20世紀80年代初，交通部規劃了“五縱七橫”的國道主幹線。經過10年準備，15年實踐，於2007年實現了基本貫通。除了沿海的同三線高速公路上幾個跨海工程外，其餘各線都已提前完成，對中國的經濟發展發揮了重要的作用。
同三線上跨越長江的蘇通大橋和杭州灣大橋已於2008年北京奧運會前建成通車。珠江口的深中通道正在建設中,將縮短同三線的繞行虎門大橋路線。餘下兩個跨越渤海海峽和瓊州海峽通道，已做了前期工作,按計劃將在2020—2030年期間實施。2003年,筆者在主持中國工程院《“十一五”重大工程建設》諮詢項目的研究報告中介紹了這兩個跨海工程的情況、線路方案和工程可行性。從目前的形勢看,中央已提出全面振興東北計劃,決定加快海南省自由港區的建設,兩個海峽的輪渡連接已難以滿足交通暢通需求,有可能促使工程的動工建設。為此,本文分析兩個海峽工程的建設條件和特點,結合現有工程技術水平和973 項目的研究成果,提出橋樑建設方案的意見和建議。
瓊州海峽工程
瓊州海峽是海南島與廣東省雷州半島之間所夾的水道，西接北部灣，東連南海，呈東西向延伸。海峽東西長約 80km，南北平均寬度為 29.5km，最寬處直線距離為 33.5km，最窄處直線距離僅 18km 左右。瓊州海峽是同三線繞不過的海峽。
1994年開始，我國開展了瓊州海峽跨海通道工程的研究，收集了社會經濟、交通運輸、氣象水文、地質地貌、地震等方面的大量資料，形成了多條跨海比選線路。2008 年完成規劃研究。2010年3月，還就地質構造、斷層及地震、海洋水文、環境生態、通航和安全等15個專題展開全面的研究論證工作。研究表明，瓊州海峽工程具有以下兩個特點：
1.中線和西線為較好的跨海線路比選方案（圖1）。中線方案線位順直，跨海工程短，與兩岸既有公路和鐵路的連接順暢，運行時間短、運營成本低，符合城市規劃，但最大水深達 75 米；西線方案海底較為平坦，最大水深 55 米，但跨海工程長，橋樑線位必須繞避徐聞珊蝴礁國家級自然保護區的核心區，與兩岸既有公路和鐵路的連接也要繞行。
圖1 跨海線路比選方案圖
2.進出海峽西口的航線主要有三條，一條通往防城港、欽州港、北海港，一條通往越南北部港口，還有一條通往洋浦和八所港。相關地區港口碼頭的最大靠泊能力為 30萬噸級油輪、20萬噸級散貨船和 5萬噸級集裝箱船。
按照這樣的通航特點和要求，無論中線還是西線，可以分別在北、中、南設置三組通航孔，中通航孔以30萬噸級油輪和15萬噸級集裝箱船作為代表船型，南、北通航孔以5萬噸級船舶作為代表船型。
通航淨高和淨寬可偏保守地用國際橋協建議的“船舶活動域理論” 的方法計算（表1），自由航行（航速約55 公里/小時）的安全通航寬度為3.2L（船長），而約束航行（減速航行，航速約30公里/小時）可減半為1.6L。如航道中只有少量大噸位船舶偶爾通過橋孔，就可以考慮減速航行，以節約橋樑造價。
表1 通航孔淨空要求
為了減小主通航孔跨徑， 每組通航孔均實行分孔通航。在自由航行的條件下，主通航孔跨徑可以採用2×1300m；如果30萬噸級油輪和15萬噸級集裝箱船很少通過海峽，也可借鑑國外橋樑工程案例，採用約束航行分孔通航。希臘的Rion-Antirion橋採用4孔560米斜拉橋的跨徑，為18萬噸海輪以16節航速通過大橋提供兩個淨寬500米的上下行分孔通航淨空；德國費曼恩海峽跨海工程方案採用3×724m[8]布跨，實現25萬噸級船隻的約束通行，如圖2所示。如果瓊州海峽對大船實行約束通航，跨海工程就可以採用虎門公司在20世紀90年代提出的主通航孔跨徑為2×800m建議實施，將進一步節約投資。
a）希臘Rion-Antirion橋
b）德國費曼恩海峽的橋樑方案 圖2 約束通行分孔通航橋樑
根據上述分析，無論採用何種分孔通航方式，主橋跨徑都可以控制在1300m左右。目前已建千米以上跨度的橋樑以懸索橋為主，錨碇一般設置在地質條件較好的岸上。但瓊州海峽主航道範圍是超40m的連續深水區，採用懸索橋方案必將帶來深水錨碇的技術和經濟問題，目前也無深水區建造懸索橋錨碇的成功先例。所以，瓊州海峽工程不適合採用懸索橋方案。
研究表明，主跨小於1300m的斜拉橋，在經濟性能、結構剛度、抗風性能及拉索可更換等方面較水中錨碇的懸索橋具有突出優勢。近年來，蘇通大橋、昂船洲大橋、俄羅斯島大橋等千米級斜拉橋相繼建成，滬通公鐵兩用長江大橋的開建，表明千米級斜拉橋建造技術趨於成熟；而且筆者通過973項目研究和試設計，已經證明在臺灣海峽深水區建造主跨1500m級的公鐵兩用斜拉橋仍是合理可行的[3]。因此在本工程中，適合採用斜拉橋方案。對於分孔通航的主跨1300m級斜拉橋或主跨800m級的斜拉橋，都可採用抗船撞性能好的剛性三塔斜拉橋作為比選方案（圖3）。
a）方案佈置
b）試驗模型 圖3 分孔通航三塔斜拉橋樑方案
主樑選型應考慮橫斷面佈置滿足公鐵兩用及部分車道全天候通行，減小橫風效應，改善主樑氣動外形，提高大軸力作用下主樑穩定性等。橋面系選型還要考慮其耐久性。為此建議採用輕型PC橋面板與鋼箱桁梁組合的斷面形式（圖4），上層佈置高速公路車道，下層佈置可以全天候通行的部分高速公路車道和鐵道，經濟合理且能保證全天候通行。
圖4 輕型PC橋面與鋼箱桁梁組合斷面示意
瓊州海峽引橋工程量巨大，合理布跨和橋型選擇也十分重要。水深和抗船撞等級的提高，會使下部結構造價提高。應結合水深，主樑形式，優化引橋設計。
綜上，跨海工程技術難度高，耗資巨大，應該根據實際的交通需求和海峽航運要求合理確定技術標準。虎門公司在20世紀90年代做過的瓊州海峽工程前期工作，建議主通航孔為2×800m的三塔斜拉橋橋樑方案，總的看來比隧道方案造價低。如果採用公鐵兩用的雙層鋼桁架組合梁斜拉橋方案，將更為經濟合理，也更耐久，符合可持續發展的理念。
渤海海峽工程
渤海海峽是我國遼東半島的旅順和山東半島的蓬萊之間的狹長水道，南北相距約109公里。渤海海峽工程就是建設連接兩地的跨海通道。如以北隍城島老凹礁為界，可以將渤海海峽（圖5）分成南北兩段。南段水道窄而淺，北段水道寬而深。
圖5 渤海海峽
南段海峽以廟島群島為主，由一連串的小島和礁石組成，自南向北伸達64km。雖有長山水道（為南黃海通往天津新港的捷徑）和登州水道（是山東半島通往廟島群島最近的水道）,但通航要求不高，適宜建橋。用橋樑把這些島、礁串連起來，技術難度低，經濟合理。因此，南段建橋應不存爭議。研究表明，只須建兩條大壩和7座橋樑即可連通南段。
北段海峽為老鐵山水道， 水面寬逾4 2 公里， 水深42～86米，建設條件複雜，素有橋隧之爭。如果建隧，汽車過海只能通過背馱方式，用鐵路車皮運過海峽[6]。這種方式的成功之作應首推上世紀建成的英吉利海峽通道，它將英國和歐洲大陸連接起來，全長51公里。這是一個鐵路隧道，汽車通過背馱方式，用鐵路車皮運過海峽，解決了公鐵兩用的問題，總體服務情況良好。據瞭解，目前主要通行歐洲之星客運列車，可從歐洲各國首都直達倫敦，頗受歡迎。貨運列車因不敵海運已停運，而馱背式穿梭汽車， 也因上下列車不便並不受歡迎，每天僅有少量班車服務。因此這並不是一個完美的方案。當然，也可以採用工鐵分建方案，北段鐵路用隧道方案，而公路則採用橋樑方案， 就像丹麥大海帶工程那樣。但這將增加大量投資。
再有就是採用工鐵合建的橋樑方案。對比瓊州海峽與渤海海峽的建設條件可以發現，在通航需求方面，兩條海峽基本相同，老鐵山水道也可以規劃幾組分孔通航航道， 分孔通航跨徑控制在1300m左右；不同的是老鐵山水道比瓊州海峽水道水更寬、更深。所以，只要解決好80米深水基礎工程的技術問題，就可以採用與瓊州海峽相似的橋型和截面佈置實現跨越。
目前，世界深水基礎工程的修建技術發展迅速，已建成橋塔基礎水深為65m，水下地基開挖與岩石削平的水深為8 0 m；直接放置的自浮式沉井或鍾型基礎的深度為80～100m；在水深 300m 下打直徑 2.13m 的鋼樁入土達130m；水下混凝土澆注技術的有效水深約為 120m (蘇通大橋最大樁長117m。）；水下鑽探、取樣及探測技術在我國有效水深約為 100m；直接浮運就位的重力式鑽井平臺的水深為216m。據此可以認為，業已具備修建80米深水基礎的技術條件。所以，在此基礎上主橋採用2×1300m的公鐵兩用雙層鋼桁混凝土橋面組合梁斜拉橋，應是渤海海峽工程的合理選擇。當然如能跨越深溝，將塔的基礎建在60米左右水深處，則更為經濟、可靠。
擇優而建
1.兩個跨海峽工程都可採用公鐵合建的全橋方案， 並選用雙層佈置的輕型PC板鋼箱桁組合梁，不僅可以滿足全天候交通需求，而且經濟耐久，阻尼大，可避免橋樑渦振，具有競爭力。
2.通航孔橋橋型宜採用抗風性能好，沒有深水錨碇的斜拉橋方案。為此，主通航孔橋應採用雙向分孔通航方案以減小跨度。如能讓少量10萬噸級以上的大型船隻採用約束通航過橋，則可減小通航跨徑，進一步節約造價。
3.海峽水深大部分在40米以上，必須在研究便於施工且經濟性好的深水基礎方案的同時，加快深入研究深水區非通航孔橋的經濟跨徑和橋型。
4.兩個跨海工程造價都超千億，必須對公鐵合建還是分建，採用全橋、全隧或橋隧結合等各方案進行全面深入和科學公正的比較，通過競爭，選出最經濟合理的實施方案。
作者 / 肖汝誠 項海帆
作者單位 / 同濟大學土木工程學院橋樑工程系
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