渤海湾跨海通道建设的紧迫性及现实条件和初步方案
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第37卷第1期 北京交通大学学报 VlO1.37 No.1 2013年2月 oURNAL 0F BEI儿NG儿AoT0NG UNIVERSITY Feb.2013 文章编号:1673—0291(2013)01—0001—10 渤海湾跨海通道建设的紧迫性及 现实条件和初步方案 王梦恕 ,宋克志2 (1.北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044; 2.鲁东大学渤海海峡跨海通道工程规划研究中心,山东烟台264025) 摘要:渤海湾跨海通道重大课题于2012年由中国工程院立项研究.在文献调查和实地踏勘的基 础上,分析渤海湾跨海通道建设的紧迫性及基本建设条件.从国家战略出发考察通道沿线及旅顺和 蓬莱两地登陆点,听取两地干部群众意见和建议.经调研,渤海湾跨海通道建设需求紧迫;宜采取深 埋式“全隧道”方案,横断面采用双洞加一辅助洞;应采用铁路驼背式运输方案;根据需要可在南长 山岛留客运竖井出入口;山东半岛登陆点宜选在蓬莱东港,辽东半岛登陆点宜选在旅顺老铁山角. 根据已有地理信息数据给出三条全隧道线路的平面图与纵断面图,为下一步研究提供参考. 关键词:桥梁与隧道工程;渤海湾;跨海通道;初步方案 中图分类号:U459.5;U25 文献标志码:A Urgency and current construction conditions and preliminary scheme of Bohai Strait cross.sea channel WANG Mengshu ,SONG Kezhi (1.Tunnel and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education,Beiiing Jiaotong University, Beijing 100044,China;2.College of Civil Engineering,Engineering Plan and Research eCnter for Bohai Strait Cross—Sea Channel,Yantai Shandong 264025,China) Abstract:Key projects of Bohai Strait cross—sea channel have been planned by China engineering acade— my in 2012.Based on literature research and in—situ exploration。urgency and fundamental construe. tion conditions of Bohai Strait cross—sea channel are expounded.From the perspective of national strat— egy.1ines and landing points in Lushun and Penglai are investigated.Views and advices of local cadres and the masses in the two cities are listened.As a result,construction requirement of Bohai Strait cross sea channel is urgent.The channel should take the plan of Whole deep tunnel and the tunnel cross see tion should be the way of double main whole and one auxiliary whole.The means of railway piggy— backed conveyance should he adopted.Shaft entrance can be set in South Changshan Island for passen. ger and freight transport according to the need.Landing opint in Shandong Peninsula and in Liaodong Peninsula should be set in Donggang of Penglai and in Laotieshan cape in Lushun.Meanwhile three lines of the whole tunnels are draft,their plane graphs and profile graphs are given according to exist— ing geographic information data.These results can provide references for the further research. Key words:bridge and tunnel engineering;Bohai Strait;cross sea channel;preliminary scheme 收稿Et期:2013一叭 09 基金项目:中国工程院重点咨询项目:渤海海峡跨海通道战略规划研究 作者简介:王梦恕(1938一),男,河南温县人,中国工程院院士,硕士,博士生导师.主要研究方向为隧道与地下工程.email:wms32730@ 263.net.  ̄(1970--),男,山东鱼台人,教授,博士,博士生导师.研究方向为隧道及地下工程.eIT吼{l:ytytskz@126.eom. 第1期 王梦恕等:渤海湾跨海通道建设的紧迫性及现实条件和初步方案 老铁山水道成“V”形沟谷,洼、脊并列相间的状态, 堆积有砾石和棕色亚黏土组成的洪积层和海积层, 厚度一般为1~3 1TI.亦有砾和含砾亚砂土或亚黏土 组成的坡积、洪积层,厚度一般约20--40 m. 2)地质. 年日照率为59.6%.一年中,5月份日照时数最多, 为269.7 h,12月份日照时数最少,为151.1 h. ⑤风向.全县季风显著,夏半年多偏南风,冬半 年多偏北风,由于地处风道,年均大风日为67.8 d. 全年大风日数冬季最多,夏季最小,最大风速为40 m/s(1985年). 2)海况. 长岛县诸岛北邻辽东隆起,南连胶东隆起,处于 胶辽隆起的接合部位,西邻渤海海坳陷.出露的地层 为上元古界“蓬莱群”,出露岩性多为石英岩和泥质 岩层的千枚岩、板岩和石英岩,表层风化较强烈.岛 ①潮汐.长岛海域的潮汐性质属正规半日潮, 其规律是一昼夜两涨两退,俗称“四架潮”,潮高地理 陆构造简单,地层多呈单斜,断层规模较小,岩浆活 分布为北部高,南部低.8月份平均潮高:砣矶岛为 动较微弱. 212 orb_,南长山岛为143 orr1. 海峡北部基岩主要为片麻岩,岩石较松软.岩层 ②潮流.长岛海域的潮流,主要水道多为东西 之间,有牵引压性褶曲,断层规模小,岩浆活动微弱, 流,港湾多为回湾流,北部水道为西流,南部水道为 地层深处有火山喷发的玄武岩.海底因未作大面积 东流.夏季海流,南部海区一般在0.6~1.03 m/s之 调查,岩面埋深和断裂详细分布情况对工程来说,仍 间,大黑山岛海区最小,为0.6 m/s;北部海区一般 显不足. 在1.2 m/s左右,港湾回湾流的流速更小. 诸岛除基底长期隆起外,主要受北东向沂沭断 ③海浪.长岛涨域的浪型,主要为“风浪”,秋季 裂带和北西向威海一蓬莱断裂带所控制,这两组断 和冬季偏北,夏季偏南.浪高的四季变化是:冬季 裂为长期继承性活动断裂.新构造运动时期也有明 (10月至翌年1月)月均浪高1.1 1TI,春季(2—4月) 显活动,推测诸岛为断块上升部分.岛陆上的构造线 月均浪高0.47年,夏季(5—7月)月均浪高0.5 1TI, 方向同区域一致,但不发育,规模亦小. 秋季(8—9月)月均浪高0.8 rD_.历年大浪高平均为 长岛从公元495—1995年间共发生5级以上地 8.6 In,极端最大浪高为10 m. 震11次,7级以上4次,城市建设地震烈度按7度 ④涨水表层温度.长岛海域历年海水表层温度 设防.该通道场址区现代地震活动特点为:现代小震 年平均为11.5℃,8月份最高,月均为22.1℃;2月 活动频繁,集群分布、条带分布特征明显,地震活动 份最低,月均为2.5℃. 主要沿郯庐断裂带、渤海一威海断裂带呈条带状分 ⑤海水透明度.长岛海域海水透明度北部海区 布.该区现代小震震源深度在7~56 km范围内均 一般在3.7~9.5 m之间,南部海区一般在1.7~3 有分布,但主要分布在8-24 km范围内.渤海湾跨 m之间.冬季透明度较小,夏季透明度较大. 海通道工程如要顺利实施,首先要解决好地震活动 对工程的影响.其抗震设防标准,需要进行专门的地 4 渤海湾跨海通道现场调研及初步规划 震安全性研究评价. 2012年7月,中国工程院土木、水利、建筑工程 3.3气象与海况 学部“渤海湾跨海通道战略规划研究”重点咨询项目 1)气象. 调研组两度横跨渤海湾,对规划中的渤海湾跨海通 长岛县属亚洲东部季风区性气候,度 道途径大连旅顺区、烟台市所辖蓬莱市、长岛县及大 为53.2%.具有春季风大回暖晚,夏季雨多气候凉, 钦岛进行了实地考察,广泛听取了山东省、辽宁省及 秋季干燥降温慢,冬季风濒寒潮多的四季特点. 烟台市、大连市有关部门地区及当地干部群众就建 ①气温.全县历年平均气温为12.1℃,最高年 设渤海湾跨海通道的意见和建议. 为13.2℃(1994年),最低年为1O.7℃(1969年). 4.1长岛现实情况 ②降水.全县历年年平均降水量为537.1 iTlm. 1)长岛是重要的军事要塞.长岛内设长山要 其中,春季占14%,夏季占59%,秋季占22%,冬季 塞,岛上军事设施众多,遍布各个岛屿,如果以南桥 占5%.最大年降水量为881.4 mm(1973年),最小 北隧方案建设大通道,势必对军事国防设施造成极 年降水量为204.7 mm(1986年). 大影响.目前长岛仅有南北长山岛、庙岛、小黑山岛 ③湿度.全县历年年平均相对湿度为67%,其 于2008年实现对外开放,其他岛屿仍不对外开放. 中7—8月最大,为85%;12月最小,为60%. 国防建设对基础设施建设方面较多,不宜建设 ④日照.全年日照总时数历年平均为2 612 h, 跨海大桥. 6 北京交通大学学报 第37卷 2)海岛生态环境脆弱.长岛由32座岛屿组成, 各个岛屿自成一个的生态环境.一旦遭到破坏, 很难修复恢复,大通道如果以大桥形式从各个岛屿 穿过,势必会破坏岛屿的自然生态环境. 3)长岛国家级保护区众多.长岛目前是国家级 风景名胜区、国家级鸟类自然保护区、国家级森林公 园、国家级地质公园、国家级水产种植资源保护区、 省级海豹自然保护区,下一步还将争创国家海洋生 态文明示范区.这些保护区和生态示范区对海洋和 陆地生态具有较大的依赖性,建设大通道需要坚持 生态环境优先原则,探索人与自然和谐相处的文明 发展之路. 4)区域内航道众多.渤海海峡周边有14条航 道,其中3条国际航道,分别是蓬长航道、老铁山航 道、长山航道,H常过往万吨级大型客货船舶300余 艘,建设桥梁需要兼顾高标准的通航要求. 5)当地干部群众呼声.①从国家战略及长岛 经济发展出发,建设渤海海峡跨海通道是必要的,在 项目前期工作准备充分的前提下,项目开工越早越 好.②考虑生态环境保护及长岛县人居分布,建议 项目建设采取全隧道方式,在南长山岛设置一个出 人口即可.③考虑到渤海海峡跨海通道项目工程浩 大,前期工作花费时间较长,为了尽早解决长岛经济 社会发展的交通瓶颈制约,建议把蓬长连陆工程作 为渤海海峡跨海通道的先期工程开展前期工作,建 议蓬长连陆工程也采取全隧道方式. 4.2运输方式考虑 公路隧道一般都要考虑照明,通风要求也比较 复杂,铁路隧道一般照明、通风要求低,但长大高速 铁路隧道通风仍是难题.铁路运输具有运行速度快、 运输能力大、受自然条件影响小、营运时间准确、运 行平稳、运输成本低、能耗低等优点. 从目前建设的长大隧道来看,世界最长的铁路 隧道为长57 km的瑞士哥达隧道,而最长的公路隧 道为挪威西部24.5 km的拉尔达隧道;我国最长的 铁路隧道为长32.64 km的新关角隧道,最长的公 路隧道为长18.02 km的秦岭终南山隧道.从世界 海底隧道建设情况看,隧道长度大于20 km的均采 用铁路隧道,电力牵引,这样可长距离不设通风竖 井,运营安全、风险小、运营费低,设计原则是汽车坐 火车跨越海峡.而渤海湾跨海通道长约120 km,为 目前最长隧道的2倍,因此渤海湾海底隧道采用铁 路隧道方案是合理的,汽车随列车驼背式通过. 4.3渤海湾跨海通道的方案考虑 渤海湾跨海通道采用海底铁路隧道方案.海底 隧道与桥梁相比,具有以下优势 J: 1)在建设时能做到不拆迁或少拆迁,占地少, 不破坏环境,引线比桥梁短;建设钢用量比桥梁少, 且只需普通建筑钢,工程总造价低于桥梁. 2)易于和两端交通接线,形成路网.在市区修 建过江、过海隧道时这一点更为明显. 3)不侵占航道净空,不破坏航运,不干扰岸上 航务设施,不影响海域生态环境,能避免噪声尘土对 周围环境的影响,有利于环境的保护. 4)行车安全与气候适应性好,有稳定畅通的通 行能力,可全天候运行. 5)具有很强的抵抗战争破坏、自然灾害(如地 震)和突发事件的能力. 6)具有很强的承载能力,一般无通行车辆载重 . 7)设计可以做到一洞多用,可以把城市供水、 供电、供气和通信等设施安排在比较安全稳定的环 境中. 8)结构耐久性好,可以做到二百年一遇工程, 且结构维护保养费用一般比桥梁低很多. 近20年来,国外有优先考虑采用海底隧道作为 跨越江河湖海方式的趋势.随着中国经济的高速发 展、隧道修建技术的日臻完善及人们环保意识的不断 增强,海底隧道正逐渐被国人所接受,并付诸建设. 目前可用的海底隧道修建方法主要有以下几 种:钻爆法、TBM全断面开敞式掘进机法、盾构法、 沉管法等l3j.从目前已知的岩石可钻性、地下水、断 层破碎程度及隧道长度、工期来看,渤海湾隧道施 工,选用钻爆法和TBM法是比较可行的,可根据具 体的地质特征选择使用.但由于掘进距离长,刀具的 磨损及海底换刀、长距离通风和渣石运出是关键.若 按一台TBM平均月掘进800 m考虑,隧道长度123 kmX 2加中部平导计算,在中部大钦岛和北长山岛 增设两个竖井,平均每台TBM掘进长度为20.5 km,共需 10 m直径TBM 12台,并采用(!)5 m的6 台小TBM加钻爆法配合,可在2年半开挖贯通,1 年进行二次衬砌,1年进行道床施工及铺轨调试,5 ~6年开通运营. 海底隧道横断面采用双洞加一辅助洞,按250 km/h时速标准进行设计建设.辅助洞在施工期间 作为平导,运营时作为救援通道,主隧道与辅助隧道 之间设联络通道,两主隧道之间设减压风道,用以减 缓高速列车的活塞风压,如图4所示.采用深埋隧道 方案,设在海底以下100 m左右,以避开风险.最大 纵坡为18%。. 0 北京交通大学学报 第37卷 须采用铁路,汽车随列车驼背式通过,即汽车乘坐火 车过海.详细的“全隧道”方案线路及设计、施工技术 需进一步细致研究. 3)根据长岛县人口分布情况及4万居民的要 求和希望,跨海通道不必经过南北隍城岛、大小钦 岛、砣矶岛等各小岛,根据需要可在南长山岛留客运 竖井出人口. 4)经调查、协商,渤海湾通道两端的登陆点山 东半岛登陆点宜选在蓬莱市东港,大连端宜选旅顺 老铁山.要求两省及两市在该两地登陆点不进行任 何建设,以减少拆迁. 5)海底隧道采用双洞加辅助洞,按250 km/h时 速标准进行设计建设.采用深埋隧道方案,设在海底 以下100 m左右,以避开风险.最大纵坡为18%o.从施 工、运营需要出发,在大钦岛及长岛设竖井进行通风. 6)渤海湾跨海通道工程的规划设计应该按照 安全、可靠、适用、经济和先进的原则次序进行,次序 不能颠倒. 致谢:本项目调研及相关基础资料收集得到大 连、烟台两地相关部门的大力支持,特此致谢! 参考文献(References): [1]魏礼群,柳耨华,刘良忠,等.渤海海峡跨海通道若干 重大问题研究[M].北京:经济科学出版社,2007. 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