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20世纪80年代初，交通部规划了“五纵七横”的国道主干线。经过10年准备，15年实践，于2007年实现了基本贯通。除了沿海的同三线高速公路上几个跨海工程外，其余各线都已提前完成，对中国的经济发展发挥了重要的作用。 同三线上跨越长江的苏通大桥和杭州湾大桥已于2008年北京奥运会前建成通车。珠江口的深中通道正在建设中,将缩短同三线的绕行虎门大桥路线。余下两个跨越渤海海峡和琼州海峡通道，已做了前期工作,按计划将在2020—2030年期间实施。2003年,笔者在主持中国工程院《“十一五”重大工程建设》咨询项目的研究报告中介绍了这两个跨海工程的情况、线路方案和工程可行性。从目前的形势看,中央已提出全面振兴东北计划,决定加快海南省自由港区的建设,两个海峡的轮渡连接已难以满足交通畅通需求,有可能促使工程的动工建设。为此,本文分析两个海峡工程的建设条件和特点,结合现有工程技术水平和973 项目的研究成果,提出桥梁建设方案的意见和建议。 琼州海峡工程 琼州海峡是海南岛与广东省雷州半岛之间所夹的水道，西接北部湾，东连南海，呈东西向延伸。海峡东西长约 80km，南北平均宽度为 29.5km，最宽处直线距离为 33.5km，最窄处直线距离仅 18km 左右。琼州海峡是同三线绕不过的海峡。 1994年开始，我国开展了琼州海峡跨海通道工程的研究，收集了社会经济、交通运输、气象水文、地质地貌、地震等方面的大量资料，形成了多条跨海比选线路。2008 年完成规划研究。2010年3月，还就地质构造、断层及地震、海洋水文、环境生态、通航和安全等15个专题展开全面的研究论证工作。研究表明，琼州海峡工程具有以下两个特点： 1.中线和西线为较好的跨海线路比选方案（图1）。中线方案线位顺直，跨海工程短，与两岸既有公路和铁路的连接顺畅，运行时间短、运营成本低，符合城市规划，但最大水深达 75 米；西线方案海底较为平坦，最大水深 55 米，但跨海工程长，桥梁线位必须绕避徐闻珊蝴礁国家级自然保护区的核心区，与两岸既有公路和铁路的连接也要绕行。  图1 跨海线路比选方案图 2.进出海峡西口的航线主要有三条，一条通往防城港、钦州港、北海港，一条通往越南北部港口，还有一条通往洋浦和八所港。相关地区港口码头的最大靠泊能力为 30万吨级油轮、20万吨级散货船和 5万吨级集装箱船。 按照这样的通航特点和要求，无论中线还是西线，可以分别在北、中、南设置三组通航孔，中通航孔以30万吨级油轮和15万吨级集装箱船作为代表船型，南、北通航孔以5万吨级船舶作为代表船型。 通航净高和净宽可偏保守地用国际桥协建议的“船舶活动域理论” 的方法计算（表1），自由航行（航速约55 公里/小时）的安全通航宽度为3.2L（船长），而约束航行（减速航行，航速约30公里/小时）可减半为1.6L。如航道中只有少量大吨位船舶偶尔通过桥孔，就可以考虑减速航行，以节约桥梁造价。  表1 通航孔净空要求 为了减小主通航孔跨径， 每组通航孔均实行分孔通航。在自由航行的条件下，主通航孔跨径可以采用2×1300m；如果30万吨级油轮和15万吨级集装箱船很少通过海峡，也可借鉴国外桥梁工程案例，采用约束航行分孔通航。希腊的Rion-Antirion桥采用4孔560米斜拉桥的跨径，为18万吨海轮以16节航速通过大桥提供两个净宽500米的上下行分孔通航净空；德国费曼恩海峡跨海工程方案采用3×724m[8]布跨，实现25万吨级船只的约束通行，如图2所示。如果琼州海峡对大船实行约束通航，跨海工程就可以采用虎门公司在20世纪90年代提出的主通航孔跨径为2×800m建议实施，将进一步节约投资。  a）希腊Rion-Antirion桥  b）德国费曼恩海峡的桥梁方案 图2 约束通行分孔通航桥梁 根据上述分析，无论采用何种分孔通航方式，主桥跨径都可以控制在1300m左右。目前已建千米以上跨度的桥梁以悬索桥为主，锚碇一般设置在地质条件较好的岸上。但琼州海峡主航道范围是超40m的连续深水区，采用悬索桥方案必将带来深水锚碇的技术和经济问题，目前也无深水区建造悬索桥锚碇的成功先例。所以，琼州海峡工程不适合采用悬索桥方案。 研究表明，主跨小于1300m的斜拉桥，在经济性能、结构刚度、抗风性能及拉索可更换等方面较水中锚碇的悬索桥具有突出优势。近年来，苏通大桥、昂船洲大桥、俄罗斯岛大桥等千米级斜拉桥相继建成，沪通公铁两用长江大桥的开建，表明千米级斜拉桥建造技术趋于成熟；而且笔者通过973项目研究和试设计，已经证明在台湾海峡深水区建造主跨1500m级的公铁两用斜拉桥仍是合理可行的[3]。因此在本工程中，适合采用斜拉桥方案。对于分孔通航的主跨1300m级斜拉桥或主跨800m级的斜拉桥，都可采用抗船撞性能好的刚性三塔斜拉桥作为比选方案（图3）。  a）方案布置  b）试验模型 图3分孔通航三塔斜拉桥梁方案 主梁选型应考虑横断面布置满足公铁两用及部分车道全天候通行，减小横风效应，改善主梁气动外形，提高大轴力作用下主梁稳定性等。桥面系选型还要考虑其耐久性。为此建议采用轻型PC桥面板与钢箱桁梁组合的断面形式（图4），上层布置高速公路车道，下层布置可以全天候通行的部分高速公路车道和铁道，经济合理且能保证全天候通行。  图4 轻型PC桥面与钢箱桁梁组合断面示意 琼州海峡引桥工程量巨大，合理布跨和桥型选择也十分重要。水深和抗船撞等级的提高，会使下部结构造价提高。应结合水深，主梁形式，优化引桥设计。 综上，跨海工程技术难度高，耗资巨大，应该根据实际的交通需求和海峡航运要求合理确定技术标准。虎门公司在20世纪90年代做过的琼州海峡工程前期工作，建议主通航孔为2×800m的三塔斜拉桥桥梁方案，总的看来比隧道方案造价低。如果采用公铁两用的双层钢桁架组合梁斜拉桥方案，将更为经济合理，也更耐久，符合可持续发展的理念。 渤海海峡工程 渤海海峡是我国辽东半岛的旅顺和山东半岛的蓬莱之间的狭长水道，南北相距约109公里。渤海海峡工程就是建设连接两地的跨海通道。如以北隍城岛老凹礁为界，可以将渤海海峡（图5）分成南北两段。南段水道窄而浅，北段水道宽而深。  图5 渤海海峡 南段海峡以庙岛群岛为主，由一连串的小岛和礁石组成，自南向北伸达64km。虽有长山水道（为南黄海通往天津新港的捷径）和登州水道（是山东半岛通往庙岛群岛最近的水道）,但通航要求不高，适宜建桥。用桥梁把这些岛、礁串连起来，技术难度低，经济合理。因此，南段建桥应不存争议。研究表明，只须建两条大坝和7座桥梁即可连通南段。 北段海峡为老铁山水道， 水面宽逾4 2 公里， 水深42～86米，建设条件复杂，素有桥隧之争。如果建隧，汽车过海只能通过背驮方式，用铁路车皮运过海峡[6]。这种方式的成功之作应首推上世纪建成的英吉利海峡通道，它将英国和欧洲大陆连接起来，全长51公里。这是一个铁路隧道，汽车通过背驮方式，用铁路车皮运过海峡，解决了公铁两用的问题，总体服务情况良好。据了解，目前主要通行欧洲之星客运列车，可从欧洲各国首都直达伦敦，颇受欢迎。货运列车因不敌海运已停运，而驮背式穿梭汽车， 也因上下列车不便并不受欢迎，每天仅有少量班车服务。因此这并不是一个完美的方案。当然，也可以采用工铁分建方案，北段铁路用隧道方案，而公路则采用桥梁方案， 就像丹麦大海带工程那样。但这将增加大量投资。 再有就是采用工铁合建的桥梁方案。对比琼州海峡与渤海海峡的建设条件可以发现，在通航需求方面，两条海峡基本相同，老铁山水道也可以规划几组分孔通航航道， 分孔通航跨径控制在1300m左右；不同的是老铁山水道比琼州海峡水道水更宽、更深。所以，只要解决好80米深水基础工程的技术问题，就可以采用与琼州海峡相似的桥型和截面布置实现跨越。 目前，世界深水基础工程的修建技术发展迅速，已建成桥塔基础水深为65m，水下地基开挖与岩石削平的水深为8 0 m；直接放置的自浮式沉井或钟型基础的深度为80～100m；在水深 300m 下打直径 2.13m 的钢桩入土达130m；水下混凝土浇注技术的有效水深约为 120m (苏通大桥最大桩长117m。）；水下钻探、取样及探测技术在我国有效水深约为 100m；直接浮运就位的重力式钻井平台的水深为216m。据此可以认为，业已具备修建80米深水基础的技术条件。所以，在此基础上主桥采用2×1300m的公铁两用双层钢桁混凝土桥面组合梁斜拉桥，应是渤海海峡工程的合理选择。当然如能跨越深沟，将塔的基础建在60米左右水深处，则更为经济、可靠。 择优而建 1.两个跨海峡工程都可采用公铁合建的全桥方案， 并选用双层布置的轻型PC板钢箱桁组合梁，不仅可以满足全天候交通需求，而且经济耐久，阻尼大，可避免桥梁涡振，具有竞争力。 2.通航孔桥桥型宜采用抗风性能好，没有深水锚碇的斜拉桥方案。为此，主通航孔桥应采用双向分孔通航方案以减小跨度。如能让少量10万吨级以上的大型船只采用约束通航过桥，则可减小通航跨径，进一步节约造价。 3.海峡水深大部分在40米以上，必须在研究便于施工且经济性好的深水基础方案的同时，加快深入研究深水区非通航孔桥的经济跨径和桥型。 4.两个跨海工程造价都超千亿，必须对公铁合建还是分建，采用全桥、全隧或桥隧结合等各方案进行全面深入和科学公正的比较，通过竞争，选出最经济合理的实施方案。  作者 / 肖汝诚 项海帆 作者单位 / 同济大学土木工程学院桥梁工程系 |
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