天津滨海新区东中环跨海河工程桥隧方案设计

1、天津滨海新区东中环跨海河工程桥隧方案设计天津滨海新区东中环跨海河工程桥隧方案设计井润胜(天津大学建筑工程学院,天津300072)摘要:结合天津滨海新区东中环跨海河工程的方案设计,阐述了各种不同方案在技术,经济,景观和环境保护方面的比较情况.关键词:中承式系杆拱桥;双塔斜拉桥;自锚式悬索桥;盾构隧道;沉管隧道中图分类号:U442.54文献标识码:A文章编号:10049592(2006)02003004TheProposalBridge&TunnelDesignofEastMidringCrossHaiheRiverProjectinBinhaiNewZone,TianjinJIN

2、GRunsheng(SchoolofCivilEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Thispaperdescribethecomparativeannotationofvariousdesignoptionsfromtheperspectivesofeconomy,scenery,andenvironmentalprotection,inconjunctionwithproposedEastMidringCrossHaiheriverprojectdesigninBinhaiNewZone,TianjinKeyw

3、ords:intermediatedeckarchbridge;twintowercablestayedbridge;selfanchoredsuspensionbridge;shield;immersedtubetunnell前言天津滨海新区核心区中环线线位:南海路一胜利路一水线路一水线南路一津沽一线中环西路一km.中环线新建工程为城市一级主干道,设计车速北侧交通的主要通道为渔船闸,上游海门大桥及下游海防路海河大桥,海门大桥宽9m,渔船闸仅通过小型车辆,海河大桥仅为双向四车道,这种状况远不能满足未来交通的需要.滨海新区东,西中环跨越海河处将成为中环线两处重要的节点.2工程建设条件港区,即海河

4、港区.海河河道最宽395m,位于新河储油所附近;最窄处仅137m,位于新港船闸附近.海门桥以上平均河宽250m左右,海门桥上游平均河宽略有增加.海河现航道(按4m等深线计算),海门大桥下游除新港船闸西口附近河道底宽仅5Om外,其余均在150m以上,最大水深为7.7m.本区域土层分布:表层为回填土,上部土层主要为海相沉积的淤泥质粘土,下部为陆相沉积的亚粘地层土质特征如下:回填土:褐色,以亚粘土为主,可塑,不均匀,较松散,分布于回填造陆区域;淤泥质粘土:灰褐灰色,夹少许粉砂薄层及贝壳碎屑,软塑状,局部夹淤泥质亚粘土,分布厚度约13m;亚粘土:灰褐褐黄色,可塑,上部含有大量贝壳,约1m厚,下部接近粉

5、砂处含较多的姜石,局部夹粉砂薄层,分布厚度约14m;粉砂:黄色,密实,颗粒均匀,含金云母,顶面分布高程约为一27.7m.粱桥筝从要,王位学士项师程工级高男0胜期介计日简谩稿者程收作工2005年6月No.2港工技术?31?东中环跨海河工程所处地区地下水以表层孔隙潜水为主,主要赋存于粉质土层,分布全段,以大气降水和地表水的渗入为补给来源.水质分析表明,地下水所含硫酸根离子偏高,对于混凝土存在强结晶腐蚀,因此设计过程中基础应选择抗腐蚀水泥.3跨河桥(隧)工程建设规模及技术标准1)桥梁(隧道)宽度的确定东中环桥(隧)工程在塘沽市区内,按城市道路设计规范(CJJ3790)第1.0.2条规定,本桥设计行车

6、速度为60km/h;东中环跨海河工程区段各交通小区客货车发生量2025年将达到16600pcu/h,中环线道路宽度按双向六车道设计,东中环桥(隧)也按双向六车道设计.2)主桥(隧),引桥纵坡的确定河隧道的顶高程必须在一10m(大沽水平一11m).高架桥纵坡选用最大为3.8;隧道纵坡一般情况下最小为0.3,最大纵坡在国外可用到6,在国内考虑到汽车性能现状,最大纵坡可为3.5.1)海河通航标准:设计高通航水位:2.73m(大沽);最低通航水位:0.52m(大沽);通航净空高度:37m;通航净宽:160m.2)荷载标准:城A级;3)风力:基本风压800Pa;最大风速33m/s;4)地震基本烈度7度,

7、东中环跨河工程为特大桥工程,拟按8度设防;5)线型等级:设计车速60km/h,平曲线半径R800m,主,引桥纵坡不大于4,横坡(双向)1.6)主,引桥的宽度:各区带宽度见表1.7)桥下净空及台后填土高度:跨路桥5.0m,由于通航要求,桥梁净空不小于37m;穿过海跨铁路7.0m;桥台填土不大于2.5m.表1主桥及引桥宽度m主桥,引桥各区带宽度主,引桥全宽栏杆检修道索区结构路缘带行车道路缘带中央分隔带路缘带行车道路缘带索区结构检修道栏杆××××4主桥(隧)方案1)通航净高:根据天津港海河港区总体布局规划,桥位处航道规划,近期考虑万t船单向航道兼顾5000t级

8、双向航道,航道底宽120m;中远期万吨船双向航道底宽160m,底高程一9.2m;通航净高39.9m,桥梁42.63m.2)主桥桥梁跨径:原则1:根据上述桥下通航净空要求,结合河道特点,堤防安全要求确定桥梁孔径尺寸;原则2:按通航海轮桥梁通航标准的要求,该桥桥位垂直跨越河流大半径弯道,根据"在航道弯道建桥宜一孔跨越或相应加大净空宽度"的要求,桥型选择时,应尽量考虑一孔跨越的大跨径桥梁.综合海河水域水利规划要求,相关规范规定以及桥位处地质,水文特点,选择主桥孔径尺寸:如果水深线位置至少为160m,计入桥墩宽度,水流夹角等,主跨径一般为185215m;根据水利部门要求,桥梁基础开

9、挖范围至少1O15m,才能满足大堤安全的要求.若考虑通航安全,河道疏浚,码头建设,堤既满足通航要求,也符合水利,堤防规划要求;结合桥梁基础尺寸,桥孔布置以300m为宜.综上桥孔跨径不宜小于300m,桥下净高不宜小于39m.据此桥梁形式可采用自锚式悬索桥,双塔斜拉桥,中承式钢管混凝土拱桥等桥型方案.4.2.1方案1(主桥中承式拱桥方案)主跨300m,边跨90m,矢跨比1:4;主桥全桥长度480m,边主跨比为0.3;主拱肋为3m×4m的空心矩形断面,桥面系结构为横梁受力纵梁加劲×钻孔灌注桩基础(图1).拱桥近年来采用钢管拱型式较多,钢管拱是一种新型的设计构思,裸拱时可作施工支架

10、,灌入混凝土后形成拱肋或拱箱,然后再浇筑或拼装拱上构造.钢管拱设计实例较多,桥型有中承式,上承式,下承跨越的地形,最适宜地质条件较好的山谷或水流湍急不宜做水中基础的河道.桥型形状优美,受力合强劲的力度感,加之优美的曲线造型,与下游的海河斜拉桥直塔斜索的直线造型遥相呼应.'1'li.jl0:Jj1,越一j一r1图1中承式拱桥方案4.2.2方案2(主桥双塔斜拉桥方案)主跨300m,边跨120m;主桥全桥长度540m,边主跨比为0.4;桥面系结构为纵横梁钢结构体系,&×2.8m.桥宽34.5m,梁高2.8m.梁上索距6m.主塔为H型,塔高6Om,钻孔灌注桩基

11、础.造型美观,结构轻巧(图2).!柚"mII量圳疆知k位D曲r_',1rI,r一一,电一,f一-.图2双塔斜拉桥方案斜拉桥梁适宜跨径为200800m,本桥位跨径凝土组合结构,梁高2.8m,桥宽34.5m,索距6m.为300m,适合采用斜拉桥方案.主要优点:施工技主塔为门式,塔高55m,结构明快,抛物线形流畅,术成熟;跨径可一孔跨越;桥墩可设在岸上,减少水跨大体薄,桥塔壮美(图3).由于塘沽地区地质条件中基础施工;建筑高度小,可争取桥下净空,减少引较差,不宜修建锚碇基础,此悬索桥采用自锚式,将主跨300m,边跨120m;主桥全桥长度540m,基础两个桥塔及边跨强劲的锚固梁,然后

12、架设主缆,边主跨比为0.4;主缆矢跨比1:6.主梁采用钢一混利用主缆安装吊杆及桥面系.嵩:;=#:i图3自锚式悬索桥方案各桥梁方案比较后,中承式拱桥无论从跨越能独到的优势,从总体布局来看,与周围环境比较协力,材料经济指标,施工速度和美观,力学特性都有调,外形比较美观,而且技术上具有较大先进性,经门懋一腻2005年6月No.2港工技术?33?过综合比较,拟推荐中承式拱桥方案.考虑本桥通航净空要求较高,结构物规模较大,桥梁纵坡较长,而隧道方案能避免对航道,堤防的不利影响,所以隧道方案也是该桥初选方案之一.早在1996年海防路设计审查会上,市领导就提出跨越海河构筑物应做好桥梁和隧道方案比选.要大于1

13、倍管径,一次设备投入6,7千万元,隧道长度近千米;只能保证双向4车道,需分做2条盾构.2)围堰明挖法.水深不大,没有较大的技术难点,造价低.从现状桥位海河宽度(约290m)和施工条件看,采用围堰明挖法较为适合.3)沉管隧道.桥址位置河床平坦,水流速度小,水深10m左右,河床稳定,几乎没有淤积,很适合做沉管隧道.沉管隧道(图略)现场施工工期短,即两岸工程,基槽开挖,管节预制可同时施工,管节的浮运,沉放,水下对接和基础处理等工序相对总工期较短.采用河底隧道方案,箱顶高程必须保证规划万吨厚度,沉船,锚击安全和箱顶的覆盖厚度2.0m,确定箱顶高程为一11.2m,隧道最大纵坡为3.5,北岸66512部队

14、两条铁路专用线距河岸仅315m和m,南引路170m,北引路230m,全长1420m.沉管隧道的管节预制需要在岸上开挖干坞,预(约200万m.),航道占用50ITI.4.4桥梁,隧道方案的比选3种桥型方案和隧道方案各有所长,方案的比选确定,需要从对两岸土地开发,交通功能,航运要求,水文地质条件,工程建设的难易程度与经济造价等方面进行综合比较.按通航净空37m,4的纵坡计,桥梁全长需要在2000m以上;隧道箱顶高程必须在一11m以下,最大纵坡3.5,临近海河北岸的铁路专用线考虑一并下穿,隧道长度需要在1500m以上.1)对两岸土地开发的影响:隧道洞口或通风竖井周围环境各种有害气体积聚,在隧道口部外

15、的道路两侧,大气环境只达到国家大气环境三级标准的范围内,不宜修建连接成片或高大建筑群;另外隧道口部周围除了交通噪声,还存在由洞口传播出来的噪声.根据滨海城区总体规划,中环线两岸多为居住民宅,如果采用隧道方案,无疑是增加了一个较大的空气,噪声污染源,对两岸住宅土地的开发不利,因此东中环跨海河位置不宜采用隧道方案.2)景观方面:本桥位上游约5km有开启式钢桁架海门大桥,下游5km有单塔斜拉的海防路海或自锚式悬索桥,其主拱肋横空飞架,抛物线,曲线形状连绵优美;桥上视野开阔,新区夜景尽收眼底,桥下巨轮畅通,实不失为一个新的景点.3)与相交规划路的关系:隧道方案不能保证与三槐路街道,渤海石油街道,东大沽

16、街道,西大沽街道四个交通小区规划次干道立交,交通互有干扰.4)25程造价:桥梁方案建安费5.37.1亿,估算总造价为6.38.5亿;隧道方案建安费6.9亿,估算总造价8.1亿.5)施工工艺:隧道方案与上跨桥梁方案相比,直接工程费用和运营维修费用都要高,施工复杂.6)对工期的影响:隧道方案,盾构法影响最小,沉管次之,围堰法影响最大;而桥梁方案影响一般.7)对环境的影响:隧道运营期间,隧道内CO和尾气积聚,中环线处在塘沽市区,两侧需要在500m以外没有密集的居民区,学校和医院等敏感点.8)运营费用:隧道每年大约2OO万元,桥梁低.综合上述因素,隧道方案其引线占地多,工程量大,造价高,施工难度大,地下软基处理,照明,通风等设施施工较复杂,特别是后期养护费用高,交通管制难.同时,由于引线布置范围大而影响两岸规划,增加征地,拆迁范围,数量,所以不推荐隧道方案.5结语通过对以上桥型方案比较,认