白慧明

(中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司，北京 100048)

滬通鐵路長(zhǎng)江大橋是新建滬(上海)通(南通)鐵路和通蘇嘉城際鐵路的控制性工程，建成后將是世界上規(guī)模最大的公鐵兩用橋梁，主跨1 092 m，主航道孔徑布置為(140+462+1 092+462+140)m。主跨跨度大、荷載大、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不論是橋位的選擇，橋式方案的擬定，還是關(guān)鍵技術(shù)的研究，對(duì)橋梁工程界都是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對(duì)于投資較大的基礎(chǔ)性交通設(shè)施建設(shè)，國(guó)家非常重視，國(guó)家發(fā)改委委托中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司，對(duì)主跨1 092 m斜拉橋方案的技術(shù)可行性進(jìn)行專題論證評(píng)估。本文簡(jiǎn)要介紹了論證評(píng)估的主要結(jié)果。

1 工程概況

滬通鐵路是我國(guó)鐵路網(wǎng)沿海通道中的重要組成部分，是魯東、蘇北與上海、蘇南、浙東地區(qū)間最便捷的鐵路運(yùn)輸通道，也是長(zhǎng)三角地區(qū)快速軌道交通網(wǎng)的重要組成部分。北起江蘇省南通市南通西站，向南跨越長(zhǎng)江經(jīng)過(guò)張家港、常熟，至太倉(cāng)分叉后，分別接入京滬鐵路安亭站和上海浦東鐵路四團(tuán)站，全長(zhǎng)258 km。

滬通鐵路長(zhǎng)江大橋目前研究的橋位位于錫通公路過(guò)江通道處，上距江陰長(zhǎng)江大橋約45 km，下距蘇通長(zhǎng)江大橋約40 km。滬通鐵路長(zhǎng)江大橋與公路共通道建設(shè)。

滬通鐵路長(zhǎng)江大橋結(jié)合長(zhǎng)三角城際鐵路規(guī)劃、錫通公路通道規(guī)劃，建設(shè)為4線鐵路和6車道高速公路。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為:滬通鐵路按Ⅰ級(jí)雙線鐵路設(shè)計(jì)，速度目標(biāo)值200 km/h，限制坡度6‰，電力牽引，通行雙層集裝箱列車，正線線間距4.6 m;城際客運(yùn)專線設(shè)計(jì)為雙線，速度目標(biāo)值200 km/h(預(yù)留250 km/h)，限制坡度20‰，電力牽引，正線線間距4.6 m;高速公路設(shè)計(jì)速度100 km/h，荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，公路路面寬度33 m。主航道橋雙向通航凈寬900 m，凈高62 m;專用航道橋單向通航凈寬200 m，凈高45 m。

2 橋位選擇

2.1 設(shè)計(jì)推薦方案

大跨度越江(河)橋梁的橋位選擇主要遵循以下基本原則:

1)河道、岸線順直，河床、深泓線穩(wěn)定，河勢(shì)穩(wěn)定;

2)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件相對(duì)較好，區(qū)域地質(zhì)比較穩(wěn)定;

3)江面相對(duì)較窄(橋梁長(zhǎng)度盡量短)，以減小工程規(guī)模，降低工程造價(jià);

4)航道條件盡量好，對(duì)航運(yùn)影響小;

5)兩岸接線順暢，與兩岸城市規(guī)劃和岸線利用相協(xié)調(diào)。

根據(jù)橋址河段航道、河勢(shì)、兩岸岸線現(xiàn)狀與規(guī)劃，參考無(wú)錫至南通公路過(guò)江通道的路線控制規(guī)劃研究結(jié)論，滬通鐵路越江橋位應(yīng)在預(yù)控的錫通通道走廊范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)最終推薦橋位為十三圩橋位(十三圩—橫沙—捕魚港):南岸在張家港市的十三圩港，跨南通水道，過(guò)橫港暗沙，跨越天生港中段水道，北岸到達(dá)南通捕魚港口(如圖1所示)。

圖1 越江橋位示意

2.2 論證結(jié)果

從河勢(shì)、水文、地質(zhì)和地震、通航、防洪、岸線規(guī)劃、工程規(guī)模、通道布局等多方面對(duì)比分析，設(shè)計(jì)推薦方案各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)較優(yōu)，且符合有關(guān)規(guī)劃，同時(shí)能有效控制兩岸用地，拆遷量少，可作為推薦跨江通道方案。

3 橋型方案擬定

3.1 設(shè)計(jì)推薦方案

滬通鐵路長(zhǎng)江大橋橋址處江面寬闊，水流流向較為發(fā)散，江中存在橫港暗沙，南岸主航道與北岸專用航道存在夾角，為保證橋軸線與兩航道正交，同時(shí)減小建橋?qū)λ骱秃觿?shì)的影響，橋軸線在江中設(shè)置曲線一處，曲線半徑R=4 009.45 m，橋上4線鐵路按同心圓布置，其中通嘉蘇城際鐵路位于上游側(cè)，滬通鐵路位于下游側(cè)。

橋型方案的擬定應(yīng)綜合考慮河道各區(qū)域的河床地形、水文、通航條件、水利防洪等多種因素，參照長(zhǎng)江水域已建橋梁的工程經(jīng)驗(yàn)，并與當(dāng)前國(guó)際上橋梁建設(shè)的研究進(jìn)展相結(jié)合。

由于航道主管部門要求該橋主通航孔跨徑不得小于蘇通長(zhǎng)江公路大橋，綜合考慮橋位處主河槽的形態(tài)，盡量減小建橋?qū)νê降挠绊?，設(shè)計(jì)推薦主河槽通航區(qū)域采用1 092 m斜拉橋方案。北岸天生港通航水道區(qū)域采用主孔308 m連續(xù)鋼桁梁跨過(guò)航道，以滿足上游重工企業(yè)的產(chǎn)品下水要求。

設(shè)計(jì)推薦的大橋孔跨布置方案如下:

1)正橋

主航道橋 142+462+1 092+462+142=2 300 m雙塔三索面五跨斜拉橋;

天生港航道橋 2×112+154+308+154=840 m變高度連續(xù)鋼桁梁;

跨橫港沙區(qū)段 112 m連續(xù)鋼桁梁;

跨南北大堤區(qū)段 112 m連續(xù)鋼桁梁。

正橋鋼梁范圍總長(zhǎng)5.888 km。

2)南北兩岸引橋

北引橋 以跨度48 m簡(jiǎn)支混凝土箱梁為主，共計(jì)36孔，總長(zhǎng)1 771.2 m;

南引橋 以跨度48 m簡(jiǎn)支混凝土箱梁為主，共計(jì)63孔，跨沿江公路、三干河等節(jié)點(diǎn)用主跨80 m混凝土連續(xù)梁，總長(zhǎng)3 459.6 m。

滬通鐵路長(zhǎng)江大橋設(shè)計(jì)范圍長(zhǎng)11.07 km，其中公鐵合建段長(zhǎng)7.216 km(如圖2所示)。

圖2 滬通鐵路長(zhǎng)江大橋全橋橋式概略(單位:m)

主航道橋采用鋼整體橋面與鋼桁相結(jié)合的三片桁架結(jié)構(gòu)，其立面和橫截面分別如圖3和圖4所示。主梁桁架桁高16.0 m，N形桁式，節(jié)間距14 m。桁寬2×17.5 m，每個(gè)主桁節(jié)點(diǎn)均有橫聯(lián)。底部鋼箱梁作為桁架下弦，同時(shí)兼作鐵路整體橋面。主梁上弦平面設(shè)公路正交異性鋼橋面板，與上弦一起參與主梁共同受力。

主塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(如圖5所示)，主塔承臺(tái)以上高度345 m。塔柱順橋向尺寸12～20 m，上塔柱標(biāo)準(zhǔn)段橫橋向尺寸為14 m，中塔柱和下塔柱橫向尺寸為8.5～16.0 m。

主塔基礎(chǔ)采用倒圓角矩形沉井基礎(chǔ)，平面尺寸為72.4 m×44.4 m，高120 m(如圖6所示)。

圖3 主航道橋橋式布置(單位:m)

圖4 主航道橋主梁橫截面布置(單位:mm)

3.2 論證結(jié)果

按目前技術(shù)水平，主跨超過(guò)千米的橋梁可采用斜拉橋和懸索橋。若采用懸索橋，需要在江中設(shè)置巨大錨碇，對(duì)通航、水利都有較大影響，且工程量大、投資大。斜拉橋方案具有剛度大、抗風(fēng)穩(wěn)定性好、對(duì)航道水利影響小，以及經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)推薦斜拉橋方案是合適的。

針對(duì)主梁軸向壓力大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)創(chuàng)新地采用了新型加勁梁斷面結(jié)構(gòu)，公路、鐵路均采用整體鋼橋面板并參與總體受力，有效增加了加勁梁橫斷面的受力面積，突破了橋梁跨度受制于鋼梁桿件因受力大而難于設(shè)計(jì)、制造的瓶頸;同時(shí)采用高強(qiáng)度鋼材，不僅充分發(fā)揮了材料性能，而且有利于減輕橋梁自重。大橋主梁形式及主要構(gòu)造是合理的，采用高強(qiáng)度鋼材是合適的。

由于本橋斜拉索長(zhǎng)度大、截面大、重量大，斜拉索制造、運(yùn)輸安裝困難等，設(shè)計(jì)研究了采取并行索布置、整索制造的平行鋼絲束索方案，以及單股防護(hù)、制造、運(yùn)輸、安裝的鋼絞線索方案。兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，均是可行的，可在下階段結(jié)合耐久性、疲勞等性能綜合比選后確定。

圖5 主航道橋主塔結(jié)構(gòu)(單位:cm)

主塔墩基礎(chǔ)荷載大、地震響應(yīng)大且船撞力大，采用浮運(yùn)的鋼—混凝土組合沉井基礎(chǔ)方案是合適的。

靜、動(dòng)力分析表明，主橋結(jié)構(gòu)受力及抗風(fēng)、抗震滿足要求;風(fēng)—車—橋耦合動(dòng)力分析表明主橋能夠滿足列車的行車安全性和舒適性要求，但需在下階段通過(guò)試驗(yàn)研究予以確認(rèn)。

圖6 主航道橋主塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(單位:cm)

依據(jù)目前國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)能力和材料、制造、施工工藝、設(shè)備等方面技術(shù)水平，借鑒世界橋梁工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，主跨1 092 m公鐵兩用斜拉橋在技術(shù)上總體是可行的。

4 論證階段建議

本橋跨度大、荷載大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)行規(guī)范不能完全涵蓋，設(shè)計(jì)和施工存在很大的技術(shù)難度，因此，應(yīng)對(duì)主橋結(jié)構(gòu)體系、主梁、主塔等進(jìn)一步深入研究和優(yōu)化:

1)對(duì)主橋結(jié)構(gòu)體系的不同方案進(jìn)行比較和優(yōu)化;

2)對(duì)平行鋼絲束索和鋼絞線索兩種斜拉索體系方案進(jìn)行深入研究和比較;

3)對(duì)主梁具體方案進(jìn)行深入研究和細(xì)化;

4)對(duì)主塔采用鋼塔，鋼—混凝土組合塔以及更高強(qiáng)度等級(jí)混凝土材料進(jìn)行研究和比較。

5 尚需進(jìn)一步開展的科研試驗(yàn)項(xiàng)目

鑒于本橋?qū)儆诔笮蜆蛄?，建成后將成為世界橋梁史上的里程碑，因此論證認(rèn)為，應(yīng)對(duì)大橋的行車性能、抗風(fēng)抗震、新材料、新結(jié)構(gòu)等專題開展深入的科學(xué)研究，主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:

1)Q500橋梁鋼材提高抗拉強(qiáng)度的研究與應(yīng)用;

2)鐵路鋼橋面防水保護(hù)措施研究;

3)有風(fēng)環(huán)境下高速列車行車安全性和舒適度等性能分析研究及實(shí)車試驗(yàn);

4)大跨度鐵路斜拉橋抗震性能及減震措施研究;

5)斜拉橋抗風(fēng)性能及模型試驗(yàn)研究;

6)主梁鋼箱桁組合截面性能及構(gòu)造研究;

7)大位移軌道溫度伸縮調(diào)節(jié)器與梁端軌道伸縮裝置研制。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)滬通鐵路長(zhǎng)江大橋橋位選擇、橋式方案擬定等內(nèi)容的論證評(píng)估，表明該項(xiàng)目總體上是可行的，但是需要進(jìn)行許多深入細(xì)致的科學(xué)研究工作，以保證工程的順利推進(jìn)，以及將來(lái)結(jié)構(gòu)的使用和運(yùn)營(yíng)安全。

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