武汉天兴洲公铁两用长江大桥总体设计.pdf

文章编号 3 0 1 0 1 C 6 0 6 A 6 7 4 F 6 0 5 7 0 C 2 2 0 K L A L 4 2 N 0 5 7 6 2 6O 0 K K 2 S A 2 K 6 7 7 K 2 1 7 4 2 O 2 S C2 1 A 2 K 12 4 2 1 7O 0 6 6 7 7 U A 0 7 7 1 6 T 4 1 2 J 0 5 2 6 0 4 1 6 7 C 4 A 6 7 1N 2 1 4 T 6 7 0 J 7 O 0 K KN 76 7 2 0 11 2 J 0 5 2 N K 7 2 1 1 7 KO 7 72 2 N K 7 L C 6 2 S 7 C 6 7 7 K 6 A C C 5 0 7 N 0 5 7O 0 6 2 2 0 1C M 2 1 0 C6 4N 7N A 0 K 6O 0 K 74 J 7 6 71 4 6 7 1N 2 1 6 7N 0 5 7 4 1 C 0 C 6 0 1 54 T L C M 2 1C 6 A 6 A 70 C 7 U A 0 7 1J 0 7 O4 T 0 1 0 0 I 0 1 56 7 7 C 0 7 1 6 0 2 K 7 K 4 2 6 0 4 1 0 5 6 L 4 T L O 2 S 7 U A 0 C 0 6 0 4 12 1 2 P 0 1 52 2 6 0 4 1 2 K A C 74 T K 2 1 7 C 4 A 7 C 2 6 6 7 0 5 7 C 0 6 7 2 2 0 K L A L 4 2 N 0 5 7 6 S M 7 0 C C 7 K 7 6 7 T 4 6 7 0 5 7 G 7 7 4 1 4 0 2 1 2 K S C 0 C 0 1 0 2 6 7 C 6 2 6 0 6 0 C 6 7 7 4 1 4 0 2 1 2 6 0 4 1 2 K C 7 7 6 4N A 0 K 2 K 4 1 5C M 2 1 4 N 0 1 7 2 0 K O 2 S2 1 4 2 O 2 SN 0 5 74 J 7 6 7C 4 A 6 7 1 0 J 7 N 2 1 2 1 6 7 7 0 A 2 1 C 2 K K C M 2 1N 0 5 74 J 7 6 71 4 6 7 1 0 J 7 N 2 1 C 7 M 2 2 6 7 K ST 4 6 7 2 0 K O 2 S C2 1 4 2 O 2 S C 2 0 K L A L 4 2 N 0 5 7 2 N K 7 L C 6 2 S 7 N 0 5 7 C 6 7 7 K 6 A C C5 0 7 N 0 5 7 7 C 0 5 1 收稿日期 V 作者简介 高宗余 W V 男 教授级高工 W 年毕业于西南交通大学铁道桥梁专业 工学学士 现为华中科技大学土木工程与力学学院 博士研究生 A 前 言 武汉市是湖北省的省会 我国中部重要的中心 城市 全国重要的科学文化中心 工业基地和交通 通信枢纽 武汉天兴洲公铁两用长江大桥位于武汉 长江二桥下游W P 的天兴洲江段 它是武汉铁 路枢纽内的第二过江通道 同时也是武汉市中环线 的过江通道 B 桥位选择 武汉天兴洲长江大桥桥位处于微弯分汊型河 段 河势演变较复杂 河道中发育一江心洲 天兴 洲 将长江分为南 北 个河道 南侧主河道宽约 P 北侧副河道宽约 P 长江两岸设有防洪大 堤 堤内地形平坦 其地貌单元为长江一级阶地 南 武汉天兴洲公铁两用长江大桥总体设计 高宗余 岸 武昌岸 建筑物稠密 北岸 汉口岸 主要为耕种 区 分布较多渔塘 长江在武汉境内全长约V P 河段河势见图 龟 蛇两山处为本河段最狭窄的断面 河宽仅 P 建有武汉长江大桥 其下河道逐渐开阔 龟山北 麓有汉江汇入 流经汉口后 由于青山 阳逻两节点 呈上 下不对称分布 对河道控制作用较弱 主流稳 定性较差 摆动幅度较大 成为微弯分汊型河道 沿 江分布有武昌深槽 汉口边滩和青山边滩 武汉长 江大桥下游约 P 处有长 P 面积约 P 的天兴洲 将长江分为南北两汊 长江两岸大 堤间距 主流沿右岸武昌深槽下行至徐家 棚附近平顺进入天兴洲右汊 在水口附近左右汊 汇流 图A 长江武汉段河势图 河道近期演变 武汉河段由于沿江两岸受节点 控制及护岸工程的兴建 自 世纪 年代至今河 道外型基本稳定 岸线变化相对较小 河床演变主要 表现在河床冲淤 洲滩消长和汊道的兴衰变化 桥 址河段两岸稳定 自 世纪 年代完成主支汊转 化后 目前已形成南汊正面入流 北汊侧面进流的河 势格局 主流南移受到限制 汉口边滩处于相对稳 定状态 天兴洲北汊在短时期内不可能淤死 桥址 河段在今后较长时期内仍将维持枯水单一 中 高水 位双汊过流 主流在南汊的河势 但洲滩和汊道的局 部冲淤变化仍将发生 桥址河段具备建桥条件 随 来水来沙条件不同加之其他因素的影响 桥址河段 仍将发生一定的冲淤变化 尤其是汉口边滩和天兴 洲洲头的变化直接影响左 右汊的分流分沙 需采取 适当措施稳定汉口边滩和天兴洲洲头 维持目前主 流走天兴洲南汊的格局 三峡水利枢纽运用后对建桥河段河势的主要影 响表现为河床有所冲刷下切 深槽也将有所冲刷扩 大 桥址河段河势不会发生大的调整 因此 武汉市城市总体规划和武汉铁路枢纽总 图都明确了本桥位作为公路桥和铁路桥桥址 桥中 线作了预留 C 建桥条件 C A 气象 桥渡区处于亚热带温润区 历史上最高气温 最低气温 年平均气温 V 有霜冻和降雪发生 雨量充沛 最大基本风速 W W C C B 桥渡水文 桥址百年一遇洪水位为南汊X 北汊 X 年一遇最高通航水位X V 最低通航水位XW V 桥址区地下水及南 北汊 江水对混凝土均无腐蚀性 对钢结构具弱的腐蚀性 C C 地质 覆盖层 桥址北岸以粘性土为主 北汊以粉细砂 为主 天兴洲上部以粘性土为主 中 下部以砂类土 为主 E WX E WX 段为冲刷深槽 覆盖 层最大厚度可达W 南汊覆盖层以细砂为主 南岸覆盖层顶部为填筑土和粘性土 中 下部以粉细 砂为主 基岩 按照岩性 岩相特征大致分 个区段 第 段 E X E WX 由成岩程度较 差的疏松砂岩 泥质粉砂岩 砂岩组成 第 段 E W X E X V 由胶结程度不一的砾岩 夹少量泥质粉砂岩组成 第 段 E X V 以 南 为三叠系的白云岩 C G 地震及场地类别 根据地震危险性分析的结果 大桥场址在平均 土质条件下 年超越概率 水平的烈度为V V 桥梁建设 年第 期 度 经综合评定大桥场址的基本烈度为 度 G 技术标准 G A 公路正桥主要技术标准 道路等级 按城市快速路标准设计 设计行车速度 P 设计车道 双向V车道 行车道宽度 桥面宽度 设计荷载 公路 级 V 最大纵坡 桥面横坡 G B 铁路正桥主要技术标准 线路等级 客运专线 级 正线数目 线 正线间距 客运专线 级线 客 运专线与 级线间距 V 旅客列车设计行车速度 P 以上 按 P 做动力仿真设计 G C 其他技术标准 铁路双层集装箱限界 不小于 W V 主航道通航净空尺度 航道等级 净宽不 小于 净高最高通航水位以上不小于 H 桥梁总体布置 根据通航要求 南汊为主航道 需布置跨度 以上的大跨度桥梁结构 北汊需布置跨度 的桥梁结构 从减少拆迁量和用地 合理利用桥位 资源的角度考虑 大桥选择采用公路铁路两用桥方 式 经济分析表明 南汊大跨桥梁合建 北汊中小跨 度桥梁分建为经济合理的方案 H A 桥梁平面设计 在两岸长江大堤范围内布设平曲线 处 曲线 特征值为 偏角W 半径 缓和曲线长度 W 缓和曲线按 次抛物线过渡 南汊主桥公路 铁 路共桥 上 下层布置 公路在上层 铁路在下层 往 北在天兴洲上公路从平面上脱离铁路中心线 以半 径 平面曲线分离共建部分后 平行于铁路 桥中线跨越北汊 两桥中心线相距 公路桥位 于铁路桥上游 南岸公路以半径 平面曲线 与铁路分离 公路位于铁路下游 线路平面布置示 意见图 图B 线路平面布置示意 H B 桥梁纵断面设计 武汉天兴洲长江大桥纵断面设计应符合以下控 制条件要求 南汊主航道净空高度 最高通航水位 以上 北汊航道净空高度 最高通航水位以上 双层桥布置时铁路限界要求 铁路双层集装 箱限界不小于 W V 跨大堤桥下净空高度 堤 顶以上 H C 桥梁横断面布置 武汉天兴洲长江大桥桥面组成为 公路桥标准 横断面 防撞护栏 X 检修道 X 路缘带 X 行车道 X 行车道 X 路缘带 X 中央分隔带 X 路缘带 X 行车道 X 行车道 X 检修道 X 路缘带 X 防 撞护栏 全宽 见图 铁路桥标准横断面见 图 南汊主桥钢桁梁标准横断面见图 图C 公路桥标准横断面 H G 通航孔跨度及墩位布置 H G A 南汊主桥 南汊主桥采用斜拉桥 钢桁加劲梁 公路 铁路 双层布置 桥式布置需满足以下要求 主孔跨度 满足通航净空要求 净宽不小于 南侧主 塔墩位按航道要求布设 确保主孔覆盖稳定的通航 水域 斜拉桥北侧边孔满足单孔单向通航要求 跨度不小于 W 净跨不小于 V 主塔墩及 北侧辅助墩 考虑设置防撞设施 主跨及边跨跨径的选取要考虑基础和防撞设 施 航道标志设施等尺寸的大小 同时还要结合桥梁 武汉天兴洲公铁两用长江大桥总体设计 高宗余 图G 铁路桥标准横断面 图H 南汊主桥钢桁梁标准横断面 方案主 边跨合理比值和主梁构造等结构设计特点 综合确定 主跨及边跨跨径须为钢桁梁节间长度 的整数倍 综合考虑以上控制及影响因素 武汉天兴洲长 江大桥主航道斜拉桥跨径布置方案为 W X W VX X W VXW 全长 W H G B 北汊航道桥 根据航道部门的批复意见 北汊航道桥通航孔 不少于 个 净宽不小于V 按此布置 X X 四跨一联的预应力混凝土连续梁 方案 D 桥式方案 D A 全桥孔跨组成 武汉天兴洲长江大桥正桥工程孔跨组成见图 V 由北向南依次为 铁路桥 孔 简支箱梁X X X 混凝土连续梁XV 孔 简支箱梁X W X W VX X W VXW 斜拉桥 X 孔 简支箱梁 全长 V 公路桥 连续箱梁X X X 混凝 土连续梁X XW V X 连续箱梁X W X W VX X W VXW 斜拉桥X 连续箱梁 全长 V D B 南汊主跨斜拉桥 南汊主跨斜拉桥孔跨布置为 W X W VX X W VXW 长 W 见图 主梁为板桁结合 钢桁梁 Y形桁架 片主桁 桁宽 桁高 节间长度 主桁弦杆最大杆力约 V P Y 均采用箱形截面 主桁部分斜杆采用箱形截 面 其余斜杆 竖杆采用a形截面 主桁节点采用 焊接整体节点 节点外拼接 斜拉索锚固于主桁上 弦节点 钢梁采用b U 钢 主塔采用钢筋混凝土结构 倒Z形 承台以上 高度为 主塔正面见图 每塔两侧各有 V根斜拉索 全桥共有斜拉索 W 根 斜拉索为 镀锌平行钢丝 最长索 最大索力约 P Y 公路桥面处索距 三索面间相邻索面中 心距 图D 全桥孔跨组成 桥梁建设 年第 期 图I 南汊主跨斜拉桥布置 图L 主塔正面 边墩 辅助墩以及主塔墩上均设有竖向支座和 约束梁体横向位移的支座 主塔上设有约束梁体纵 向位移的阻尼装置 公路桥面梁端 V 范围内采用混凝土结合 板 通过剪力栓钉与主桁上弦及公路纵横梁连为一 体共同受力 其余区段采用正交异性板与主桁上弦 杆结合 铁路桥面采用纵 横梁道碴桥面系 主塔基础均采用 钻孔灌注桩 号墩 根 桩长V 号墩 根 桩长 承台采用双 壁钢吊箱围堰施工 号墩为辅助墩 均采用 根钻孔桩 桩径分别为 号墩采 用 根钻孔桩 桩径分别为 I 工程技术特点 武汉天兴洲长江大桥设计 施工采用大量先进 技术 是我国建桥史上继武汉长江大桥 南京长江大 桥 九江长江大桥 芜湖长江大桥之后又一个新的里 程碑 该桥具有如下技术特点 世界上最大跨度的铁路及公铁两用斜拉 桥 已建成公铁两用斜拉桥最大跨度 国内为芜湖 长江大桥 主跨 国外为丹麦到瑞典之间的厄 勒海峡大桥 主跨 W 天兴洲公铁两用长江大 桥斜拉桥主跨为 世界上载荷最大的公铁两用斜拉桥 本桥 荷载标准为V车道公路 线铁路 线客运线 线 级干线 采用 片桁架主梁 三索面的新结构 桥梁纵向约束采用大吨位阻尼装置 有效 改善了斜拉桥体系的受力 在钢桁梁桥中采用钢正交异性板与混凝土 板组合桥面新结构 V 深水基础采用 大直径钻孔灌注桩 L 主要科研项目 天兴洲大桥主桥结构为满足航道要求采用了主 跨 的大跨度斜拉桥方案 为满足 线铁路运 行要求采用了 片主桁厚板焊接整体节点 正交异 性板及混凝土桥面板板桁结合 超大直径钻孔桩等 新技术 该桥科研专题涉及新标准 新结构