越江(跨海)工程的桥隧方案比较

孙羹尧

(上海市市政规划设计研究院，上海 200031)

0 引言

在筹划跨越较大江河、湖泊和海洋工程时，进行项目论证经常遇到的大方案就是采用桥梁方案还是隧道方案，或桥隧结合跨越方案。国内外对此均有讨论和探索，采用了各种方法或模型进行比较。文章就此议题，结合近年来上海建设的一些越江工程展开讨论。

1 近年来黄浦江越江工程的桥隧比选

自建设上海黄浦江第一座越江工程前期直至立项和以后的工可阶段，曾对究竟是建桥还是建隧作了长期、多次、反复的比较和论证。随着改革开放以来黄浦江两岸发展和城市道路、地铁、轻轨、铁路、公路交通对越江工程的需求，黄浦江上建成了37座桥梁和隧道。如表1所示。

表1 黄浦江越江工程一览表Table 1 Projects crossing Huangpu river

续表

已建成和在建的37座越江工程中，桥梁12座，占32.43%(不到1/3)。黄浦江上修建的大桥从下游溯流往上，依次为杨浦大桥、南浦大桥、卢浦大桥、徐浦大桥、闵浦大桥、奉浦大桥、闵浦二桥、松浦大桥(原名黄浦江大桥、车亭大桥)、松浦二桥、闵浦三桥(松卫大桥)、横潦泾黄浦江大桥和辰塔黄浦江大桥。其他越江工程均为隧道。目前，自下游往上，除了沿江通道隧道、周家嘴路隧道、龙水南路隧道和虹梅南路隧道在建外，其余如外环线泰和路隧道、长江路隧道、复兴东路隧道、西藏南路隧道、打浦路隧道等19座均已建成运营中。除了外环线泰和路隧道是沉管隧道外，其余都为盾构隧道。

在近年来市内新建的黄浦江越江工程基本趋势是选择隧道居多(其中轨交地铁过江，更顺理成章地采用隧道)，越往上游(亦即越远离市区)，越有可能建桥。尽管在建桥还是建隧的争议中，常有所谓“建桥派”和“建隧派”的说法，但笔者认为，在一个城市中某处建桥或是建隧，不能光从狭隘的专业角度去评判、选择，而应当跳出单纯的建一座“桥”或“隧”的有形工程构筑物去考量它的意义，从更大范围和更长时间段内兼顾各方面因素综合比较，尽可能使其建设决策符合客观要求，并经得起时间检验。上海黄浦江上游桥梁分布如图1所示。

图1 上海黄浦江上游桥梁的分布图Fig.1 Layout of bridges crossing Huangpu river in Shanghai

2 国内外越江桥隧工程案例

2.1 国内的桥隧工程

从全国范围看，目前，跨越长江的桥隧工程中，如果将长江的正源上游(通天河、沱沱河)的桥梁也计算在内，跨江桥梁已有102座以上，冠以“长江大桥”的大型桥梁超过65座，占越江工程的绝大部分。除了少量特殊用途的输水、输气、通信、电力等管道、小口径隧洞外，穿越长江真正服务于公路、铁路、城市交通(轻轨、地铁、公交等)采用隧道的屈指可数，如武汉长江隧道、南京长江隧道和上海长江桥隧工程等。而且，已建越江隧道工程都位于沿江大都市中。可见目前我国的特长越江、跨海工程中，选择隧道的还比较少。

我国近几年建造的杭州湾2座大桥、青岛—黄岛大桥、上海东海大桥和舟山连岛大桥等工程体现了我国在深水基础、大跨度桥梁结构设计与施工、抗风、抗震、应对复杂海况、防腐、防撞等方面的技术进步。

国内如武汉长江隧道工程、港珠澳桥隧工程、渤海湾跨海工程、舟山连岛工程和厦漳海底隧道等，在立项开始及项目可行性阶段都曾经有过桥与隧的方案比较。而更大规模的跨海工程如连接山东半岛和辽东半岛的渤海湾跨海工程、琼州海峡跨海工程和台湾海峡跨海工程等更是有建桥还是建隧，或桥隧结合方案的提出。其中渤海湾跨海工程的方案研究中，文献［1－2］对渤海湾通道形式及可能的线位、通过方式做了很有价值和相当深度的比选、论述。其比较一致的结论是在全隧道、全桥梁和桥隧组合3个方案中，采用全隧道方案为最优。文献［3］认为跨越琼州海峡的工程宜隧不宜桥。文献［4］对16个比选因子进行比较后，结论是采用隧道方案为优。文献［5］提出了全隧道过海的推荐方案。

2.2 国外跨海工程的成功实例

1)跨海大桥。国外成功的跨海大桥如横跨欧亚大陆、建成于1973年的博斯普鲁斯海峡大桥(全长1 560 m的悬索桥)，日本多多罗连岛跨海大桥(连接生口岛—大三岛，主跨890 m斜拉桥，全长1 480 m，1995年建成)。随着大型桥梁建造技术的日趋成熟，桥梁的深水基础、大跨度悬吊结构的抗风抗震技术的发展、高强高韧材料的应用，使得在浅海、大陆架上、大江大河的入海口修建跨海大桥不再是可望而不可及的美丽梦想。

2)海底隧道。1993年建成的英法海底隧道(全长48.5 km)、1971年建成的日本青函隧道(全长53.86 km)等。在方案选择阶段，除了明显没有建隧可能以外，几乎都有过桥隧比较的论证。至于隧道方案采用盾构法还是沉管法施工(如丹麦斯多贝尔特海峡桥－隧越海工程)也有不同的方案比较。而到底采用桥或隧，隧道施工用钻爆法、掘进机法还是盾构法、沉管法，拟建场地的地质和水文条件，往往是很重要的考虑因素。

近几年来隧道设计施工技术(包括沉管隧道)的飞速发展和提高，也使过去认为只能修桥的跨河、跨海通道，多了个修建长大隧道的选项和有了实现的可能性。有研究表明，一般情况下，造桥的造价低于造隧，且难度相对较小。但如果在场地地质较好、跨越的长度足够大、水文(海况)条件困难或所处航道十分繁忙的越海通道处修建水下隧道，其每米的造价大致与每米桥梁相当，甚至还低于桥梁。如跨越英吉利海峡的英法海底隧道方案无论是采用掘进方式还是沉埋式隧道，据测算，其造价只有建桥方案的一半。

3)桥隧结合工程。建于1996年的丹麦斯多贝尔特海峡桥－隧越海工程(总长18 km，其中隧道7.9 km;西侧公铁双层桥长6.6 km，东侧跨深水航道的高架桥长6.8 km)、建于1996年的日本东京湾横断道路工程公路(隧道9.1 km，桥梁4.4 km)等。

3 桥、隧工程方案比较的考虑因素

作为方案阶段的比较，可以从需求、可行、效益、安全性及可持续发展等多方面因素进行桥、隧或桥隧结合方案的综合比较。这种比较是基于当前的桥隧建造水平，并能体现以最合理的投入取得最佳的社会和经济效益。

3.1 需求

3.1.1 交通量需求

作为跨越江河、海峡或连岛而修建桥隧，交通量的增长是最基本的需求和动力，而且流量的多少和载重量的大小往往决定是否选择桥梁或者隧道及其规模。

3.1.2 城市或地区的规划及发展

大江大河海峡阻隔了两岸人员来往，影响经济的发展和平衡。正因为有上海、浦东开放发展的需求，才有了黄浦江上几十座越江工程的建设。城市或地区的规划及发展对究竟建桥还是建隧，还是有着不同的要求。在类似上海、武汉、香港、重庆和广州等有江河分割或临海的大城市，随着城市规模的不断扩大和人口的急剧增长，土地作为不可再生的资源日益短缺。撇开地质条件和技术因素以外，“寸土寸金”亦即土地及动拆迁成本是在规划或选定越江、跨海线位时必须考虑的重要制约因素。相对而言，隧道方案一般比同样长度的桥梁方案占地少、拆迁量小。这也是为什么近年来上海市黄浦江越江工程越接近市中心，人们就越倾向选择隧道而不是桥梁。在人口密集、既有建筑林立的大城市中，“线位”也是一种极其宝贵的资源。在城市或地区的规划中，面临众多制约条件，“线位”可以调整、选择的余地很小，在某些情况下，它甚至是唯一的。

3.1.3 人文和景观

人文和景观是工程建设中的重要组成，桥隧比较同样如此。隧道大部分在水下，似乎景观先天不足以与桥梁相比较，但是，随着长大隧道、城市隧道的建设，隧道的进出口形态、通风井的设置与造型等同样是不可忽视的一环。

3.2 可行

选择桥梁或隧道或桥隧结合要考虑技术和经济的可能，且必须兼顾各种外部条件的制约。在某些情况下，通常认为的一般性条件，甚至会上升成建桥或建隧取舍的决定性因素。应予以考虑的因素有:

1)航道要求。通航净宽、净高、航道深度、船只防撞。在通航河流或近海海运航道繁忙处建隧一般总要比建桥有更好的航运适应性。

2)水文(海况、潮汐等)、水流冲刷和泥沙沉积、工程地质。

3)气象条件。台风、冰封或流冰。在我国的沿海和南方，历年的台风和北方冬季河流的封冻、流冰或海冰对桥梁的威胁很大，而对隧道几乎没有影响。

4)技术上的可行性。①设计能力;②工程经验和风险，施工水平;③能满足设计力学性能和耐久性的材料。

5)经济上的可行性。①静态工程造价;②内部收益率;③运营维护成本(考虑全寿命周期成本);④资金筹措和投放、回报;⑤整体、长期效益。

3.3 安全性

1)工程场地地震安全性;2)抗风稳定性;3)防灾、逃生与救援;4)国防、战备;5)可持续发展;6)耐久性与全寿命运营;7)对环境影响的评估。

以上各种考虑因素可以分层次、按阶段渐次展开分项调研、论证。在对桥隧方案的前期研究中，开始引入风险评估、建立数学模型、评估指标体系、层次分析法等方法、手段，做了许多有益的尝试。建设前期的调研分析和比较论证工作做得越充分，考虑的因素越全面，将来建设期间的投入越接近合理，项目的失误就越少。我国近年来一些较大的桥隧工程，凡是有较充分的前期论证和准备的，后期的建设和建成之后的经济社会效益就较好，比较能经得起历史的检验。

如已建成的上海崇明跨越长江口的越江通道，在建设前期对线位及过江工程的南隧北桥、全桥、全隧方案做了比较充分的论证和比选，最后采用的是南隧北桥方案。亦即以盾构掘进通过长江南港主航道，在长江口的南港和北港间的长兴岛出洞，再以上海长江大桥通过长江北港到达崇明岛。在崇明陈家镇落地与岛上的路网沟通选择了南隧北桥方案，使得长江口进出的南港深槽主航道不受影响，利用长兴岛作为隧道的通风井位置和桥隧转换过渡之处［6］。既充分利用了地形地物，又降低了工程造价，同时沟通了2个岛(崇明岛和长兴岛)的交通，推动了区域发展，达到了社会效益和经济效益的统一，是一个桥隧结合工程的成功范例。

4 结论与讨论

1)从近年来上海建设的越江工程来看，初期在中心市区选择建桥较多，随着盾构技术的日趋成熟和市区拆迁成本的越来越高，越来越倾向于选择隧道方案;跨黄浦江的桥梁则往其上游选址。

2)国内外较成功跨越较大江河、湖泊、海洋工程的桥梁、隧道、桥隧结合的工程实例表明选择何种形式跨越，应基于当前的桥隧建造水平，综合考虑各种因素并能体现以最合理的投入取得最佳的社会和经济效益。

3)在比选中，各种考虑因素可以分层次、按阶段渐次展开分项调研、论证，并引进行之有效的定量分析方法予以分析探讨。

4)目前桥隧方案的比较大部分以定性分析为主，如何建立符合实际的工程数学模型，通过定量与定性的有机结合，探讨切实可行的比较方法，使桥、隧或桥隧结合方案在比选中更贴近实际并减少失误。

［1］ 谭忠盛，王梦恕.渤海海峡跨海隧道方案研究［J］.中国工程科学，2013(12):45－54.(TAN Zhongsheng，WANG Mengshu.Scheme study of Bohai Strait cross-sea tunnel［J］.Engineering Sciences，2013(12):45－54.(in Chinese))

［2］ 宋克志.渤海海峡跨海通道桥隧方案比选研究［J］.中国工程科学，2013(12):4－9.(SONG Kezhi.Study on scheme comparison of bridge and tunnel for Bohai Strait cross-sea channel［J］.Engineering Sciences，2013(12): 4－9.(in Chinese))

［3］ 谭忠盛，王梦恕，罗时祥.琼州海峡铁路隧道方案初步比选分析［J］.中国工程科学，2009(7):7－15.(TAN Zhongsheng，WANG Mengshu，LUO Shixiang.Scheme comparison ofQiongzhou Straitrailway tunnel［J］.Engineering Sciences，2009(7):7－15.(in Chinese))

［4］ 林立彬.营口市辽河跨河通道工程桥隧方案初选［J］.北方交通，2013(1):31－36.(LIN Libin.Original selection of river-crossing passage bridge-tunnel scheme of Liaohe River of Yingkou［J］.Northern Communications，2013(1): 31－36.(in Chinese))

［5］ 孙钧.台湾海峡隧道工程规划方案若干关键性问题的思考［J］.隧道建设，2014，34(1):1－9.(SUN Jun.Views on key technical issues of construction of Taiwan Strait tunnel［J］.Tunnel Construction，2014，34(1):1－9.(in Chinese))

［6］ 陶履彬，张奎鸿，汪炳鑑.长江口越江工程方案比选风险评估［J］.上海公路，2004(1):11－15.(TAO Lvbin，ZHANG Kuihong，WANG Bingjian.Risk analysis of the bridge scheme and tunnel scheme for the Yangtze River crossing project at the Yangtze River delta［J］.Shanghai Highways，2004(1):11－15.(in Chinese))