巢湖至马鞍山铁路跨越长江桥隧方案比选研究

李帅

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063）

1 项目概况

巢湖至马鞍山铁路（以下简称“巢马铁路”）是国家“八纵八横”高速铁路主通道之一，沿江通道合肥至上海间又一快速客运通道的重要组成部分。线路西起合肥枢纽巢湖东站，向东南经马鞍山所辖含山县、郑蒲港新区后越长江，于马鞍山市区新设马鞍山南站后继续向东延伸，与扬马铁路、南沿江城际铁路衔接（见图1）。本项目跨越长江部分在功能定位上既是马鞍山通往合肥的快速铁路通道，也需满足马鞍山与和县、含山的市政交通和轨道交通的需求。考虑到过江通道资源紧缺、公路铁路匹配关系以及尽可能预留远期发展条件等因素，本项目过江规模推荐采用“4线铁路+6线公路”的公铁合建形式。

图1 巢马城际铁路线路走向平面示意图

项目研究过程中，通过对马鞍山段长江沿线进行考查、比较和选择，推荐江心洲通道姑孰过江线位方案。过江通道位置确定后，采用什么方式跨越长江是普遍关注的问题。本文对姑孰越江线位的桥梁方案和隧道方案进行深入研究，进而选择一个经济效益佳、建设施工难度小、运营风险小的方案。

2 桥梁型式过江建设方案

2.1 方案综述

铁路在公铁合建段和公路采用相同的平面布置[1]，出公铁合建段后按总体线形展开。过江桥梁全长10.47 km，设计起讫点为DK48+903.095～CK58+702.318。

2.2 江心洲左汊孔跨布置方案

为更好地适应桥址区段河势条件、航道条件等不利变化，在不同水位情况下均能满足船舶通航要求，同时尽量减小对牛屯河边滩稳定及下游郑蒲港区淤积的不利影响，消除桥梁建设对长江航运的安全隐患，确保长江黄金水道畅通，推荐通道桥跨布置采用与下游2.3 km处的马鞍山公路桥（2×1 080 m）基本对孔布置方式，同时考虑到本桥为公铁两用桥梁，基础规模比原公路桥相对较大，为保持原通航尺度不变，通航孔稍大，推荐采用2×1 120 m的桥跨布置，该桥跨布置方案可满足通航要求。所以，跨左汊桥梁推荐采用144 m+336 m+2×1 120 m+336 m+144 m三塔钢桁梁斜拉桥。

2.3 江心洲右汊孔跨布置方案

江心洲右汊参考附近下游的马鞍山长江公路大桥右汊航道当时的研究情况[2]：右汊为内河Ⅲ级航道，单孔双向通航净宽不小于330 m，单孔单向通航净宽不小于190 m。由于刚度与受力要求，铁路桥桥墩断面尺寸相对较大，为有利于行洪，并考虑桥位处实际河道断面与大堤位置，故右汊桥梁方案推荐采用主跨为392 m的一跨过江布置，满足单孔双向通航要求。所以，跨右汊桥梁推荐采用56 m+168 m+392 m+168 m+56 m的斜拉桥。

3 隧道过江方案研究

3.1 隧道方案纵断面分析

考虑到隧道过江后马鞍山南站的设站条件、隧道施工难度和工程造价等因素，隧道过江方案共研究了2个方案：全隧道方案、桥隧结合方案。

3.1.1 全隧道方案

线路出郑蒲港高架站后往东以隧道形式下穿长江主汊、江心洲和长江副汊后出地面，上跨G205国道和既有宁芜铁路后设马鞍山南站（见图2）。隧道长11 470 m，其中左汊隧道长6 250 m，江心洲明挖段长1 550 m，右汊隧道长3 670 m。

图2 全隧道过江方案

3.1.2 桥隧结合方案

线路出郑蒲港高架站后在长江北岸下穿长江主汊，过主汊后在江心洲范围内由隧道过渡为桥梁，以桥梁形式跨过长江副汊，之后往东设马鞍山南高架站（见图3）。隧道长6 050 m，其中盾构段长4 700 m，明挖段长1 350 m。

图3 桥隧结合过江方案

3.1.3 方案比较及推荐意见

对上述全隧道越江方案、桥隧结合方案从工程难度、建设周期和工程造价等方面进行分析比较，前者工期较长，工程投资增加8.8亿元，同时改路成本及运营风险相对较高，综合考虑桥隧结合过江方案隧道短，线路利用江心洲实现隧桥过渡，以桥梁形式跨过长江副汊至长江南岸，对既有宁芜铁路、205国道及多条市政道路影响较小。因此，隧道方案推荐桥隧结合过江方案。

3.2 隧道横断面布置

桥隧结合过江方案隧道部分断面分为铁路隧道、轨道交通隧道、市政公路隧道3种，满足“4线铁路+6线公路”的公铁合建形式，陆域段考虑分期建设模式，3种断面结构水平净距约34～46 m；江域段3种断面结构水平净距约46～240 m。

4 桥梁、隧道建设方案优缺点比较

4.1 通行能力与交通功能

铁路方面：桥梁方案为主汊跨度超过1 000 m，铁路设计速度只能采用250 km/h，而隧道方案行车速度可设为350 km/h，隧道通行能力较强、速度条件较好。

4.2 运营条件

4.2.1 全天候运营条件

桥梁方案：桥面远高于江面，风速大，加之江面空气湿度较大、易产生江面大风、大雾等恶劣天气对行车影响大，特殊条件下需要关闭。隧道方案：以隧道方式下穿长江主汊，公路及铁路行车受大风、大雨等恶劣天气的影响较小。

4.2.2 空气质量与大气污染

桥梁方案：行车处于开放的环境条件，空气质量与周边环境相同，相对较优；隧道方案：隧道洞内利用车行道上部富裕空间作为排烟道，一氧化碳浓度、温度、空气质量控制难度相对较大。

4.2.3 运营风险

桥梁应对火灾等偶发灾难性事故的能力较强，防灾、救援方便快捷。隧道车行道下部需布置疏散通道[3]，隧道深埋于地下，空间相对封闭，逃生救援条件与桥梁方案相比较差。

4.2.4 运营维修成本

桥梁方案大修（索具更换）成本相对较高且较为频繁，但是管理运营费用及设备能耗低；隧道方案主体结构基本免维护，但是管理运营费用与设备能耗高。此外，本项目大跨度桥梁需采用有砟轨道，工务维护作业量大。公路隧道维修养护费用主要是通风、抽排水及电力照明等，隧道通风主要为养护通风、阻塞通风和火灾通风，运营通风可以充分利用列车活塞风进行换气通风，不需要机械通风。

4.3 施工难度及工程风险

目前，我国在大跨度桥梁和水底隧道施工方面已积累了丰富的经验，工程实例多，风险可控，工期有保障。隧道施工基本不受长江汛期影响，风险主要来自地质因素，本工程盾构穿越地层较为复杂，涉及粉砂、粉质黏土、强风化、弱风化凝灰岩等地层，软硬不均地层施工难度大，对设备配置和施工经验等综合施工能力要求高。

4.4 对防洪、通航及岸线的影响比较

4.4.1 对河势及水流状况的影响

桥梁方案江中设置有桥墩，对河势及水流状况有一定影响；隧道方案位于长江河床以下，对河势及水流状态无影响。

4.4.2 对通航的影响

桥梁方案通过合理布置孔跨和墩位可以满足通航要求，但会对港口和航运的发展空间带来一定的限制；隧道建成以后，对通道无影响，有利于长江航道的长久可持续发展。

4.4.3 船只碰撞

桥梁方案无法避免船桥碰撞，需设置防撞装置；隧道结构位于河床以下，不受船只碰撞影响，

4.4.4 对岸线影响

桥位处现状没有大型码头，但规划有港区。桥梁占用一定的岸线资源，对岸线开发利用产生不利影响；隧道则基本不影响。

4.5 对周边环境和景观的影响比较

桥梁采用悬索桥或斜拉桥结构，可以成为地标和人造景观。但桥梁全线架立于地上，车辆尾气、噪声等对周边环境影响较大。隧道大部分位于地下，基本保持周边自然风貌，环境影响较小。

4.6 对区域土地使用的影响比较

桥梁方案需对周边邻近敏感建筑物进行环保拆迁，土地的用途受到严格的制约，同时桥梁方案与地面接线道路及匝道衔接便利，有利于城市的整体规划。隧道方案建设相对灵活，占用土地范围较小，工程费用本身相差较小，功能上也能满足巢马铁路以及江心洲与主城区的市政交通沟通需求。

4.7 对国防战备的影响比较

隧道深埋于地下，利于战备，且受到直接命中的概率较低；桥梁易成为战时攻击目标，易受攻击。

4.8 建设工期及工程造价

桥梁方案施工工期5年，隧道方案施工工期约为4.5年。公铁合建桥梁方案工程总投资约为121亿元，隧道方案工程总投资额约为102亿元（其中，市政道路隧道段和轨道交通隧道工程可以结合既有长江大桥的车流量情况，灵活决策实施时机，近期双线铁路投资约40亿元）,对于全寿命周期成本的养护维修费（100年），隧道方案约61.2亿元（铁路隧道12.5亿元，公路隧道48.6亿元），桥梁方案约23.5亿元，桥梁方案合计总投资较隧道方案节省约14.7亿元。

5 推荐意见

综上所述，桥梁与隧道过江方案各有特点，隧道方案工程投资相对较省，但综合全寿命周期成本的养护维修费，桥方案可节省14.7亿元；同时，桥梁方案行政审批难度相对较小，施工、运营方面条件相对较好，与地方规划吻合。经研究，推荐公铁合建桥梁过江方案，规模为“四线铁路+六线市政公路”。