终点边界确定

4.1 公路建设起终点研究

起点研究：该项目是福州城区与长乐区、滨海新城的快速通道，根据规划及道路功能定位，首先主要考虑满足新旧城快速过境交通；其次满足长乐与三江口片区的交通便捷接驳，然后是减少对周边环境的影响。通过分析以上需求，项目起点应选择与福泉高速连接线连接形成快速连续流。终点设置应符合全线快速路的总体要求，路线上跨沈海高速后终点与规划中的福州东南快速通道相接。

4.2 轨道交通合建起终点研究

根据轨道交通建设规划，6号线在过江走廊上与本项目路线基本重合。6号线在三江口片区主要沿着规划纵二路布设，下穿三江路后爬升并跨越南江滨大道，因此将纵二路作为公轨合建的起点。轨道6号线总体走向在跨越乌龙江后，往东沿着G316(原S203)一直通往长乐市区，而道路工程在G316(原S203)与营融线交叉口处往南上跨沈海高速后与东南快速通道相接，因此公轨合建终点设置在公路与轨道线位的分离点。轨道交通6号线规划线位如图2所示。

图2 轨道交通建设规划图

5 通道线位及周边敏感点分析

根据项目起终点确定及上位规划提供的路线大致走向，该项目主要节点因素为：起点三江路、南江滨路、马杭洲锚地、IV级航道、道庆洲湿地、长乐侧现状道路和码头、部队营区等，对沿线可能相关的节点进行分析，为路线具体走向确定提供相应依据。

(1)三江路、南江滨路节点

马航洲锚地与南江滨路节点距离较近，路边为防洪大堤，在考虑到线形顺适的前提下，尽量少占用地和减小对锚地的影响；乌龙江流域为4级航道，线路需考虑与航道夹角及净空尺度的限制因素，综合水利多方面因素，不宜在南江滨路节点设置互通立交方案，宜采用主线上跨方案。

在三江路—纵二路交叉口处，通过规划路网实现与主线连接，减少对现状规划红线的影响。采用平行式匝道进出口方案能减小对周边景观影响。节点方案如图3所示。

(2)道庆洲湿地节点

道庆洲湿地面积约2.3 km2，湿地自然条件好，各类动植物资源丰富。由于条件适宜，在不同季节还吸引了白鹭、苍鹭为主的30多种水禽群体，到那里栖息、觅食和繁衍，成为当地独特的生态景观。湿地景观的再生利用、保护，已引起有关方面的重视。本次选线原则主要是尽可能避让道庆洲区域，使项目实施对道庆洲湿地的影响降到最小，实现工程建设与环境保护的和谐共处。

(3)南岸侧码头、203省道节点

南岸既有建筑地块、码头较多，主要有恒大码头、通达码头、吴航钢铁厂等，根据前期对接该项目路线应减少对上述地块的影响。通过对省道203的交通联系及流量分析，结合用地的受限情况，综合考虑立交方案如图4所示。

图4 南岸与码头、203省道立交方案

6 桥隧方案比选研究

道庆洲通道工程跨江河段受湿地、马杭州锚地、码头限制较多，采取隧道方案可规避上述控制节点，因而需要对隧道方案的可行性进行比选研究。

(1)隧道方案构思

主河槽隧道方案：采用沉管法和盾构法修建隧道，在技术上均可行，两方案比较主要表现在以下几个方面：

沉管隧道埋深较浅，其设计和施工受水文条件、河床冲刷影响较大，较适合河势稳定、河床冲刷小的区域，而盾构隧道由于其埋深相对较大，上述条件影响相对较小。

沉管隧道施工对两岸防洪大堤需进行开挖，对堤防安全影响较大，而盾构隧道是采用下穿施工，对堤防影响较小。

本河段河床冲刷变化较大，航道繁忙，且穿过湿地保护区。采用沉管隧道，隧道的埋深受冲刷及河床演变等因素影响。若埋深过大，将增加施工难度和成本；埋深过浅，覆盖层及基层易受冲刷，后期运营结构安全受影响，并且会对湿地影响较大。综合考虑，隧道方案只能采用对航道及湿地影响较小的盾构法施工方案。

(2)隧道方案断面

该工程为特长隧道，按照相关工程技术标准应设置紧急停车带。圆形隧道的建筑限界，内净尺寸除满足通行限界、设备限界、施工工艺要求外，尚需考虑施工误差、结构变形等。对盾构隧道方案，该工程交通包含六车道及地铁6号线，可采用三管方案。

(3)隧道方案平立面

本通道两端均为河槽断面中的最深处，福州侧为通航孔及码头锚地，长乐侧为深水码头，控制了隧道埋深及两岸接线长度。因福州侧隧道底部离接线道路高差达36 m，按最大4%的纵坡爬升，需900 m左右方可地面道路。长乐侧隧道底部离接线道路高差达48 m，按最大4%的纵坡爬升，需要1200 m长度。长乐侧接线现状道路宽45 m，但由于隧道出口占地宽度达到46 m，原有道路势必向两侧加宽，从而影响到道路两侧码头、办公楼及厂房，这样会导致拆迁量极大。

(4)研究结论

隧道方案虽然具有实施的可能性，但限制因素较多：隧道进出口与周边路网接线交通组织较差；隧道建安费达56.4亿，较桥梁方案增加较多；工程防灾风险大；隧道方案建设工期长；6号线前期研究不推荐隧道方案。

综上所述，隧道方案关键性限制因素较多，本通道工程不推荐隧道方案。

7 公轨合建方案比选

目前公轨合建常见的布置方式有两种：平层布置和双层布置(公路在上，轨道在下)。

方案一：双层整幅布置(图5)[3]。上层公路桥面布置为：0.5 m(防撞栏)+3.5 m(紧急停车带)+3×3.5 m(机动车道)+0.5 m(路缘带)+1.0 m(防撞栏)+0.5 m(路缘带)+3×3.5 m(机动车道)+3.5 m(紧急停车带)=31 m。

下层布置2线轻轨，轻轨桥面宽度为10 m。

方案二：平层整幅布置(图6)。桥面布置为：1.5 m(索区)+3.5 m(紧急停车带)+3.5 m(机动车道)+3.5 m(机动车道)+3.5 m(机动车道)+0.5 m(路缘带)+0.75 m(防撞栏)+10.5 m(两线轻轨)+0.75 m(防撞栏)+0.5 m(路缘带)+3.5 m(机动车道)+3.5 m(机动车道)+3.5 m(机动车道)+3.5 m(紧急停车带)+1.5 m(索区)=44 m。

图6 平层整幅横断面布置图

两种布置方案比较如下：

(1)梁高：平层方案梁高主要是结构受力控制，梁高与桥型及跨度有关，主桥一般在3 m～4 m之间，引桥一般在2.5 m～3.5 m之间。双层方案梁高受轨道交通行车限界控制，梁高较高，一般在9 m～12 m之间。

(2)桥宽：双层方案以公路桥宽为主，为31 m左右；平层方案则为二者之和，在44 m左右。

(3)桥梁占地：双层方案由于桥较窄，全线占地较少；平层方案由于桥较宽，全线占地较大。

(4)两岸接线：南岸接线受G316(原S203)省道两侧现状企业用地限制，采用平层布置占地增大，将要搬迁部分厂房，因而较适合采用双层布置方案；北岸接线不受控制，采用双层和平层方案均可。

(5)运营管理：双层方案，公轨上下层分开运营，相互干扰少，管理方便；平层方案需考虑设置隔离设施，以保证轨道封闭通行。

(6)行洪、通航、湿地：由于双层方案梁高较高，引桥基准跨径可做到80 m左右，而平层方案合理的引桥跨径为50 m左右。双层方案引桥区域水中墩子较少，利于桥下行洪、通航、湿地等。

(7)工程造价：两种布置方案均采用共用基础，双层方案由于梁高较大，引桥跨度大，工程造价比平层方案稍贵。而平层方案由于需考虑隔离设施，二者费用大致相抵。

(8)工期：平、双层方案在设计、施工等方面技术均成熟，工期二者基本相当。

综上分析，双层方案具有占地少、轨道纵坡小、全线布置形式统一、运营管理方便等优势，因而推荐双层布置方案。

8 跨江大桥桥型方案比选

经过综合比较，公轨布置方式推荐采用公路在上，轨道在下的双层布置方式，接下来主要对主桥桥型进行研究。

(1)方案一：主通航孔桥型方案采用(121+276+121)m 公轨双层钢桁连续梁[3]。

①桥式布置：本方案采用主跨跨径组成为(121+276+121)m。公路桥面采用钢-混结合结构，标准桁高9.5 m，主墩处桁高为23 m。主墩处变桁高区段下弦杆采用钢-混组合截面，以提高结构刚度，控制钢结构截面尺寸。上层公路桥面宽度31 m，下层轻轨桥面采用正交异性整体钢桥面系。方案效果如图7所示。

图7 (121+276+121)m 双层钢桁连续梁效果图

②主梁：本桥上层公路桥面宽31 m，下层为双线轨道交通，线间距4.2 m。由于公路桥面较宽，铁路面较窄，主桁桁宽的选择需结合主桥横向稳定、横梁悬臂受力等因素综合确定。综合主桥横向刚度、公路横梁结构受力，桁宽取15 m，公路悬臂长8 m，桁间横梁15 m。

③方案特点：该方案公路与轻轨面分层布置，结构通透，运营管理方便，桥下占地少。公路桥面和主墩下弦采用组合结构，可大大提高公路桥面铺装使用寿命。

④景观特点：道庆洲大桥位于三江交汇口(闽江、乌龙江、马江交汇处)，根据规划三江口将成为大福州的城市地理中心。三江口片区视野开阔，距离市中心较近，而且与马尾、长乐地域相邻，三江口周边还有马杭洲、道庆洲湿地保护区，是鸟类重要的繁殖地，环境优美。从桥址处景观协调方面考虑，连续钢桁梁，结构简洁，线型优美，无高耸建筑，与周围环境适应性较好，不破坏江面视野。

(2)方案二：主通航孔桥型方案采用(141+240+141)m 公轨双层钢桁斜拉桥。

①桥式布置：该方案主桥采用混凝土钢桁结合梁斜拉桥，孔跨布置为141+240+141=522 m，公路在上轻轨在下的双层布置方案。主桁节间10 m，上下弦杆中心距离9.5 m，上层公路桥面宽32 m，下层轻轨桥面宽13m。方案效果如图8所示。

图8 (141+240+141)m 双层钢桁斜拉桥效果图

②主梁：主梁采用钢桁结合梁结构，公轨上下双层布置，公路桥面采用混凝土板与钢桁上弦杆及横梁相结合，轻轨桥面采用纵横梁体系。混凝土板桥面宽31 m，板厚25 cm，搁置在上弦杆和6条纵梁上。上、下弦杆高1 m，宽1 m。

③方案特点：该方案公路与轻轨面分层布置，结构通透，运营管理方便，桥下占地少。

④景观特点：混凝土钢桁结合梁斜拉桥，梁型通透，造型轻盈。桥塔采用传统牌楼形式，是福州三坊七巷传统建筑文化的体现。

(3)桥型方案比选

两个方案在设计、施工、造价、工期方面均比较接近。从桥址处景观协调方面考虑，方案一采用连续钢桁梁方案，结构简洁，线型优美，无高耸建筑，与周围环境适应性较好，而方案二斜拉桥结构主塔高度较高，桥面以上主塔部分稍显高耸，视觉上较突出，与三江口景观效果协调性稍差，因此，推荐采用主跨276 m的变高度钢桁连续梁方案。

9 结语

通过对福州市道庆洲过江通道的总体方案研究表明：

(1)大型过江通道方案研究是个复杂系统的工程，采用由面到线、由线到点、先主要后次要的研究方法是合理有效的。

(2)总体方案的分析首先应重点进行上位规划的解读及项目功能定位分析，明确项目的建设边界与起终点。

(3)大型项目的深化研究应对线位及敏感点进行着重分析与评估，重要节点还应进行桥隧方案的同深度比选。

(4)公轨双层合建的桥梁方案可以有效解决两岸接线用地复杂受限的情况，且在与周边环境景观协调上、造价上具有一定的优势。