海南島位于中國(guó)最南端，北隔瓊州海峽與廣東省雷州半島相望，西隔北部灣與越南相對(duì)，東瀕南海與臺(tái)灣島相望，是“一帶一路”重要的海上交通集散地。由于受到瓊州海峽的隔斷，海南島和內(nèi)陸的交通現(xiàn)狀只能通過輪渡，極大限制了人員和物資的交流和轉(zhuǎn)運(yùn)[1]。隨著瓊州海峽交通流量的逐年增加，瓊州海峽通航能力現(xiàn)狀與海南國(guó)際旅游島需求間的矛盾更加突顯，亟需開展瓊州海峽跨海鐵路通道(以下簡(jiǎn)稱“跨海鐵路通道”)的建設(shè)方案研究，從運(yùn)量需求、工程可實(shí)施性以及技術(shù)儲(chǔ)備情況等方面入手，提出分期建設(shè)方案，為跨海鐵路通道建設(shè)實(shí)施提供一定借鑒。

1 現(xiàn)狀分析

瓊州海峽位于廣東省雷州半島和海南島之間，西接北部灣，東連南海北部，呈東西向延伸，長(zhǎng)約80 km，寬20 ～ 40 km，最窄處18 km，平均水深為44 m，最大深度114 m。目前跨海鐵路通道由輪渡銜接雷州半島南端的海安(北港)至海南島的海口(南港)；根據(jù)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》提出的鐵路強(qiáng)國(guó)發(fā)展目標(biāo)，2035年湛海高速鐵路將構(gòu)成我國(guó)東、中、西部進(jìn)出海南島的唯一高速鐵路通道，跨海鐵路通道作為湛海高速鐵路的關(guān)鍵區(qū)段，既有的輪渡運(yùn)輸將不能適應(yīng)未來的路網(wǎng)整體功能需求，需要對(duì)其下步建設(shè)方案及運(yùn)輸組織方案進(jìn)行研究。瓊州海峽跨海鐵路通道地理位置示意圖如圖1所示。目前跨海鐵路通道運(yùn)輸主要存在以下問題。

圖1 跨海鐵路通道地理位置示意圖Fig.1 Geographical location of the cross-strait railway

（1）過海時(shí)間長(zhǎng)。目前鐵路旅客列車在海安南站與?？谡鹃g單程運(yùn)行時(shí)間約2.6 ～ 3.0 h (包含過海時(shí)間及輪渡技術(shù)作業(yè)時(shí)間)，導(dǎo)致過海時(shí)間較長(zhǎng)。

（2）運(yùn)輸能力飽和。目前粵海鐵路輪渡每日開行14對(duì)航班，客貨列車每日共開行10對(duì)，粵海鐵路輪渡能力基本飽和，春運(yùn)高峰時(shí)汽車嚴(yán)重滯留于港區(qū)及周邊道路，并且港口棧橋處于超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)[2]，現(xiàn)有輪渡服務(wù)模式難以適應(yīng)運(yùn)輸?shù)拘枨笞兓痆3]。

（3）旅客舒適度差。由于現(xiàn)有渡輪無法為過海旅客列車提供動(dòng)力，夏季無空調(diào)，車廂內(nèi)溫度較高，嚴(yán)重影響湛海鐵路通道的客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量。

2 分期建設(shè)方案設(shè)計(jì)

2.1 方案規(guī)劃

結(jié)合運(yùn)量預(yù)測(cè)情況以及跨海鐵路通道橋隧工程的可實(shí)施性，可以將跨海鐵路通道實(shí)施分為2個(gè)階段，跨海鐵路通道湛江至?？诙蔚膮^(qū)段列車對(duì)數(shù)預(yù)測(cè)如表1所示。第一階段(2035年前)采用輪渡方案過渡，第二階段(2035—2045年)建成固定跨海工程[1]。第一階段對(duì)既有海安南輪渡站進(jìn)行擴(kuò)能改造，新建動(dòng)車輪渡系統(tǒng)，動(dòng)車組列車、普速列車過海共用該通道，共設(shè)計(jì)研究“擺渡人”“(4×4)擺渡車”和“(8 + 8)擺渡車”3個(gè)方案；第二階段考慮通過修建橋梁或隧道工程形成固定通道，結(jié)合高速磁浮、新能源汽車等技術(shù)對(duì)該階段跨海鐵路通道工程方案進(jìn)行設(shè)計(jì)展望。

表1 區(qū)段列車對(duì)數(shù)預(yù)測(cè) 對(duì)/dTab.1 Prediction of section trains

2.1 第一階段方案研究

2.1.1 3種方案設(shè)計(jì)

（1）“擺渡人”方案。動(dòng)車組運(yùn)行至輪渡碼頭站臺(tái)，客運(yùn)渡船與動(dòng)車組站臺(tái)直接接駁，具備同站臺(tái)上下客條件，同時(shí)配備高架候車大廳，滿足旅客換乘和休息的需要，提高運(yùn)輸服務(wù)品質(zhì)。方案近期設(shè)突堤碼頭2座，碼頭采用2臺(tái)夾2線布置形式。該方案投資約27.19億元。

（2）“(4×4)擺渡車”方案。動(dòng)車組按4輛編組(需對(duì)現(xiàn)有動(dòng)車組進(jìn)行定制改造)，4組連掛，通過新建鐵路棧橋直接上渡輪過海。該方案近期設(shè)新建碼頭3座，鐵路通過待渡場(chǎng)與鐵路棧橋連接，棧橋長(zhǎng)188 m。新購(gòu)輪渡7艘，船長(zhǎng)約125 m，寬度約22 m，排水量5 000 t。該方案投資約43.09億元。

（3）“(8 + 8)擺渡車”方案。動(dòng)車組按8輛編組，2組連掛，通過新建鐵路棧橋直接上渡輪過海，該方案近期新設(shè)碼頭3座，鐵路通過待渡場(chǎng)與鐵路棧橋連接，棧橋長(zhǎng)188 m；新購(gòu)輪渡9艘，船長(zhǎng)約250 m，排水量10 000 t。該方案投資約58.19億元。

2.1.2 方案比選

根據(jù)中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司現(xiàn)行的《粵海鐵路輪渡運(yùn)輸組織規(guī)定》[4]，以及過海動(dòng)車的性能，研究3種方案的作業(yè)過程，計(jì)算其作業(yè)時(shí)間。鐵路輪渡運(yùn)輸組織流程主要由停穩(wěn)后移除鐵鞋、摘鉤、卸綁、拆除防護(hù)信號(hào)等一系列準(zhǔn)備工作和動(dòng)車組上下船作業(yè)以及反向作業(yè)流程等構(gòu)成，作業(yè)時(shí)間由2部分構(gòu)成，分別為T技和T運(yùn)，其中T技為上下船時(shí)間、進(jìn)出檔時(shí)間、離靠泊時(shí)間的總和；T運(yùn)為過海運(yùn)行時(shí)分。

結(jié)果表明，“擺渡人”“(4×4)擺渡車”“(8 + 8)擺渡車”3種方案的過海時(shí)間分別為95 min， 130 min，110 min；與現(xiàn)狀最快的旅客列車過海時(shí)間150 min相比，分別節(jié)省55 min，20 min，40 min，3種方案作業(yè)流程及時(shí)間示意圖如圖2所示。

圖2 3種方案作業(yè)流程及時(shí)間示意圖Fig.2 Operation flow and time of three schemes

根據(jù)2025年的區(qū)域高速鐵路路網(wǎng)測(cè)算，廣州至海口、三亞的動(dòng)車組列車旅行時(shí)間將縮短到約6 h，7.5 h，而航空的飛行時(shí)間僅為1 h，1.5 h，高速鐵路與航空的旅行時(shí)間差達(dá)5 h，6.5 h；相關(guān)既有線電化改造后，廣州至?？凇⑷齺嗛g普速旅客列車旅行時(shí)間將縮短到10 h，15 h，高速鐵路市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力進(jìn)一步提升，因而，研究認(rèn)為即使高速鐵路采用無需旅客換乘的“擺渡車”方案，也難以取得運(yùn)輸市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于爭(zhēng)取廣州以遠(yuǎn)的高端旅客難度較大。

3種方案優(yōu)缺點(diǎn)分析比較如表2所示。經(jīng)分析，雖然“擺渡人”方案需乘客攜帶行李換乘，但該方案過海時(shí)間最短、投資最省、成本較少、快船便于重復(fù)利用，且動(dòng)車組利用率高，“擺渡車”方案對(duì)高速鐵路市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的提升有限。因此，第一階段推薦采用“擺渡人”方案。

表2 3種方案優(yōu)缺點(diǎn)分析比較Tab.2 Advantages and disadvantages of three schemes

2.2 第二階段研究

通過對(duì)跨海鐵路通道位置進(jìn)行方案比選，確定通道位置再結(jié)合橋隧方案進(jìn)一步分析，以確定第二階段跨海鐵路通道建設(shè)方案。

2.2.1 通道位置方案

根據(jù)建設(shè)條件、海峽兩端城鎮(zhèn)規(guī)劃，在東西寬約80 km的海峽范圍內(nèi)，初步擬定西線、中線、東線3個(gè)通道位置。

（1）西線通道自雷州半島的燈樓角，連接海南島的道倫角，線路繞避徐聞珊瑚礁國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)，跨海部分線路全長(zhǎng)40.36 km。此線位海底較平坦，最大水深不超過55 m，97%的海域水深小于50 m。

（2）中線通道自雷州半島的炮臺(tái)角，連接海南島的天尾角，跨海部分線路全長(zhǎng)約20.1 km。中線通道海底稍有起伏，最深處海水約85 m。水深大于50 m海域約11.2 km，占全長(zhǎng)的54.6%，其中超過80 m水深的區(qū)段長(zhǎng)度約3 km。該通道位置海峽較窄，跨海長(zhǎng)度最短，線路走向順直，是?？谑幸?guī)劃過海峽的理想通道位置，其通道兩端與既有公路、鐵路的連接線工程最短。

（3）東線通道自雷州半島海安港至海南島?？跒澄靼叮绾２糠志€路全長(zhǎng)27.35 km。最深處海水約85 m，海底有數(shù)次隆起，地形起伏強(qiáng)烈，隆起處水深僅35 ～ 40 m。水深大于50 m的海域約9.4 km，占全長(zhǎng)的34.3%。

跨海鐵路通道位置綜合評(píng)價(jià)如表3所示。由于東線方案海底有數(shù)次隆起，地形起伏強(qiáng)烈，最大水深85 m，設(shè)計(jì)施工難度大，地震烈度為Ⅷ度，靠近1605年瓊海7.5級(jí)大地震震中，受地震和斷裂的影響比西線和中線大，且登陸位置及兩端連接線與公路、鐵路及城市規(guī)劃不符，特別是鐵路受接軌車站限制只能折向西接入?？谡?，跨海長(zhǎng)度較長(zhǎng)，故研究后予以舍棄。西線和中線通道各有優(yōu)勢(shì)，在工程方案研究中對(duì)西線和中線需進(jìn)一步比選。

表3 跨海鐵路通道位置綜合評(píng)價(jià)表Tab.3 Comprehensive evaluation of cross-strait railway location

2.2.2 橋隧方案選擇

（1）橋梁方案。西線通道方案需設(shè)計(jì)橋梁，可采用公鐵合建，設(shè)計(jì)規(guī)模為鐵路4線(其中客運(yùn)2線，貨運(yùn)2線)，公路雙向8車道。西線橋位跨海部分橋梁總長(zhǎng)41.08 km，共設(shè)置2座中通航孔橋、2座北通航孔橋、2座南通航孔橋以及若干座聯(lián)絡(luò)孔橋和引橋。但根據(jù)橋梁基礎(chǔ)現(xiàn)狀和發(fā)展來看，目前在水深大于100 m 的深水中建造的橋梁基礎(chǔ)尚無先例，隨著水深的增加，未知和可變的技術(shù)因素也相應(yīng)增加，設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)難度也將急劇增加，還需進(jìn)一步開展跨度超過1 000 m的公鐵兩用橋梁、跨海橋梁施工裝備和跨海深水橋梁墩波浪力等研究工作。

（2）隧道方案。中線通道方案可考慮設(shè)計(jì)隧道，設(shè)計(jì)規(guī)模為鐵路4線，4線中2條線路可作為湛海高速鐵路線路，另外2條作為既有湛海線通道?？紤]到燃油汽車尾氣排放等問題，該段過海鐵路需兼顧汽車馱背運(yùn)輸?shù)墓δ躘5]。從目前掌握的工程建設(shè)條件和技術(shù)水平，采用盾構(gòu)法修建瓊州海峽隧道方案在技術(shù)上是可行的，對(duì)比中線盾構(gòu)、西線盾構(gòu)和西線沉管法，中線盾構(gòu)方案工程規(guī)模小，工期短，接線條件好，不用設(shè)置人工島，投資最低，推薦優(yōu)先采用中線盾構(gòu)方案，采用雙洞+服務(wù)隧道形式，建設(shè)工期7年，工程投資約355.24億元。中線通道隧道方案融超大直徑、高水壓、長(zhǎng)距離三大技術(shù)難點(diǎn)于一身，盡管從現(xiàn)有科技水平和工程實(shí)例分析，工程建設(shè)可行[6-9]，但進(jìn)行超前的技術(shù)研究仍是實(shí)施的基礎(chǔ)，需盡快開展地質(zhì)、海床斷面、淤積深度等初步勘察，并開展盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的研制工作。從工程、航道、環(huán)境、國(guó)防、氣象等多方面綜合考慮，隧道方案宜作為未來瓊州海峽跨海通道的首選方案。

（3）其它跨海交通工具適應(yīng)性分析。2002年底，世界首條商業(yè)磁浮列車在上海浦東建成通車[10]；近年來，世界范圍內(nèi)再次掀起高速磁浮研究的熱潮，我國(guó)也在大力推進(jìn)相關(guān)的技術(shù)研發(fā)；時(shí)速1 000 km及以上的超高速真空管道磁浮系統(tǒng)也已在研制當(dāng)中。隨著超高速磁浮技術(shù)逐漸成熟，適時(shí)和瓊州海峽過海通道工程進(jìn)行結(jié)合，將會(huì)帶來更為便捷的出行方式選擇。發(fā)展新能源汽車是我國(guó)乃至全世界未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著新能源汽車的發(fā)展，條件成熟時(shí)，跨海通道也可在修建鐵路隧道的同時(shí)修建海底公路隧道，滿足新能源汽車行駛要求，解決隧道安全、救援等問題，實(shí)現(xiàn)公鐵分線運(yùn)輸，鐵路可不再需要兼顧馱背運(yùn)輸?shù)膯栴}。

3 結(jié)束語

瓊州海峽跨海鐵路通道工程的建設(shè)對(duì)構(gòu)建我國(guó)“八縱八橫”高速鐵路主通道，完善區(qū)域鐵路網(wǎng)與綜合交通網(wǎng)，加強(qiáng)海南省與內(nèi)陸的相互聯(lián)系具有重要意義。下一步需繼續(xù)加強(qiáng)跨海隧道的工程技術(shù)積累，優(yōu)化隧道布置形式與隧道斷面尺寸，關(guān)注救援與運(yùn)維方案，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)工程投資、運(yùn)輸功能與建營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)三者之間的平衡。同時(shí)加強(qiáng)投融資模式和財(cái)務(wù)可持續(xù)措施的研究，從投資規(guī)模、風(fēng)險(xiǎn)管控等方面綜合考量，通過提高資本金比例等措施，降低建設(shè)期及投產(chǎn)后的財(cái)務(wù)成本，加快推進(jìn)通道的前期研究和技術(shù)儲(chǔ)備工作，力爭(zhēng)“十五五”期間開工建設(shè)。