1．前言[1]
天津是中國四個直轄市之一，位于華北平原東部，海河流域下游，北依燕山，東臨渤海，中心城區起源于五大河流（北運河、子牙河、新開河、南運河、海河）交匯的三岔河口地區，天津同時又是華北沿海地區的鐵路樞紐，新、舊高速公路網密集。優越的貿易地理位置，以及便捷的交通條件，使天津在歷史上一直都是首都北京的門戶、北方金融中心，也是華北、西北等廣大地區的重要出海口。不可否認，當世紀的腳步進入二十一世紀，高速發展的天津也面臨著眾多的問題，中心城區交通問題就是其中難題之一。天津存在著交通體系的綜合性較差、交通設施容量較小、管理和服務水平較低、交通秩序與環境質量不佳等問題，中心城區交通具體表現在：半殖民地、半封建社會造就的自由彎曲道路；地勢平坦造就的自行車交通發達與現代機動車爭道的矛盾；有限立交橋在天津市特有的鹽堿腐蝕下不斷需要修繕維護帶來的巨大費用和施工交通阻塞；地鐵建設發展緩慢、地鐵運營虧損給市財政造成的沉重負擔；地震、洪水、冰雪、霧、雨給城市交通安全帶來的威脅和癱瘓等。城市道路是城市的骨架，城市交通是經濟發展的“先行官”，也是發揮其他基礎設施功能的總開關。任何城市若想建立理想的城市結構，求得經濟的可持續發展，必須長遠規劃建設作為城市骨架的合理道路交通系統，使城市交通規劃超前于建筑布局，天津市中心城區的交通問題亟待解決，與天津類似，中國其他的大城市也有中心城區交通問題。為此，可先回顧北京、上海、廣州等大城市解決中心城區交通問題的基本方法，由此可以分析提出市民的更高期望，以便對比研究天津市中心城區交通發展應該采取的基本方法。
2．我國大城市解決中心城區交通問題的基本方法和現狀
“要致富，先修路”，這是經過中國改革開放實踐檢驗“放之四海而皆準”的真理。隨著經濟的快速發展，在大城市中心城區，交通矛盾越來越突出，北京、上海、廣州等大城市解決中心城區交通問題各有特色。
為了迎接2008年奧運會，北京制定了新的交通發展戰略與規劃，對解決中心城區的交通問題尤為重視，因此國家財政投入巨大。改革開放以來，北京解決中心城區的基本方法就是在地面上修建眾多立交橋，并采用從2環路開始近矩形環路分布、4環路近八邊形環路分布、現已修完5環路，在地下大力修建地鐵，近年來又在邊緣地區修建輕軌。
上海也進行了第二次綜合交通規劃，并將其交通發展的總體目標定為：建成具有國際水準和上海特色的“易達、便捷、安全、高容、低污”的綜合性交通運輸體系。上海解決中心城區交通的基本方法就是修建規模巨大的環線高架橋路，使出租車、私家車通行迅捷。同時也大力發展了地鐵交通，緩解了個人出行難的問題。
廣州也提出了內外交通系統規劃。廣州的交通發展特點是：⑴
車輛增長迅速，摩托車為主角；⑵ 道路設施基礎逐步加強，人均道路面積從1990年的3平方米至2000年的9.8平方米，道路設施增長速度遠小于同期機動車增長速度；⑶
出行方式逐步優化，非機動車出行比重下降，機動化出行上升；⑷ 公共交通穩步發展。為應對上述交通發展的特點，廣州制定的交通發展戰略的特點：逐步建立以公交為主體，快速軌道交通為骨干，各種交通方式相結合的多層次、多類型的城市綜合交通體系。限制自行車的發展、合理控制摩托車和私人小汽車發展規模，改善步行交通。以地面路網和交通設施為基礎，建設高速系統和快速軌道合理銜接的立體交通網絡。
北京、上海、廣州的交通規劃思路具有代表性，其解決中心城區交通的基本方法無非是立交橋、高架路、地鐵和輕軌，對條件相對較差的天津來說，并不是好思路。
3．天津市中心城區交通發展存在的主要問題
上述三個大城市中心城區交通問題的解決并不能令人滿意，顯然更未能滿足經濟高速發展和人民生活水平提高后的更高需求。本文提出如下“五全”問題以揭示其不足的交通現狀，當然這些問題要求較高，是在經濟非常發達國家也都未能全部解決好的問題。
（1）“全天候”問題。從南、北方地域上看，北京在大雨、大霧、大雪天，2環、3環路的汽車交通經常接近于癱瘓;
而上海、廣州少有雪天，但在臺風、暴雨時也極大影響了地面交通。地處北方的天津，目前還是很難避免每年初冬冰雪鏡面一樣的路面造成交通基本癱瘓; 不要說市區可能發生洪水，就是在較大雨天，許多出租車司機為了安全都不拉客人了;
大霧更是時有發生，造成交通障礙。天氣不良給城市交通造成影響，直接經濟損失是巨大的，人們自然期盼著“全天侯”的城市公共交通條件，以減輕天氣惡劣帶來的不利于交通的影響。
（2）“全天通”問題。目前唯有地鐵交通是“全天候”的，但并不是“全天通”的。地鐵只能客運，而不能貨運。即使客運，地鐵一般也只能在早5︰00到晚23︰00期間運營，主要因為地鐵系統還要在其他時間段進行軌道的保養和維護。在上海、廣州，由于經濟發達和天氣炎熱的原因，夜生活和午睡都相當普遍，半夜以后地鐵不通，是很不理想的。顯然，地鐵的利用率明顯無法再提高，所以總是處于運營虧損狀態。公共汽車也不是“全天通”的，出租車也不可能做到“隨叫隨到”，理想的解決“以人為本”的“全天通”問題看來只能依賴個人交通工具，也就是個人的自行車、摩托車、小型汽車等。目前我國大城市的交通規劃大都擬限制個人交通工具的發展，也就在某種程度上限制了“全天通”，是不會受人們歡迎的。
（3）“全方位”問題。四面八方，四通八達，“皇城”北京不僅達到了這樣的規則布局水平，而且道路交通的發展也是“全方位”的。然而，上海、廣州的城市道路基礎較亂，近年發展的高架橋、立交橋、地鐵等都無法基本規則起來。城市道路不規則走彎路就是浪費，城區道路發展不平衡也是浪費，市民自然希望有北京那樣“全方位”的道路。天津市中心城區道路交通的這一問題更突出：首先半殖民地、半封建社會造就了天津市中心城區的自由彎曲道路，使交通不能便捷通達，如果重新改造，不僅會破壞歷史建筑遺跡，費用也十分巨大。天津地鐵建設發展本來就十分緩慢，地鐵選線設計為了迎合地面幾無規則的建筑和道路分布，也是曲曲彎彎的，基本規則的選線設計似乎在天津市區是不可能的，就好象在天津的空中、地面和地下都可以進行道路規劃，但都達不到“全方位”均衡的水準。其實不然，辦法總是有的。
（4）“全車型”問題。各種類型車輛是應人類社會的需要而產生的，但在城市其通行卻受到越來越多的不準通行限制，例如貨車在白天不準通行，只能在夜晚進城，而半夜重車的噪音總是會影響市民休息的，因此更應該白天通行。市區達不到“全車型”交通水準的根本原因就是“車多路少”，根本解決此問題的努力方向應該是在市區開辟更多的道路，一味在限制車輛通行上做文章實屬下策，實際上也限制著經濟的發展。如何合理地在市區開辟更多的道路，辦法也是有的。
（5）“全壽命“問題。道路主體結構的壽命能夠長于人類的壽命，比如說大于100年，這才是“全壽命”的路，遺憾地是，城市高架橋、立交橋等主體結構設計壽命只有50年，也就是其中的鋼筋使用到50年時就會失效。北京地鐵主體結構設計壽命理論上只有20年，這是因為，地鐵機車帶電運行，其電磁場加速了隧洞主體管片結構中鋼筋的電解腐蝕，這也就是地鐵建設中難以克服的“迷流”問題，所以地鐵設計壽命明顯低于地上建筑。北京地鐵已經超期服役，運行25年了，因此事故隱患明顯存在。天津鹽堿腐蝕相對更重，交通設施壽命自然會更短。因此，“全壽命”是應該引起足夠重視的，我們已經找到了解決問題的辦法[1]。
上述“五全”問題完全可以在現代無金屬結構技術基礎上，采用發展地下交通網絡的方法得以解決。具體解決天津中心城區的交通發展問題，就要具體分析天津的優勢，揚長避短，系統提出需要解決的關鍵問題。
4．天津采用現代無金屬結構地下交通網絡解決交通問題的優勢
在我國，現代無金屬結構已經有了一些應用事例[2-6]，在此基礎上我們新提出采用現代無金屬結構修建地下交通網絡來較為徹底地解決特大城市中心城區交通發展問題，這項技術更適合于在天津應用，因為天津具有如下的優勢：
（1）天津市中心城區建筑發展的規模遠不如北京、上海和廣州，因此，地下也沒有更多的樁基礎給地下交通網絡的規劃修建設置較多的障礙，尤其是天津中心城區大面積風貌建筑保護地區，地下無任何障礙，因此發展中心城區地下交通網絡更具有明顯優勢。
（2）天津市區地下大都屬于軟土地基，采用地下盾構技術修建交通網絡更容易施工，天津已有地鐵盾構建設的成功經驗，地下公路建設比地鐵建設在技術上更容易、經濟上更節省、利用率更高，很適應天津的經濟承受能力，這些也是天津特有的優勢。
（3）2004年12月23日，天津建城600周年，在此大慶之際，新發現了天津衛城選址定位的“三太極”圖，因此獲得了現代天津市區具有悠久歷史和人文背景的中心軸線[1]，依此可以合理地規劃較為規則的地下交通網絡。北京市區中軸明確，上海、廣州根本找不到軸線，過去天津城市規劃以海河為軸，是并不理想的不得已做法，地下公路主干線越直越好，天津市有軸了不僅是優勢，而且會把地下交通網絡規劃得十分在理。
（4）天津是現代無金屬結構的誕生地，這項新技術已經得到了一定的應用，在天津進一步研究應用于地下公路網絡主體結構，這種新事物更容易得到天津市有關領導和部門的接受，否則，“全壽命”交通只是空想，利用天津特有的現代無金屬結構應用技術，這一理想就會變為現實。
5．現代無金屬結構地下交通網絡的主要技術特點
（1）現代無金屬結構具有很多優點，例如可抗震、抗爆和抗振動疲勞，重量輕、荷載能力強、結構耐腐蝕、防水、防火、無磁、高延性、長壽、可實現結構監測人工智能控制等，其建材性能這里恕不一一贅述，可見相關參考文獻。現代無金屬結構作為現代新型建筑技術在天津起源，首先是充分利用了其無磁的特性。無磁也就是紅外線遙感很難發現建筑目標，即導彈很難準確制導打中目標，道路交通工程是生命線工程，為了城市的安全和人防的最佳效果，都應該在關系到戰爭安全的問題上首選現代無金屬結構，以避免今后的致命打擊。美國的移動通訊塔就是無金屬的，可以反映出其戰爭防衛的傾向。現代無金屬結構地下交通網絡又將呈現“地道戰”的新局面，使天津市區先立于不敗之地。
（2）地下交通網絡與地面道路拓寬、改善交通狀況相比，不再另占用地面土地，可避免所謂占路建筑拆遷，全面保護了地面老城區的歷史風貌，在地下穿越河流和溝塹時也無需建橋。地下交通網絡首先是“全天候”的，這對特大城市來說至關重要，必然會極大地緩解在惡劣天氣時交通擁擠或癱瘓的矛盾。地下交通網絡是節能和舒適的，因為其“冬暖夏涼”，根據在天津靜海地震臺地下地磁觀測室3年的觀測結果，覆蓋4米土以下的地下建筑常年溫度約在15℃—18℃之間，天津地下交通網絡“冬暖夏涼”將會名副其實，機動車在其中行駛，完全可以關閉車輛的冷汽和暖汽，也就是在節能。地下交通網絡更是環保的，其設計可要求必需把尾氣通過煙囪排放到30米以上高空去，因而將明顯減少城市地面機動車尾氣污染。天津軟土地基實施地下公路盾構建造更容易，即可變不利為有利、可不受地面現有建筑布局制約而重新優化布局地下路網。地下盾構交通網絡采用管道技術的強制約束作用，立交布網，完全可以避免交叉路口的出現，因此可以明顯提高車輛的單位流通量，做到“全天通”。
（3）與地鐵相比，地鐵運行功能單一，只能緩解客運交通部分，對于貨運交通卻無能為力。地鐵是單向單車道，地下公路至少是單向雙車道。地鐵不能分出叉道，地下公路完全可以沿主干道設計分出許多叉道，使機動車到達預先設計的出地面位置，“全方位”交通由此便得到實現。類似融資修建高速公路一樣，本著“誰走誰付錢”的收費原則，投資方因為回收建設投資和豐厚獲利有望，修建地下公路的資金很容易落實。修建地鐵的融資就很難，而且目前尚沒有完成回收地鐵建設資金的先例。隨著天津市民經濟收入的明顯提高，將不得不面對私家車的數量越來越多的事實，地下公路網絡的新開拓則恰恰滿足這樣的需求，既能解決客運交通問題，又在一定程度上能夠緩解貨運交通的矛盾，交通運行效率將明顯提高，同時道路可以成倍增加，能夠分流地上機動車輛，減少對貨車通行的限制，做到有管理的“全車型”交通，機動車與非機動車將明顯分離，也就降低了交通事故的發生頻率。因此，發展地下盾構交通網將是天津的最佳選擇和目前獨有的技術特色。地下盾構公路網由于運用了現代無金屬結構新技術，建造費用會明顯降低，施工速度將明顯快于地鐵的施工速度，只要合理規劃就能使得地下公路網迅速滿足城市發展速度的需求，容易運行管理，維護費用也較低，在天津城市大規模發展時更能凸現這些優勢。
（4）根據天津市工程地質條件，在軟土地區采用盾構法施工修建地下交通網絡，可采用現代無金屬結構中的纖維混凝土管片在盾殼支護下拼裝，由于采用現代無金屬結構管片可以大量節省鋼材，且該無金屬結構自重明顯變輕，為了減振、隔振，降低噪音，還可以做成空心管片，自重就更輕了，因此可以把管片做大，例如，把天津地鐵5.6米內徑的6塊管片做成3片，這樣更易于提高施工速度，可節省大量的人力、物力和財力。同時地下公路網可免去了敷設地鐵軌道的巨大工程量，又不需要地鐵機車和車廂，以及類似地鐵的自動調度控制系統，因此可明顯降低工程造價。由于天津地區的鹽堿地質狀況，從長遠角度來看，現代無金屬結構更能擔當地下公路網絡主體結構這一重任。前面提出的“全壽命”交通問題很容易就實現了，而且主體結構的壽命決不會僅僅是100年，其壽命取決于混凝土的壽命了，環氧樹脂的壽命明顯長于混凝土，碳纖維的壽命則是千年量級的。
6．需要解決的防護、防腐、規劃、施工等關鍵問題
（1）防護問題。天津地下水位較高，地下建筑首先要考慮防水設計問題，天津地鐵隧洞不漏水，說明防水設計成功了，但對水災的防護問題并沒有徹底解決。所謂對水災的防護問題，是指洪災、或地震、爆破等對地下隧洞大面積破壞，大量的水涌入時，怎樣保證人和物的安全，使交通仍然能夠繼續通行。這個問題在天津更具有特殊意義，必須予以足夠的重視。顯然天津地鐵做不到對水災的防護，也只能任憑大水破壞后，再泵出水來修復，可以想象其損失將是非常慘重的，影響也將是很壞的。采用現代無金屬結構在天津地下盾構公路交通網絡，我們應該考慮各種可能災害發生的防護問題，但首先最關注的應該是水災的防護問題。對此我們建議采用大口徑纖維混凝土管，布局、修建一定數量的深沉井，例如300米深井，沉井結構的壽命應該與盾構隧洞的管片相一致，這樣就可以在隧洞發生水災時起到防護和緩沖作用，使人們有機會堵住和修復大漏洞。地震、火災等的防護都有明確法規要求，這里就不專門強調說明了。
（2）防腐問題。腐蝕是一個普遍的問題，在天津地面以上能夠看到的自行車金屬腐蝕是觸目驚心，在地面以下的地下結構工程，由于海相沉積土作用，腐蝕會更加嚴重。現代無金屬結構就是用復合纖維替代了鋼筋，其耐腐性能又明顯強于混凝土或磚、石。因此在地下交通工程中采用現代無金屬結構會成倍延長工程結構的壽命。在地下工程中，防水問題是重中之重，而現代無金屬材料中的復合纖維就是一種閉水材料，單一作為防水材料目前尚顯得造價過高，但是可以作為結構材料兼顧防水的性能。現今采用的防水樹脂卷材就是現代無金屬結構所提倡使用的。根據我們研制現代無金屬水工閘門的設計經驗[7]，外表覆蓋復合纖維，不僅能夠起到受力構件的作用，纖維又保護了混凝土免遭外來的腐蝕，也起到防水層的作用，必將達到“百年大計”的效果。綜合設計考慮防腐、防水和結構受力是關鍵所在。
（3）規劃問題。中心城區地下交通規劃首先應與天津特有的歷史文化內涵相聯系，應該符合地方民族和人文特點，這樣才能達到有利于商貿、物流、旅游等社會效果。脫離了天津市區歷史文化背景去規劃地下道路就不會令人滿意，也自然不會滿足客觀的交通需求，只有民族的才是最有生命力的。地下交通網絡首先要考慮防護沉井的規劃布局新問題，沉井的位置初步設計時必然首選與主隧洞底部相連，但是實際規劃時還可以考慮布置在叉路出地面處，以利于綜合應用。尾汽排放煙囪的通風設計規劃也有必要專門研究，至少不應該規劃成鍋爐用孤立的煙囪，應該與區內建筑規劃結合起來，使這一通風通道附加或隱藏在建筑上，有良好的外觀才較為理想。天津市區地下交通網絡主要出入口的布局規劃也是值得仔細研究的問題，出入口至少可分為地上地下行車轉換口和集中停車口兩種。前者是根據交通設計流量布設的，可以把目前立交橋下的空地利用起來設計成行車轉換口; 后者是根據政府辦公、批發購物、名勝旅游、換乘車站的需要設置的集中停車位出口，一般是終到站，接大型地上或地下停車場，規劃選擇時，至少各公共汽車總站位置都可以充分利用起來，總站建筑地上多層停車場、各政府機關、高樓大廈、商場的地下停車場也應該與地下交通網絡聯通起來。規劃好地下交通網絡，規劃線路的實地考察是十分重要的前提，調查內容可包括地面建筑現狀、地基情況、河流溝塹、地下已有設施等等。
（4）施工問題。施工技術是服從設計的，而現代無金屬結構工程的設計還要基于現有施工能力和技術特點進行。現代無金屬結構的核心技術問題是預應力問題，地鐵隧洞的管片就無法做成預應力的，而纖維混凝土通過旋轉方式，管片是可以做成預應力的，這樣的高密實度管片明顯提高了構件的品質，是相對節省的。主體結構設計力爭永久性、整體性，以實現“全壽命”和地下防水、防潮的目標。施工有大量具體問題需要研究，但以永久性、整體性、預應力進行施工設計就可能是成功的。
7．綜合開發問題
天津市區地下交通網絡規劃設計研究必然引出許多綜合開發問題，這里僅舉幾個例子：
（1）專線穿越問題。中心城區地下交通網絡基本功能的特點在于穿越，可分為穿越市中心（比如北辰到津南、東麗到西青）和邊緣地區與市中心的穿越（比如高速路口到“五大道”）。外來旅游的人們非常想來“五大道”觀光，可是由于交通條件太差等時間關系而放棄了這一觀光機會的大有人在。旅游局就應該借地下交通網絡規劃機會提出綜合開發意見，甚至專門投資和經營有關穿越線路。地下道路穿越到市中心，政府機關、商業、醫院、學校、服務系統的交通狀況會有明顯改善，相應的綜合開發項目必然很多，和平區地價會上漲的，受益也最大，因此，地下交通網絡的研究與建設首先應該得到和平區政府的重視與大力支持。
（2）沉井多用問題。如前所述，地下交通網絡建設的沉井不僅可以彌補地鐵水災防護功能的欠缺，也可以用來防洪、排澇，甚至作為地下水庫用來蓄水，這些由地下交通網絡建設引出的綜合開發項目應該是水利局的研究工作內容。值得指出的是，利用兩個沉井之間的地下水循環設計的采暖和制冷系統在天津已有應用事例，特別是天津地下水溫較高明顯有利可圖，因此，可以利用建筑的深井進行防護，也可以為建筑提供深井地下水循環服務，把天津特有的、取之不盡的地下熱能資源充分利用起來。所以，也就可以緩解深井建設投資無回收來源的矛盾。
（3）尾氣利用問題。象煤礦通風設計回收瓦斯汽一樣，地下交通網絡通風設計也能使機動車尾汽回收成為可能，回收的大量尾汽顯然是廉價的化工原料，是可以綜合開發利用的，這樣一來，地下交通網絡通風系統建設資金就可以通過尾汽的利用得到具體落實。
（4）好土利用問題。地下交通網絡建設產出大量好土，應該考慮最佳地充分利用。例如，燒制成陶粒做建筑材料。也可以在七里海修一座“天池”[1]，也就是用纖維陶粒混凝土建成81米直徑、100米高的大水池，做為風、太陽能發電泵水蓄能的基本設施，也可以電力調峰使用，又可蓄水備荒，經常地發電放水就可以有計劃地沖涮市內河道，使天津小河的水都動起來。“天池”過冬還是需要保溫的，因此，好土可以運去覆蓋在周圍，堆起百米高山來，使天津市又多一旅游去處，同時也是綜合利用和開發潔凈能源的示范基地。
（5）共同溝的問題。天津市還沒有共同溝，所謂共同溝就是把地下設施集中在一個地下隧道里，例如給、排水、供熱、燃汽管線，電力、通訊各種地下線纜等設置在一起，以利于維護和更換，這樣必然避免了“馬路拉鎖”現象。天津地下交通網絡在某種程度上必然起到共同溝的作用，對各種線纜的鋪設綜合利用已沒有任何問題，對較細的供熱、燃汽管線也可以考慮設計通行綜合利用。由于可以隨時維修，在地下公路網絡中的管線、線纜的可靠度將得到極大的提高。
8．結語
天津市中心城區交通發展面臨著諸多問題，本文具體提出的采用現代無金屬結構建筑地下公路交通網絡無疑是一個新的發展方向。在城市交通問題上，天津不應該照搬北京、上海和廣州等大城市建立交橋、高架橋、修地鐵的模式，應該因地制宜，跨越式發展。希望本文提出的新思路能夠起到“拋磚引玉”的作用，我們也將繼續深入開展研究，使天津中心城區交通發展問題的解決方案得到具體落實，同時我們也關注著環境保護和城市建設綜合開發的大問題，考慮地下盾構隧道公路網絡交通優化設計的種種問題，并結合目前天津市地上公路網絡情況，行之有效的解決天津市中心城區交通可持續發展問題。
