1．前言[1]
天津是中国四个直辖市之一，位于华北平原东部，海河流域下游，北依燕山，东临渤海，中心城区起源于五大河流（北运河、子牙河、新开河、南运河、海河）交汇的三岔河口地区，天津同时又是华北沿海地区的铁路枢纽，新、旧高速公路网密集。优越的贸易地理位置，以及便捷的交通条件，使天津在历史上一直都是首都北京的门户、北方金融中心，也是华北、西北等广大地区的重要出海口。不可否认，当世纪的脚步进入二十一世纪，高速发展的天津也面临着众多的问题，中心城区交通问题就是其中难题之一。天津存在着交通体系的综合性较差、交通设施容量较小、管理和服务水平较低、交通秩序与环境质量不佳等问题，中心城区交通具体表现在：半殖民地、半封建社会造就的自由弯曲道路；地势平坦造就的自行车交通发达与现代机动车争道的矛盾；有限立交桥在天津市特有的盐碱腐蚀下不断需要修缮维护带来的巨大费用和施工交通阻塞；地铁建设发展缓慢、地铁运营亏损给市财政造成的沉重负担；地震、洪水、冰雪、雾、雨给城市交通安全带来的威胁和瘫痪等。城市道路是城市的骨架，城市交通是经济发展的“先行官”，也是发挥其他基础设施功能的总开关。任何城市若想建立理想的城市结构，求得经济的可持续发展，必须长远规划建设作为城市骨架的合理道路交通系统，使城市交通规划超前于建筑布局，天津市中心城区的交通问题亟待解决，与天津类似，中国其他的大城市也有中心城区交通问题。为此，可先回顾北京、上海、广州等大城市解决中心城区交通问题的基本方法，由此可以分析提出市民的更高期望，以便对比研究天津市中心城区交通发展应该采取的基本方法。
2．我国大城市解决中心城区交通问题的基本方法和现状
“要致富，先修路”，这是经过中国改革开放实践检验“放之四海而皆准”的真理。随着经济的快速发展，在大城市中心城区，交通矛盾越来越突出，北京、上海、广州等大城市解决中心城区交通问题各有特色。
为了迎接2008年奥运会，北京制定了新的交通发展战略与规划，对解决中心城区的交通问题尤为重视，因此国家财政投入巨大。改革开放以来，北京解决中心城区的基本方法就是在地面上修建众多立交桥，并采用从2环路开始近矩形环路分布、4环路近八边形环路分布、现已修完5环路，在地下大力修建地铁，近年来又在边缘地区修建轻轨。
上海也进行了第二次综合交通规划，并将其交通发展的总体目标定为：建成具有国际水准和上海特色的“易达、便捷、安全、高容、低污”的综合性交通运输体系。上海解决中心城区交通的基本方法就是修建规模巨大的环线高架桥路，使出租车、私家车通行迅捷。同时也大力发展了地铁交通，缓解了个人出行难的问题。
广州也提出了内外交通系统规划。广州的交通发展特点是：⑴
车辆增长迅速，摩托车为主角；⑵ 道路设施基础逐步加强，人均道路面积从1990年的3平方米至2000年的9.8平方米，道路设施增长速度远小于同期机动车增长速度；⑶
出行方式逐步优化，非机动车出行比重下降，机动化出行上升；⑷ 公共交通稳步发展。为应对上述交通发展的特点，广州制定的交通发展战略的特点：逐步建立以公交为主体，快速轨道交通为骨干，各种交通方式相结合的多层次、多类型的城市综合交通体系。限制自行车的发展、合理控制摩托车和私人小汽车发展规模，改善步行交通。以地面路网和交通设施为基础，建设高速系统和快速轨道合理衔接的立体交通网络。
北京、上海、广州的交通规划思路具有代表性，其解决中心城区交通的基本方法无非是立交桥、高架路、地铁和轻轨，对条件相对较差的天津来说，并不是好思路。
3．天津市中心城区交通发展存在的主要问题
上述三个大城市中心城区交通问题的解决并不能令人满意，显然更未能满足经济高速发展和人民生活水平提高后的更高需求。本文提出如下“五全”问题以揭示其不足的交通现状，当然这些问题要求较高，是在经济非常发达国家也都未能全部解决好的问题。
（1）“全天候”问题。从南、北方地域上看，北京在大雨、大雾、大雪天，2环、3环路的汽车交通经常接近于瘫痪;
而上海、广州少有雪天，但在台风、暴雨时也极大影响了地面交通。地处北方的天津，目前还是很难避免每年初冬冰雪镜面一样的路面造成交通基本瘫痪; 不要说市区可能发生洪水，就是在较大雨天，许多出租车司机为了安全都不拉客人了;
大雾更是时有发生，造成交通障碍。天气不良给城市交通造成影响，直接经济损失是巨大的，人们自然期盼着“全天侯”的城市公共交通条件，以减轻天气恶劣带来的不利于交通的影响。
（2）“全天通”问题。目前唯有地铁交通是“全天候”的，但并不是“全天通”的。地铁只能客运，而不能货运。即使客运，地铁一般也只能在早5︰00到晚23︰00期间运营，主要因为地铁系统还要在其他时间段进行轨道的保养和维护。在上海、广州，由于经济发达和天气炎热的原因，夜生活和午睡都相当普遍，半夜以后地铁不通，是很不理想的。显然，地铁的利用率明显无法再提高，所以总是处于运营亏损状态。公共汽车也不是“全天通”的，出租车也不可能做到“随叫随到”，理想的解决“以人为本”的“全天通”问题看来只能依赖个人交通工具，也就是个人的自行车、摩托车、小型汽车等。目前我国大城市的交通规划大都拟限制个人交通工具的发展，也就在某种程度上限制了“全天通”，是不会受人们欢迎的。
（3）“全方位”问题。四面八方，四通八达，“皇城”北京不仅达到了这样的规则布局水平，而且道路交通的发展也是“全方位”的。然而，上海、广州的城市道路基础较乱，近年发展的高架桥、立交桥、地铁等都无法基本规则起来。城市道路不规则走弯路就是浪费，城区道路发展不平衡也是浪费，市民自然希望有北京那样“全方位”的道路。天津市中心城区道路交通的这一问题更突出：首先半殖民地、半封建社会造就了天津市中心城区的自由弯曲道路，使交通不能便捷通达，如果重新改造，不仅会破坏历史建筑遗迹，费用也十分巨大。天津地铁建设发展本来就十分缓慢，地铁选线设计为了迎合地面几无规则的建筑和道路分布，也是曲曲弯弯的，基本规则的选线设计似乎在天津市区是不可能的，就好象在天津的空中、地面和地下都可以进行道路规划，但都达不到“全方位”均衡的水准。其实不然，办法总是有的。
（4）“全车型”问题。各种类型车辆是应人类社会的需要而产生的，但在城市其通行却受到越来越多的不准通行限制，例如货车在白天不准通行，只能在夜晚进城，而半夜重车的噪音总是会影响市民休息的，因此更应该白天通行。市区达不到“全车型”交通水准的根本原因就是“车多路少”，根本解决此问题的努力方向应该是在市区开辟更多的道路，一味在限制车辆通行上做文章实属下策，实际上也限制着经济的发展。如何合理地在市区开辟更多的道路，办法也是有的。
（5）“全寿命“问题。道路主体结构的寿命能够长于人类的寿命，比如说大于100年，这才是“全寿命”的路，遗憾地是，城市高架桥、立交桥等主体结构设计寿命只有50年，也就是其中的钢筋使用到50年时就会失效。北京地铁主体结构设计寿命理论上只有20年，这是因为，地铁机车带电运行，其电磁场加速了隧洞主体管片结构中钢筋的电解腐蚀，这也就是地铁建设中难以克服的“迷流”问题，所以地铁设计寿命明显低于地上建筑。北京地铁已经超期服役，运行25年了，因此事故隐患明显存在。天津盐碱腐蚀相对更重，交通设施寿命自然会更短。因此，“全寿命”是应该引起足够重视的，我们已经找到了解决问题的办法[1]。
上述“五全”问题完全可以在现代无金属结构技术基础上，采用发展地下交通网络的方法得以解决。具体解决天津中心城区的交通发展问题，就要具体分析天津的优势，扬长避短，系统提出需要解决的关键问题。
4．天津采用现代无金属结构地下交通网络解决交通问题的优势
在我国，现代无金属结构已经有了一些应用事例[2-6]，在此基础上我们新提出采用现代无金属结构修建地下交通网络来较为彻底地解决特大城市中心城区交通发展问题，这项技术更适合于在天津应用，因为天津具有如下的优势：
（1）天津市中心城区建筑发展的规模远不如北京、上海和广州，因此，地下也没有更多的桩基础给地下交通网络的规划修建设置较多的障碍，尤其是天津中心城区大面积风貌建筑保护地区，地下无任何障碍，因此发展中心城区地下交通网络更具有明显优势。
（2）天津市区地下大都属于软土地基，采用地下盾构技术修建交通网络更容易施工，天津已有地铁盾构建设的成功经验，地下公路建设比地铁建设在技术上更容易、经济上更节省、利用率更高，很适应天津的经济承受能力，这些也是天津特有的优势。
（3）2004年12月23日，天津建城600周年，在此大庆之际，新发现了天津卫城选址定位的“三太极”图，因此获得了现代天津市区具有悠久历史和人文背景的中心轴线[1]，依此可以合理地规划较为规则的地下交通网络。北京市区中轴明确，上海、广州根本找不到轴线，过去天津城市规划以海河为轴，是并不理想的不得已做法，地下公路主干线越直越好，天津市有轴了不仅是优势，而且会把地下交通网络规划得十分在理。
（4）天津是现代无金属结构的诞生地，这项新技术已经得到了一定的应用，在天津进一步研究应用于地下公路网络主体结构，这种新事物更容易得到天津市有关领导和部门的接受，否则，“全寿命”交通只是空想，利用天津特有的现代无金属结构应用技术，这一理想就会变为现实。
5．现代无金属结构地下交通网络的主要技术特点
（1）现代无金属结构具有很多优点，例如可抗震、抗爆和抗振动疲劳，重量轻、荷载能力强、结构耐腐蚀、防水、防火、无磁、高延性、长寿、可实现结构监测人工智能控制等，其建材性能这里恕不一一赘述，可见相关参考文献。现代无金属结构作为现代新型建筑技术在天津起源，首先是充分利用了其无磁的特性。无磁也就是红外线遥感很难发现建筑目标，即导弹很难准确制导打中目标，道路交通工程是生命线工程，为了城市的安全和人防的最佳效果，都应该在关系到战争安全的问题上首选现代无金属结构，以避免今后的致命打击。美国的移动通讯塔就是无金属的，可以反映出其战争防卫的倾向。现代无金属结构地下交通网络又将呈现“地道战”的新局面，使天津市区先立于不败之地。
（2）地下交通网络与地面道路拓宽、改善交通状况相比，不再另占用地面土地，可避免所谓占路建筑拆迁，全面保护了地面老城区的历史风貌，在地下穿越河流和沟堑时也无需建桥。地下交通网络首先是“全天候”的，这对特大城市来说至关重要，必然会极大地缓解在恶劣天气时交通拥挤或瘫痪的矛盾。地下交通网络是节能和舒适的，因为其“冬暖夏凉”，根据在天津静海地震台地下地磁观测室3年的观测结果，覆盖4米土以下的地下建筑常年温度约在15℃—18℃之间，天津地下交通网络“冬暖夏凉”将会名副其实，机动车在其中行驶，完全可以关闭车辆的冷汽和暖汽，也就是在节能。地下交通网络更是环保的，其设计可要求必需把尾气通过烟囱排放到30米以上高空去，因而将明显减少城市地面机动车尾气污染。天津软土地基实施地下公路盾构建造更容易，即可变不利为有利、可不受地面现有建筑布局制约而重新优化布局地下路网。地下盾构交通网络采用管道技术的强制约束作用，立交布网，完全可以避免交叉路口的出现，因此可以明显提高车辆的单位流通量，做到“全天通”。
（3）与地铁相比，地铁运行功能单一，只能缓解客运交通部分，对于货运交通却无能为力。地铁是单向单车道，地下公路至少是单向双车道。地铁不能分出叉道，地下公路完全可以沿主干道设计分出许多叉道，使机动车到达预先设计的出地面位置，“全方位”交通由此便得到实现。类似融资修建高速公路一样，本着“谁走谁付钱”的收费原则，投资方因为回收建设投资和丰厚获利有望，修建地下公路的资金很容易落实。修建地铁的融资就很难，而且目前尚没有完成回收地铁建设资金的先例。随着天津市民经济收入的明显提高，将不得不面对私家车的数量越来越多的事实，地下公路网络的新开拓则恰恰满足这样的需求，既能解决客运交通问题，又在一定程度上能够缓解货运交通的矛盾，交通运行效率将明显提高，同时道路可以成倍增加，能够分流地上机动车辆，减少对货车通行的限制，做到有管理的“全车型”交通，机动车与非机动车将明显分离，也就降低了交通事故的发生频率。因此，发展地下盾构交通网将是天津的最佳选择和目前独有的技术特色。地下盾构公路网由于运用了现代无金属结构新技术，建造费用会明显降低，施工速度将明显快于地铁的施工速度，只要合理规划就能使得地下公路网迅速满足城市发展速度的需求，容易运行管理，维护费用也较低，在天津城市大规模发展时更能凸现这些优势。
（4）根据天津市工程地质条件，在软土地区采用盾构法施工修建地下交通网络，可采用现代无金属结构中的纤维混凝土管片在盾壳支护下拼装，由于采用现代无金属结构管片可以大量节省钢材，且该无金属结构自重明显变轻，为了减振、隔振，降低噪音，还可以做成空心管片，自重就更轻了，因此可以把管片做大，例如，把天津地铁5.6米内径的6块管片做成3片，这样更易于提高施工速度，可节省大量的人力、物力和财力。同时地下公路网可免去了敷设地铁轨道的巨大工程量，又不需要地铁机车和车厢，以及类似地铁的自动调度控制系统，因此可明显降低工程造价。由于天津地区的盐碱地质状况，从长远角度来看，现代无金属结构更能担当地下公路网络主体结构这一重任。前面提出的“全寿命”交通问题很容易就实现了，而且主体结构的寿命决不会仅仅是100年，其寿命取决于混凝土的寿命了，环氧树脂的寿命明显长于混凝土，碳纤维的寿命则是千年量级的。
6．需要解决的防护、防腐、规划、施工等关键问题
（1）防护问题。天津地下水位较高，地下建筑首先要考虑防水设计问题，天津地铁隧洞不漏水，说明防水设计成功了，但对水灾的防护问题并没有彻底解决。所谓对水灾的防护问题，是指洪灾、或地震、爆破等对地下隧洞大面积破坏，大量的水涌入时，怎样保证人和物的安全，使交通仍然能够继续通行。这个问题在天津更具有特殊意义，必须予以足够的重视。显然天津地铁做不到对水灾的防护，也只能任凭大水破坏后，再泵出水来修复，可以想象其损失将是非常惨重的，影响也将是很坏的。采用现代无金属结构在天津地下盾构公路交通网络，我们应该考虑各种可能灾害发生的防护问题，但首先最关注的应该是水灾的防护问题。对此我们建议采用大口径纤维混凝土管，布局、修建一定数量的深沉井，例如300米深井，沉井结构的寿命应该与盾构隧洞的管片相一致，这样就可以在隧洞发生水灾时起到防护和缓冲作用，使人们有机会堵住和修复大漏洞。地震、火灾等的防护都有明确法规要求，这里就不专门强调说明了。
（2）防腐问题。腐蚀是一个普遍的问题，在天津地面以上能够看到的自行车金属腐蚀是触目惊心，在地面以下的地下结构工程，由于海相沉积土作用，腐蚀会更加严重。现代无金属结构就是用复合纤维替代了钢筋，其耐腐性能又明显强于混凝土或砖、石。因此在地下交通工程中采用现代无金属结构会成倍延长工程结构的寿命。在地下工程中，防水问题是重中之重，而现代无金属材料中的复合纤维就是一种闭水材料，单一作为防水材料目前尚显得造价过高，但是可以作为结构材料兼顾防水的性能。现今采用的防水树脂卷材就是现代无金属结构所提倡使用的。根据我们研制现代无金属水工闸门的设计经验[7]，外表覆盖复合纤维，不仅能够起到受力构件的作用，纤维又保护了混凝土免遭外来的腐蚀，也起到防水层的作用，必将达到“百年大计”的效果。综合设计考虑防腐、防水和结构受力是关键所在。
（3）规划问题。中心城区地下交通规划首先应与天津特有的历史文化内涵相联系，应该符合地方民族和人文特点，这样才能达到有利于商贸、物流、旅游等社会效果。脱离了天津市区历史文化背景去规划地下道路就不会令人满意，也自然不会满足客观的交通需求，只有民族的才是最有生命力的。地下交通网络首先要考虑防护沉井的规划布局新问题，沉井的位置初步设计时必然首选与主隧洞底部相连，但是实际规划时还可以考虑布置在叉路出地面处，以利于综合应用。尾汽排放烟囱的通风设计规划也有必要专门研究，至少不应该规划成锅炉用孤立的烟囱，应该与区内建筑规划结合起来，使这一通风通道附加或隐藏在建筑上，有良好的外观才较为理想。天津市区地下交通网络主要出入口的布局规划也是值得仔细研究的问题，出入口至少可分为地上地下行车转换口和集中停车口两种。前者是根据交通设计流量布设的，可以把目前立交桥下的空地利用起来设计成行车转换口; 后者是根据政府办公、批发购物、名胜旅游、换乘车站的需要设置的集中停车位出口，一般是终到站，接大型地上或地下停车场，规划选择时，至少各公共汽车总站位置都可以充分利用起来，总站建筑地上多层停车场、各政府机关、高楼大厦、商场的地下停车场也应该与地下交通网络联通起来。规划好地下交通网络，规划线路的实地考察是十分重要的前提，调查内容可包括地面建筑现状、地基情况、河流沟堑、地下已有设施等等。
（4）施工问题。施工技术是服从设计的，而现代无金属结构工程的设计还要基于现有施工能力和技术特点进行。现代无金属结构的核心技术问题是预应力问题，地铁隧洞的管片就无法做成预应力的，而纤维混凝土通过旋转方式，管片是可以做成预应力的，这样的高密实度管片明显提高了构件的品质，是相对节省的。主体结构设计力争永久性、整体性，以实现“全寿命”和地下防水、防潮的目标。施工有大量具体问题需要研究，但以永久性、整体性、预应力进行施工设计就可能是成功的。
7．综合开发问题
天津市区地下交通网络规划设计研究必然引出许多综合开发问题，这里仅举几个例子：
（1）专线穿越问题。中心城区地下交通网络基本功能的特点在于穿越，可分为穿越市中心（比如北辰到津南、东丽到西青）和边缘地区与市中心的穿越（比如高速路口到“五大道”）。外来旅游的人们非常想来“五大道”观光，可是由于交通条件太差等时间关系而放弃了这一观光机会的大有人在。旅游局就应该借地下交通网络规划机会提出综合开发意见，甚至专门投资和经营有关穿越线路。地下道路穿越到市中心，政府机关、商业、医院、学校、服务系统的交通状况会有明显改善，相应的综合开发项目必然很多，和平区地价会上涨的，受益也最大，因此，地下交通网络的研究与建设首先应该得到和平区政府的重视与大力支持。
（2）沉井多用问题。如前所述，地下交通网络建设的沉井不仅可以弥补地铁水灾防护功能的欠缺，也可以用来防洪、排涝，甚至作为地下水库用来蓄水，这些由地下交通网络建设引出的综合开发项目应该是水利局的研究工作内容。值得指出的是，利用两个沉井之间的地下水循环设计的采暖和制冷系统在天津已有应用事例，特别是天津地下水温较高明显有利可图，因此，可以利用建筑的深井进行防护，也可以为建筑提供深井地下水循环服务，把天津特有的、取之不尽的地下热能资源充分利用起来。所以，也就可以缓解深井建设投资无回收来源的矛盾。
（3）尾气利用问题。象煤矿通风设计回收瓦斯汽一样，地下交通网络通风设计也能使机动车尾汽回收成为可能，回收的大量尾汽显然是廉价的化工原料，是可以综合开发利用的，这样一来，地下交通网络通风系统建设资金就可以通过尾汽的利用得到具体落实。
（4）好土利用问题。地下交通网络建设产出大量好土，应该考虑最佳地充分利用。例如，烧制成陶粒做建筑材料。也可以在七里海修一座“天池”[1]，也就是用纤维陶粒混凝土建成81米直径、100米高的大水池，做为风、太阳能发电泵水蓄能的基本设施，也可以电力调峰使用，又可蓄水备荒，经常地发电放水就可以有计划地冲涮市内河道，使天津小河的水都动起来。“天池”过冬还是需要保温的，因此，好土可以运去覆盖在周围，堆起百米高山来，使天津市又多一旅游去处，同时也是综合利用和开发洁净能源的示范基地。
（5）共同沟的问题。天津市还没有共同沟，所谓共同沟就是把地下设施集中在一个地下隧道里，例如给、排水、供热、燃汽管线，电力、通讯各种地下线缆等设置在一起，以利于维护和更换，这样必然避免了“马路拉锁”现象。天津地下交通网络在某种程度上必然起到共同沟的作用，对各种线缆的铺设综合利用已没有任何问题，对较细的供热、燃汽管线也可以考虑设计通行综合利用。由于可以随时维修，在地下公路网络中的管线、线缆的可靠度将得到极大的提高。
8．结语
天津市中心城区交通发展面临着诸多问题，本文具体提出的采用现代无金属结构建筑地下公路交通网络无疑是一个新的发展方向。在城市交通问题上，天津不应该照搬北京、上海和广州等大城市建立交桥、高架桥、修地铁的模式，应该因地制宜，跨越式发展。希望本文提出的新思路能够起到“抛砖引玉”的作用，我们也将继续深入开展研究，使天津中心城区交通发展问题的解决方案得到具体落实，同时我们也关注着环境保护和城市建设综合开发的大问题，考虑地下盾构隧道公路网络交通优化设计的种种问题，并结合目前天津市地上公路网络情况，行之有效的解决天津市中心城区交通可持续发展问题。
