我國特大型橋梁的技術創新

穆祥純

（北京市市政工程設計研究院有限公司，北京市 100082）

我國特大型橋梁的技術創新

穆祥純

（北京市市政工程設計研究院有限公司，北京市 100082）

系統地介紹了進入21世紀以來我國相繼建成的6座特大型橋梁工程的技術創新情況。通過對典型橋梁工程技術創新的逐一剖析，力圖為國內同行們提供有借鑒意義的資料和相關啟示，以期推動我國向世界橋梁強國的目標邁進。

特大型橋梁；技術創新；典型橋梁

0　引言

近三十多年來,隨著我國綜合國力的增強，我國現代橋梁建設也取得了長足發展，遵循“解放思想、自主建設、博采眾長、自主創新”的建橋理念,走過了從依賴外援到自主創新的歷程。隨著經濟的快速發展,我國橋梁建設領域從材料、機械到設備工藝得到了空前發展，已躋身于世界橋梁建設大國的行列,取得了令世人矚目的成就。

我國特大型橋梁的建造主要以懸索橋、斜拉橋及拱橋為主，現代特大型橋梁以懸索橋和斜拉橋為代表。20世紀80年代末，我國突破性地建成了南浦大橋和楊浦大橋，這標志著我國在現代橋梁的建造上已達到世界級水平，奠定了我國橋梁建設飛躍發展的基礎。拱橋作為我國獨特的傳統代表性橋梁，其設計也充滿著藝術的魅力，譬如上海盧浦大橋。

1999年江蘇江陰長江大橋建成并投入使用，它是我國第一座超1 000 m的懸索橋;2009年重慶朝天門大橋建成通車，其主跨長達552 m，成為世界第一大拱橋；2008年建成啟用的杭州灣大橋是我國最長、世界第三長的跨海大橋。這些足以表明我國的橋梁建設水平已達到了相當的高度。

隨著近期云南龍山大橋、港珠澳大橋的建成，我國特大型橋梁工程又譜寫了新的篇章。但同時我們也應當認識到，我們也存在著諸多問題，譬如為了趕進度、趕工期或者單純追求國內第一和世界第一，搞所謂的形象工程，確實存在著設計考慮不周，設計創造極限化（主要是盲目追求跨徑上的突破）的問題，而其設計的橋梁沒有特色和創意。因此應高度關注橋梁建設的經濟性、創新性和耐久性，統籌協調和處理這三者之間的辯證關系。

1　典型橋梁工程的技術創新

1.1浙江杭州灣大橋

杭州灣跨海大橋（見圖1）是一座橫跨中國杭州灣的跨海大橋，北起浙江省嘉興市海鹽鄭家埭，南至寧波市慈溪水路灣。杭州灣跨海大橋是繼上海浦東東海大橋之后又一座跨海跨江大橋，從寧波到上海均可經過此橋。該橋全長36 km，于2003 年11月14日開工，2008年5月1日通車，僅次于青島膠州灣大橋，成為世界第二的跨海大橋。

圖1　杭州灣跨海大橋

該大橋設北、南兩個航道，其中北航道橋為主跨448 m的鉆石形雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標準35 000 t；南航道橋為主跨318 m的A形獨塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，通航標準3 000 t。其余引橋采用30～80 m不等的預應力混凝土連續箱梁結構。據核定，大橋共需要鋼材76.7萬t，水泥129.1萬t，石油瀝青1.16萬t，木材1.91萬m3，混凝土240萬m3，各類樁基7 000余根，為國內特大型橋梁之最。南灘涂50 m×16 m箱梁采用整孔預制，大型平板車梁上運梁的工藝開創了國內外重型梁運架的新紀錄。

杭州灣跨海大橋的主要創新點：

一是大橋全長36 km，其長度在2012年世界上在建和已建的跨海大橋中位居第二，僅次于青島海灣大橋（36.48 km）。

二是杭州灣跨海大橋地處強腐蝕海洋環境，為確保大橋壽命，在國內第一次明確提出了設計使用壽命不小于100 a的耐久性要求。

三是杭州灣跨海大橋50 m箱梁“梁上運架設”技術，架設運輸重量從900 t提高到1 430 t，刷新了2012年世界上同類技術、同類地形地貌橋梁建設“梁上運架設”的新紀錄。

四是大橋深海區上部結構采用70 m預應力混凝土箱梁整體預制和海上運架技術，為解決大型混凝土箱梁早期開裂的工程難題，開創性地提出并實施了“二次張拉技術”，徹底解決了這一工程“頑疾”。

五是大橋鋼管樁的最大直徑為1.6 m，單樁最大長度89 m，最大重量74 t，為國內外大直徑超長整樁螺旋橋梁鋼管樁之最。

六是大橋南岸10 km灘涂底下蘊藏著大量的淺層沼氣，對施工安全構成嚴重威脅。在灘涂區的鉆孔灌注樁施工中，開創性地采用有控制放氣的安全施工工藝。

七是杭州灣跨海大橋的奠基碑是中國第一座青銅奠基碑，其高100 cm，厚25 cm，重500 kg，由鑄、鍛、刻等多種工藝制作而成，是傳統藝術和現代技術融合的結晶[1]。

1.2上海東海大橋

東海大橋工程（見圖2）是上海國際航運中心洋山深水港區一期工程的重要配套工程，為洋山深水港區集裝箱陸路集疏運和供水、供電、通訊等需求提供服務。東海大橋全線可分為約2.3 km的陸上段，海堤至大烏龜島之間約25.5 km的海上段，大烏龜至小洋山島之間約3.5 km的港橋連接段，總長約為31 km。設計車速80 km/h。東海大橋主航道橋為主跨420 m五跨連續的雙塔中央索面斜拉橋.主梁為在大跨徑斜拉橋上首次采用的鋼-混箱形結合梁。

圖2　上海東海大橋

東海大橋工程2002年6月26日正式開工建設，歷經35個月的艱苦施工，于2005年5月25日實現結構貫通。大橋寬31.5 m，分上、下行雙幅橋面，雙向6車道，設計時速80 km/h。大橋全線按高速公路標準設計，設計基準期為100 a。大橋的最大主航通孔離海面凈高達40 m，相當于10層樓高，可滿足萬噸級貨輪的通航要求。

上海東海大橋主要的創新之處[2]：

一是159 m高的兩座大跨度海上斜拉橋主塔在國內屬最高；

二是位于顆珠山島和大烏龜島之間的深海大堤綿延1.22 km，也是國內的突破和創新；

三是建設速度,在風高浪急的外海，運用高效、科學的施工技術，僅用3年實現大橋貫通。

四是東海大橋工程的開工建設,標志著我國橋梁建設真正從江河跨向海洋,進入了一個全新的未知領域,體現了中國橋梁建設者的膽略和水平。

五是在設計施工的技術方案上進行了創新，即在施工所用的成套設備上進行了諸多創新。

六是在海上施工安全措施上進行了20多項科研試驗,獲得了40多項技術專利成果,部分已經在國內其他跨海大橋工程中得以推廣應用。

1.3上海長江大橋

上海長江大橋（見圖3）是一座位于長興島與崇明島之間的長江大橋。大橋南部起于隧道長興島登陸點，沿地面橫穿長興島，北至崇明島陳家鎮，全長16.65 km，其中道路6.68 km，橋梁9.97 km。大橋設計為雙向6車道，初步設計橋面兩側加寬緊急帶預留給軌道交通線路，大橋也是崇明越江通道（即上海長江隧橋）南隧北橋的重要組成部分，大橋建成于2009年10月底。

圖3　上海長江大橋

上海長江大橋的創新技術主要展現在：

一是主航道橋主跨730 m世界最大跨度的公軌兩用斜拉橋，采用了新型分離式鋼箱梁；主跨730 m的斜拉橋是目前世界上最大跨度的公軌合建橋梁。通過研究，不僅為解決公軌合建大跨度斜拉橋的關鍵技術提供了基礎理論和技術支撐，而且對突破超過千米級斜拉橋的技術控制、發展具有我國自主知識產權的橋梁核心技術具有重要意義。同時，豐富發展了我國橋梁設計理論與方法，填補了相關設計技術標準空白。

二是主航道橋兩側高墩區各有700 m橋梁采用主跨105 m的大跨度連續組合箱梁橋，在國內屬于首次大規模應用，采用的整孔預制吊裝方案也屬于新的工程實踐。

三是制定了大跨度橋梁和各類長聯橋梁列車行車安全和技術標準。10余項專題研究中的3項，經過鑒定達到了國際先進水平，部分達到國際領先水平。

四是公軌合建橋梁技術。通過大量研究分析，提出了公軌合建橋梁的設計方法與技術標準，推動了相關學科的發展，形成了新理論與新方法，突破了公軌合建橋梁關鍵技術，形成了系列新技術。

五是大跨度連續組合箱梁橋技術。我國面向未來的橋梁建設需要解決橋梁結構可靠性與耐久性等方面的挑戰。經比選，上海長江大橋采用了主跨105 m等高度鋼與混凝土組合結構連續箱梁，兩聯總長1 400 m。其研究成果為實現百米級組合結構橋梁造價低于預應力混凝土橋梁、技術經濟指標達到國際先進水平提供了理論基礎與技術支撐。

六是全預制拼裝橋梁技術。為了適應長江大橋自然條件與建設條件，橋梁的上下部結構大量采用了鋼筋混凝土和預應力混凝土結構。混凝土與預應力混凝土結構采用預制拼裝，對于實現高質量、快速施工和降低造價具有重要意義。通過研究，提出了預制、養護、運輸、安裝工藝要求，解決了預制構件的連接構造在可靠性、安全性、耐久性等方面的技術難點，在國內同類橋梁建設中起到了科技示范作用。

七是防災減災技術。針對橋梁基礎防船撞、結構抗風、結構抗震、結構耐久性和橋梁健康監測等方面開展了一系列研究，全面提升了重大橋梁工程的防災減災能力，保證了生命線工程的安全和健康運營，具有重要的工程實用價值和社會意義。

1.4港珠澳大橋

港珠澳大橋（見圖4）是一座連接香港、珠海和澳門的巨大橋梁，對促進香港、澳門和珠江三角洲西岸地區經濟進一步發展具重要的戰略意義。港珠澳大橋全長為49.968 km，主體工程“海中橋隧”長35.578 km，設計時速為100 km/h。港珠澳大橋主體建造工程于2009年12月15日開工建設，一期計劃于2017年年底完成，大橋投資超1 000億元，約需8年建成。2016年3月30日隨著最后一片重達1 950 t鋼箱梁的成功吊裝，港珠澳大橋主體工程非通航孔橋箱梁吊裝全部完成。

圖4　港珠澳大橋

港珠澳大橋全長55 km，是在建的世界上最長的跨海大橋。港珠澳大橋主體工程包括約23 km的橋梁、東西人工島和6.7 km的海底隧道。其中主體工程“海中橋隧”長達35.578 km，相當于9座深圳灣公路大橋，造價超過720億元，建成后將成為世界最長的跨海大橋[3]。

港珠澳大橋的主要創新點展現在：

一是這座大橋將成為世界最長的跨海大橋。

二是作為中國建設史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁項目，其建成對香港、澳門、珠海三地經濟社會一體化意義深遠。

三是大橋在建設中破解了一系列的世界性橋梁難題，為今后建造新的典型橋梁工程積累了十分難得建橋經驗。

四是針對外海厚軟基大回淤超長沉管隧道設計與施工關鍵技術進行研究，形成了“外海厚軟基大回淤超長沉管隧道基礎沉降控制技術研究”、“多點非一致地震激勵下超長沉管隧道設計方法與振動臺試驗模擬技術研究”和“沉管隧道節段接頭構造型式研究及高水壓120年設計使用壽命止水帶研發”等成果。

1.5江蘇潤揚大橋

潤揚長江大橋（見圖5）位于江蘇省鎮江、揚州兩市西側，是當時國內工程規模最大、建設標準最高、投資最大、技術最復雜、技術含量最高的現代化特大型橋梁工程，是中國第一座剛柔相濟的組合型橋梁，大橋建成于2005年4月。

該橋主跨徑1 385 m，比江陰長江大橋長105 m。大橋建設創造了多項國內第一，綜合體現了時下國內公路橋梁建設的最高水平。潤揚長江大橋的國內第一有：大橋南汊懸索橋主跨1 490 m，為中國第一世界第三大跨徑懸索橋（2009年被浙江舟山西堠門大橋超越，其主跨1 650 m）；懸索橋主塔高227.21 m，為國內第一高塔；懸索橋主纜長2 600 m，為國內第一長纜；大橋鋼箱梁總重34 000 t，為國內第一重；鋼橋面鋪裝面積達71 400 m2，為國內第一大面積鋼橋面鋪裝；懸索橋錨碇錨體澆鑄混凝土近6萬m3，為國內第一大錨碇。

圖5　江蘇潤揚大橋

潤揚長江大橋的主要創新之處是[4]：

一是其第一大跨徑。潤揚長江公路大橋南汊主橋為主跨徑長1 490 m的懸索橋,比目前國內第二、世界第五的江陰大橋主跨還要長105 m。

二是其第一特大錨錠。潤揚橋北錨錠要承受6.8萬t的主纜拉力（超過80萬人的總體重）,錨定由近6萬方混凝土澆筑而成,其規模之大,為國內第一，世界罕見,被譽為“神州第一錨”。

三是其第一特大深基坑。為了給“神州第一錨”巨大的錨體安個“家”,必須開挖世界罕見的特大深基坑,這個深度相當于建一座17層樓高的地下城堡。

四是其第一高塔。潤揚大橋南汊懸索橋索塔高達215.5 m,相當于73層樓的高度,是目前國內橋梁中最高的索塔。

五是其第一長纜。懸索橋主纜纏絲采用的是國內首次使用的“S”型鋼絲,所用纏絲總長度近3 200 km,相當于3倍北京至上海的距離,兩根主纜每根長2 600 m,為國內第一長纜。

六是其第一重鋼箱梁。潤揚大橋鋼箱梁段總長為1 485.23 m,總重量為21 000 t,最大吊裝重量達506 t,是目前國內最重的一節鋼箱梁。

七是第一大面積鋼橋面鋪裝。鋪裝總面積達70 800萬m2,近10個標準足球場大小,所用環氧瀝青近萬噸。

八是其可作為第一座剛柔相濟的組合型橋梁。

1.6湖南矮寨大橋

矮寨特大懸索橋（見圖6）位于湖南湘西矮寨鎮境內，距吉首市區約20 km。該橋跨越矮寨大峽谷，是吉茶高速公路上一座跨越深谷的特大懸索橋。由于橋址風環境復雜，橋型新穎，是中國國家高速公路網主干線包茂高速公路吉首至茶峒段的關鍵工程。工程計劃投入7.2億元，占吉茶高速公路計劃總投資的15%，于2007年10月開工建設。2012 年3月底，創4項世界第一的湖南矮寨特大懸索橋正式通車。

圖6　湖南矮寨大橋

湖南矮寨大橋創了多個世界第一：一是大橋主跨1 176 m，跨峽谷懸索橋創世界第一；二是首次采用塔、梁完全分離的結構設計方案，創世界第一；三是首次采用“軌索滑移法”架設鋼桁梁，創世界第一；四是首次采用巖錨吊索結構，并用碳纖維作為預應力筋材，創世界第一[5]。

這座大橋的主要創新之處為：

一是避開了不良地質的影響。現場調查、遙感解譯和地質勘探均表明，如果采用排碧特長隧道方案，那么其施工和運營期間極有可能引起隧道內大規模高水頭涌水（或突泥）、隧道頂地表水源枯竭等環境地質災害，而懸索橋的方案避開了這些不良地質的影響，選擇了巖性變化較小、路塹邊坡穩定性較好的地段，地質穩定，無活動斷層，有利于特大橋修建。

二是極大地改善公路的安全性能。由于特長隧道方案所處位置特殊的水文、地質條件，其施工安全、運營安全存在極大的隱患；相對而言，懸索橋方案對各種安全隱患的可預測性、易搶救性和可修復性均優于特長隧道方案。隧道內部不設置硬路肩，也無法設置爬坡車道，安全性也打了折扣。

三是減小了對自然環境的影響。若采用排碧特長隧道方案，其施工將產生多達180萬m3的廢方，沿線高山峽谷，棄渣困難，其需大量占用耕地，在峽谷中大量棄方還可能誘發新的地質災害；明線方案棄渣量小，且廢渣場地可靠，對自然環境影響極小。

四是增強了公路的景觀。若采用特長隧道方案在一個狹長的峽谷內反復穿越峒河和湘川公路，對峒河風光帶破壞較大；矮寨懸索橋與獨特的自然景觀相得益彰，為矮寨的旅游盤山公路增添了新的人文景觀；懸索橋方案從風景區旁通過，充分結合地形設置了多處觀景平臺，增加了公路景觀。

五是提高了社會服務能力。特長隧道方案技術指標低，局部無法滿足80 km/h的設計速度要求，安全隱患多，服務水平低；懸索橋方案平縱面指標均衡，與地形條件結合協調，行車相對較舒適；懸索橋方案在排碧臺地增設矮寨互通，有力帶動周邊鄉鎮的經濟發展。

六是降低了全壽命周期成本。懸索橋方案較特長隧道方案每年可節約運營成本約1億元，同時每年節約管理養護費約5 000萬元；特長隧道方案沿國道展線，施工工期對國道正常運行和地方群眾出行干擾大；懸索橋方案路線長度縮短約11 km，節約了工程投資，提高了運行效益。更值一提的是，一橋飛架矮寨公路奇觀，顯示出磅礴的氣勢，并與獨特的自然景觀相輝映，為矮寨的旅游盤山公路增添新的人文景觀，進一部提升矮寨的旅游價值。

2　結　語

黨中央為我們描繪了實現“兩個百年”的宏偉藍圖。21世紀下一個時期，祖國各地將建造更加輝煌、令人矚目的世界級橋梁工程。應認真總結以往建橋的經驗和教訓，從特大型橋梁作為生命線工程最重要組成部分的高度來認識，充分認識橋梁工程的安全性、創新性和耐久性的極端重要性。

要繼續加強與國際同行的交流，積極關注國際上該領域的發展趨勢，及時了解和搜集國外的最新科研成果，促進國內外的學術交流，大力促進我國城市橋梁防災減災方面的技術進步，推動我國城市橋梁建設的可持續發展，大力促進我國橋梁工程的技術進步，早日成為世界橋梁強國。

[1]穆祥純.基于創新理念的城市橋梁及市政建設[M].北京:人民交通出版社，2012.

[2]穆祥純.中外城市橋梁[M].北京:人民交通出版社，2015.

[3]穆祥純.古今中外城市[M].北京:人民交通出版社，2016.

[4]穆祥純.世界上奇妙的橋梁[M].北京:建筑工業出版社，2016年6月，第211頁

[5]中國土木工程學會橋梁及結構工程分會.全國橋梁學術會議論文集[M].北京:人民交通出版社，2011.

U44

B

1009-7716（2016）10-0035-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.012

2016-05-17

穆祥純（1955-），男，北京市人，教授級高級工程師，原北京市市政工程設計研究總院有限公司副總經理，享受國務院政府特殊津貼專家，長期從事橋梁設計、城市交通研究及技術管理工作。