沪通铁路长江大桥主跨1 092 m公铁两用斜拉桥方案技术可行性论证

2011-05-04白慧明

铁道建筑 2011年6期

白慧明

(中国国际工程咨询公司，北京 100048)

沪通铁路长江大桥是新建沪(上海)通(南通)铁路和通苏嘉城际铁路的控制性工程，建成后将是世界上规模最大的公铁两用桥梁，主跨1 092 m，主航道孔径布置为(140+462+1 092+462+140)m。主跨跨度大、荷载大、结构非常复杂，不论是桥位的选择，桥式方案的拟定，还是关键技术的研究，对桥梁工程界都是严峻的挑战。对于投资较大的基础性交通设施建设，国家非常重视，国家发改委委托中国国际工程咨询公司，对主跨1 092 m斜拉桥方案的技术可行性进行专题论证评估。本文简要介绍了论证评估的主要结果。

1 工程概况

沪通铁路是我国铁路网沿海通道中的重要组成部分，是鲁东、苏北与上海、苏南、浙东地区间最便捷的铁路运输通道，也是长三角地区快速轨道交通网的重要组成部分。北起江苏省南通市南通西站，向南跨越长江经过张家港、常熟，至太仓分叉后，分别接入京沪铁路安亭站和上海浦东铁路四团站，全长258 km。

沪通铁路长江大桥目前研究的桥位位于锡通公路过江通道处，上距江阴长江大桥约45 km，下距苏通长江大桥约40 km。沪通铁路长江大桥与公路共通道建设。

沪通铁路长江大桥结合长三角城际铁路规划、锡通公路通道规划，建设为4线铁路和6车道高速公路。主要技术标准为:沪通铁路按Ⅰ级双线铁路设计，速度目标值200 km/h，限制坡度6‰，电力牵引，通行双层集装箱列车，正线线间距4.6 m;城际客运专线设计为双线，速度目标值200 km/h(预留250 km/h)，限制坡度20‰，电力牵引，正线线间距4.6 m;高速公路设计速度100 km/h，荷载等级为公路Ⅰ级，公路路面宽度33 m。主航道桥双向通航净宽900 m，净高62 m;专用航道桥单向通航净宽200 m，净高45 m。

2 桥位选择

2.1 设计推荐方案

大跨度越江(河)桥梁的桥位选择主要遵循以下基本原则:

1)河道、岸线顺直，河床、深泓线稳定，河势稳定;

2)工程地质和水文地质条件相对较好，区域地质比较稳定;

3)江面相对较窄(桥梁长度尽量短)，以减小工程规模，降低工程造价;

4)航道条件尽量好，对航运影响小;

5)两岸接线顺畅，与两岸城市规划和岸线利用相协调。

根据桥址河段航道、河势、两岸岸线现状与规划，参考无锡至南通公路过江通道的路线控制规划研究结论，沪通铁路越江桥位应在预控的锡通通道走廊范围内进行选择。设计最终推荐桥位为十三圩桥位(十三圩—横沙—捕鱼港):南岸在张家港市的十三圩港，跨南通水道，过横港暗沙，跨越天生港中段水道，北岸到达南通捕鱼港口(如图1所示)。

图1 越江桥位示意

2.2 论证结果

从河势、水文、地质和地震、通航、防洪、岸线规划、工程规模、通道布局等多方面对比分析，设计推荐方案各项指标相对较优，且符合有关规划，同时能有效控制两岸用地，拆迁量少，可作为推荐跨江通道方案。

3 桥型方案拟定

3.1 设计推荐方案

沪通铁路长江大桥桥址处江面宽阔，水流流向较为发散，江中存在横港暗沙，南岸主航道与北岸专用航道存在夹角，为保证桥轴线与两航道正交，同时减小建桥对水流和河势的影响，桥轴线在江中设置曲线一处，曲线半径R=4 009.45 m，桥上4线铁路按同心圆布置，其中通嘉苏城际铁路位于上游侧，沪通铁路位于下游侧。

桥型方案的拟定应综合考虑河道各区域的河床地形、水文、通航条件、水利防洪等多种因素，参照长江水域已建桥梁的工程经验，并与当前国际上桥梁建设的研究进展相结合。

由于航道主管部门要求该桥主通航孔跨径不得小于苏通长江公路大桥，综合考虑桥位处主河槽的形态，尽量减小建桥对通航的影响，设计推荐主河槽通航区域采用1 092 m斜拉桥方案。北岸天生港通航水道区域采用主孔308 m连续钢桁梁跨过航道，以满足上游重工企业的产品下水要求。

设计推荐的大桥孔跨布置方案如下:

1)正桥

主航道桥 142+462+1 092+462+142=2 300 m双塔三索面五跨斜拉桥;

天生港航道桥 2×112+154+308+154=840 m变高度连续钢桁梁;

跨横港沙区段 112 m连续钢桁梁;

跨南北大堤区段 112 m连续钢桁梁。

正桥钢梁范围总长5.888 km。

2)南北两岸引桥

北引桥以跨度48 m简支混凝土箱梁为主，共计36孔，总长1 771.2 m;

南引桥以跨度48 m简支混凝土箱梁为主，共计63孔，跨沿江公路、三干河等节点用主跨80 m混凝土连续梁，总长3 459.6 m。

沪通铁路长江大桥设计范围长11.07 km，其中公铁合建段长7.216 km(如图2所示)。

图2 沪通铁路长江大桥全桥桥式概略(单位:m)

主航道桥采用钢整体桥面与钢桁相结合的三片桁架结构，其立面和横截面分别如图3和图4所示。主梁桁架桁高16.0 m，N形桁式，节间距14 m。桁宽2×17.5 m，每个主桁节点均有横联。底部钢箱梁作为桁架下弦，同时兼作铁路整体桥面。主梁上弦平面设公路正交异性钢桥面板，与上弦一起参与主梁共同受力。

主塔采用钢筋混凝土结构(如图5所示)，主塔承台以上高度345 m。塔柱顺桥向尺寸12～20 m，上塔柱标准段横桥向尺寸为14 m，中塔柱和下塔柱横向尺寸为8.5～16.0 m。

主塔基础采用倒圆角矩形沉井基础，平面尺寸为72.4 m×44.4 m，高120 m(如图6所示)。

图3 主航道桥桥式布置(单位:m)

图4 主航道桥主梁横截面布置(单位:mm)

3.2 论证结果

按目前技术水平，主跨超过千米的桥梁可采用斜拉桥和悬索桥。若采用悬索桥，需要在江中设置巨大锚碇，对通航、水利都有较大影响，且工程量大、投资大。斜拉桥方案具有刚度大、抗风稳定性好、对航道水利影响小，以及经济性好等优点。因此，设计推荐斜拉桥方案是合适的。

针对主梁轴向压力大的特点，设计创新地采用了新型加劲梁断面结构，公路、铁路均采用整体钢桥面板并参与总体受力，有效增加了加劲梁横断面的受力面积，突破了桥梁跨度受制于钢梁杆件因受力大而难于设计、制造的瓶颈;同时采用高强度钢材，不仅充分发挥了材料性能，而且有利于减轻桥梁自重。大桥主梁形式及主要构造是合理的，采用高强度钢材是合适的。

由于本桥斜拉索长度大、截面大、重量大，斜拉索制造、运输安装困难等，设计研究了采取并行索布置、整索制造的平行钢丝束索方案，以及单股防护、制造、运输、安装的钢绞线索方案。两种方案各有优缺点，均是可行的，可在下阶段结合耐久性、疲劳等性能综合比选后确定。