穆祥純

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市 100082）

橋梁結(jié)構(gòu)

躋身世界先進水平的上?？绾４髽蚪ㄔO(shè)技術(shù)

穆祥純

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市 100082）

系統(tǒng)地介紹了我國最大的經(jīng)濟、金融中心，國際大都市——上海城市橋梁建設(shè)的發(fā)展沿革，重點介紹了東海大橋、上海長江大橋及寧波大榭二橋三座跨海大橋的技術(shù)創(chuàng)新，以及筆者的感悟和相關(guān)啟示。

上海；跨海大橋；技術(shù)創(chuàng)新

1 概述

上海（Shanghai），簡稱“滬”或“申”，中國第一大城市，中華人民共和國直轄市之一，中國國家中心城市，中國的經(jīng)濟、金融中心，繁榮的國際大都市，擁有中國大陸首個自貿(mào)區(qū)——中國（上海）自由貿(mào)易試驗區(qū)。上海市的面積為6 340.5 km2，截至2013年,人口為2 500萬。上海是中國的經(jīng)濟、交通、科技、工業(yè)、金融、貿(mào)易、會展和航運中心，GDP總量居中國城市之首。上海港貨物吞吐量和集裝箱吞吐量均居世界第一，是一個良好的濱江濱海國際性港口。上海正致力于在2020年建成國際金融、航運和貿(mào)易中心。

上海地處長江入?？?，東向東海，隔海與日本九州島相望，南瀕杭州灣，西與江蘇、浙江兩省相接，共同構(gòu)成以上海為龍頭的中國最大經(jīng)濟區(qū)“長三角經(jīng)濟圈”。上海擁有深厚的近代城市文化底蘊和眾多歷史古跡，江南的吳越傳統(tǒng)文化與各地移民帶入的多樣文化相融合，形成了特有的海派文化。2010年成功舉辦了2010年世界博覽會。

在我國城市橋梁建設(shè)史上，特別是大跨徑城市橋梁建設(shè)上，上海占有舉足輕重的地位。20世紀70年代，上海市政院在山東省設(shè)計了濟南東天橋立交橋，其結(jié)構(gòu)系當時國內(nèi)第一座斜腿剛構(gòu)的城市橋梁。 1982年上海建設(shè)了我國第一座斜拉橋——卯港橋，之后又在上?；疖囌靖浇ㄔ炝藝鴥?nèi)第一座城市斜拉橋——上海恒豐路橋。爾后，上海市政院在重慶嘉陵江上設(shè)計了石門大橋，系我國第一座獨塔單索面斜拉橋。20世紀90年代之后，上海黃浦江上建造了一批世界級的城市橋梁，如南浦大橋、楊浦大橋、徐浦大橋和盧浦大橋（主跨為550 m的鋼拱橋）等。近年來上海市政總院又設(shè)計了重慶鵝公巖長江大橋（主跨為L=600 m的懸索橋）、東海大橋（全長 31.6 km的跨海大橋）、上海長江大橋（全長16.63 km的跨海大橋）、寧波大榭第二跨海大橋（全長808 m跨海大橋）。

本文分別從上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司設(shè)計的具有世界先進水平的三座跨海大橋總體情況及技術(shù)創(chuàng)新情況，對上?？绾４髽蚪ㄔO(shè)水平進行較全面的介紹。

2 新世紀躋身世界先進水平的跨海大橋

跨海大橋指的是橫跨海峽、海灣等海上的橋梁。這類橋梁的跨度一般都比較長，短則幾千米，長則數(shù)十千米，所以對建橋技術(shù)的要求較高，因而是橋梁綜合技術(shù)的體現(xiàn)。

2.1 東海大橋

東海大橋是中國大陸第一座跨越外海的大橋，連接上海本土與外島的洋山港，橋長國內(nèi)排名第三、世界排名第四的跨海大橋。東海大橋于2002年6月26日正式開工建設(shè)，2005年底通車。北起上海浦東新區(qū)的蘆潮港，與滬蘆高速公路相連，經(jīng)過2.3 km的陸上段后向南跨越杭州灣北部海域，跨海25.5 km達浙江嵊泗縣崎嶇列島之大烏龜島，再經(jīng)3.5 km到達小洋山港區(qū)，總長32.5 km。橋面寬31.5 m，雙向6車道，限制車速80 km/h，預(yù)期壽命100 a?？煽?2級臺風和7級地震。大橋并設(shè)有4個通航孔，其中主通航孔凈高40 m，凈寬400 m，可供萬噸級船舶通過。圖1、圖2為建成后的東海大橋。

圖1 東海大橋一

圖2 東海大橋二

東海大橋，是上海國際航運中心洋山深水港區(qū)一期工程的重要配套工程，為洋山深水港區(qū)集裝箱陸路集疏運和供水、供電、通訊等需求提供服務(wù)。東海大橋位于杭州灣口無遮蔽海域，連接遠離陸域逾三十多公里的外海孤島，地處海洋環(huán)境，是我國目前最長、也是第一座真正意義上的跨海大橋[1]。大橋北端起始于上海南匯蘆潮港，通過滬蘆高速公路與市區(qū)溝通，南至浙江嵊泗崎嶇列島，通往上海洋山集裝箱深水港區(qū)，是洋山集裝箱深水樞紐港陸路集疏運的通道，并兼顧社會交通運輸功能。

東海大橋按雙向6車道加緊急停車帶的高速公路標準設(shè)計，分上下行雙幅橋面，橋面總寬31.5 m，設(shè)計車速80 km/h，設(shè)計荷載等級為汽車－超20級、掛車－120，并按集卡重車間距10 m密排布置進行校驗，設(shè)計基準期為100 a。

大橋全長32.50 km，其中：大橋與滬蘆高速連接的路橋連接段為1.45 km、陸上段為2.26 km、蘆潮港新大堤至大烏龜島之間的跨海段為25.32 km、大烏龜島至小洋山島之間的港橋連接段3.47 km。全橋設(shè)5 000 t級單孔雙向主通航孔一處，通航凈高40 m，主跨跨徑420 m，橋墩按萬噸級防撞能力設(shè)計；設(shè)1 000 t級雙孔單向副通航孔一處，通航凈高25 m，主跨跨徑140 m；設(shè)500 t級雙孔單向輔通航孔兩處，通航凈高17.5 m，主跨跨徑分別為120 m和160 m。

按施工工藝特點大橋可分為8個部分，即路橋連接段、陸上段、淺海段、非通航孔基礎(chǔ)段、非通航孔段、主通航孔、輔通航孔和港橋連接段，其中港橋連接段又分為開山路段、海堤段和顆珠山大橋三部分。

東海大橋是我國第一座外?？绾４髽?，工程具有鮮明的特點，主要表現(xiàn)在：建設(shè)條件相當復雜，建設(shè)規(guī)模巨大，工藝內(nèi)容繁多，防腐要求高，工程設(shè)備需求量大、投入大，工期壓力大，管理跨度大、難度高等。

東海大橋自2002年4月開工，在上海市政府、市深水港工程建設(shè)指揮部的領(lǐng)導指揮下，經(jīng)過三年半的緊張建設(shè)，于2005年12月與洋山深水港一期碼頭同期投入運行。

東海大橋的建成，為洋山深水港提供了唯一的陸上通道，體現(xiàn)了當代中國的橋梁建設(shè)水平，為我國外海大橋建設(shè)積累了經(jīng)驗，譜寫了特大型跨海橋梁建設(shè)的新篇章[2]。

2.2 上海長江大橋

上海長江大橋南起崇明縣長興島西南方上海長江隧道登陸處，沿地面橫穿長興島，跨越長江口北港水域，北至崇明縣陳家鎮(zhèn)，全長16.63 km。該橋是世界上最大的公軌合建斜拉橋，其橋面預(yù)留了軌道空間，將來有條件開通城市軌道交通。

上海長江大橋跨江段10 km，為斜拉橋橋型，按雙向6車道設(shè)計，時速可達100 km/h。主塔造型不同于楊浦大橋的倒Y型，不同于徐浦大橋的A字型，也不同于南浦大橋的H型，而是形如“人”字，平直的橋面從腰際穿過。

上海長江大橋主通航孔跨徑達到730 m，超過了上海已建的任何一座大橋，比東海大橋主通航孔還長300 m，在國內(nèi)僅次于蘇通大橋和香港昂船洲大橋，在世界上位居第五。這一跨度能滿足規(guī)模3萬t的集裝箱貨輪及5萬t的散裝貨輪的雙向通航要求。2007年11月28日主塔順利封頂，2009年10月31日18時正式通車。圖3、圖4為建成后的上海長江大橋。

圖3 上海長江大橋一

圖4 上海長江大橋二

上海長江大橋主通航孔以730 m的跨度摘取了世界級長大公軌合建橋之冠。上海長江大橋公路與城市軌道交通一體化跨江大橋的建設(shè)，面臨諸如規(guī)范的空白、箱梁懸臂布置軌道線、橋梁規(guī)模與跨度等方面的難題。上海市政總院技術(shù)團隊通過科技攻關(guān)，成功解決了預(yù)留軌道交通設(shè)計參數(shù)、預(yù)留位置、結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性、車橋耦合振動的舒適性、安全性等關(guān)鍵技術(shù)問題，填補了多項技術(shù)空白，為中國大型公路與軌道交通一體化橋梁的建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗[3]。

上海長江大橋被稱為“萬里長江第一橋”，同時也是一座世界級長大公軌合建橋。上海市政總院設(shè)計團隊的設(shè)計師們在設(shè)計之初并沒有刻意去追求世界紀錄的突破，而是著力于追求橋梁內(nèi)在品質(zhì)的提升。

（1）“人”字形主塔體現(xiàn)力與美的完美結(jié)合

橋梁建設(shè)在實現(xiàn)它的交通功能的同時，也要考慮發(fā)揮它更多的美學價值。上海長江大橋位居長江入?？冢胺Q“萬里長江第一橋”。如何使橋梁的景觀成為上海的一個新地標，經(jīng)過上海市政總院的橋梁設(shè)計師們的充分溝通，設(shè)計團隊最后選擇了212 m高的“人”字形橋塔。

工程人員介紹，這種“人”字形橋塔也體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)文化“天人合一”的理念。流暢的橋面從主塔腰際穿過，簡潔流暢、受力合理的塔形則體現(xiàn)了力與美的完美結(jié)合。此外，上海長江大橋全線還有一個“S”形彎，這種橋梁的線形布置，既考慮了對水流的影響最小，又與整座橋梁功能要求的線形結(jié)合起來，使得它在造型優(yōu)美的同時還滿足了環(huán)保上的要求[4]。

（2）與上海長江隧道的工程創(chuàng)世界之最

上海長江隧橋工程總長度達25.5 km，由全球最大直徑隧道和世界最大公路軌道合建斜拉橋組成，堪稱目前世界規(guī)模最大的隧橋結(jié)合工程。

在上海長江隧道建設(shè)中，兩臺超大型盾構(gòu)一次連續(xù)掘進7.5 km，不設(shè)中間檢修井，施工中軸線偏差在正負75 mm標準以內(nèi)[5]。

上海長江隧道盾構(gòu)直徑達15.43 m，是世界直徑最大的盾構(gòu)，其橫斷面面積近180 m2，建筑面積可相當于一般民用建筑的4室2廳。上海長江隧道最深處在水下55 m，江底隧道無滲漏，打破日本東京灣公路隧道埋深50 m的紀錄。

（3）世界首例軌道交通與公路交通同平面“并駕齊驅(qū)”

上海長江大橋主通航孔為跨徑730 m的分離式全漂浮體系斜拉橋，是世界上已建成的同類橋梁中最大的。國外不乏軌道交通同公路交通分層運行的例子，但上海長江大橋軌道交通與雙向6車道的公路交通同平面“并駕齊驅(qū)”，這在世界上屬于首例。

上海長江隧道上層為煙道層，用于緊急情況下排煙，中間為單向3車道高速公路車道層，下層是軌道交通空間、22萬V電纜通道及人員疏散通道，是世界上隧道空間利用率較高的大型隧道。

2.3 寧波大榭第二跨海大橋

2012年由上海市政工程設(shè)計研究總院 (集團)有限公司設(shè)計的寧波大榭第二跨海大橋順利建成通車。這座氣勢宏偉、造型新穎美觀、寓意深遠的單索面“帆”形塔斜拉橋，被成功打造成大榭島地標性建筑，同時也代表了上海的跨海大橋設(shè)計水平。圖5、圖6為建成后的寧波大榭第二跨海大橋。

圖5 寧波大榭二橋?qū)嵕耙?/p>

圖6 寧波大榭二橋?qū)嵕岸?/p>

大榭二橋主橋結(jié)構(gòu)為主跨392 m，5跨連續(xù)協(xié)作體系雙塔單索面特大型跨海斜拉橋，全長808 m。橋塔采用“帆”形混合塔，造型新型獨特，寓意“揚帆遠航”，是國內(nèi)首座錨索區(qū)上塔柱為鋼結(jié)構(gòu)、中塔及下塔柱為混凝土結(jié)構(gòu)的大型混合塔斜拉橋，也是國內(nèi)最大跨徑的單排單索面橋梁。工程于2009年10月開工建設(shè)，期間經(jīng)受住了“海葵”等強臺風考驗，于2012年11月順利合龍，并于2013年9月27日進行了嚴格的成橋荷載試驗，大橋建設(shè)過程零重大傷亡事故[6]。

大榭二橋工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造復雜，設(shè)計難度極大，面臨“帆”型混合塔、單索面、重載交通等技術(shù)難點。為此，項目組對斜拉橋的布跨方式、結(jié)構(gòu)體系、“帆”形混合塔受力特性等進行積極探索和潛心研究，逐一攻克難題，取得了“帆”形混合塔、超大跨徑單索面橋梁等十幾項技術(shù)創(chuàng)新與突破[7]。其中，鋼-混凝土結(jié)合部技術(shù)研究得到了由國內(nèi)多位院士和設(shè)計大師組成的專家組的一致好評。大榭二橋于2009年11月30日打樁開建，總長5.5 km。它一頭連接北侖集裝箱貨運第二通道，一頭連接榭西榭北工業(yè)區(qū)?？偼顿Y近20億元，是大榭史上投資規(guī)模最大、建設(shè)難度最高、工程周期最長的基礎(chǔ)設(shè)施項目。

大榭二橋為雙向4車道，遠期可改建為雙向6車道。目前大橋主線行車限速為60 km／h。通車后，市民可以走穿山疏港高速公路，到柴橋互通立交下高速并通過地方道路前往大榭二橋，也可以從北侖貨運二通道(老329國道)前往。大榭二橋禁止各類非機動車輛和行人通行。

3 難點和創(chuàng)新

以上全面介紹了上海在跨海大橋的設(shè)計建造上最新的建設(shè)成果和技術(shù)水平，總結(jié)這幾座跨海大橋的主要難點和創(chuàng)新，主要表現(xiàn)在以下5個方面：

第一，鑒于長江上游環(huán)境的變化以及長江綜合開發(fā)利用，加之海洋環(huán)境氣候的變化，工程建設(shè)過程中必須考慮這種不利的水文條件對河床的沖刷、對橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊以及對工程施工帶來的困難，同時還必須考慮橋梁建設(shè)完成后橋梁結(jié)構(gòu)對長江口水文的影響。

第二，橋梁結(jié)構(gòu)型式的多樣化和施工方案的多樣化給工程建設(shè)帶來很大困難。為了滿足軌道交通的運行要求，在工程建設(shè)上必須嚴格控制基礎(chǔ)的沉降、梁部結(jié)構(gòu)的變形等。

第三，70 m、105 m箱梁的整體制造在橋位以外90海里的浙江嵊泗縣的沈家灣島上進行，重達2 374 t的巨型梁的海上長距離運輸、105 m鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)連續(xù)梁墩頂合攏技術(shù)、超寬分離式鋼箱梁的制造、運輸、吊裝，以及1 400 t鋼套箱長距離浮運整體吊裝技術(shù)等均屬首次應(yīng)用，給工程建設(shè)帶來風險。

第四，不僅在隧道和大橋獨立設(shè)計施工上難點重重，由于許多施工工藝在國內(nèi)外首次使用，有些技術(shù)甚至在世界上并無先例，上海長江隧橋總體的設(shè)計技術(shù)面臨著多重難題。公軌同層共面，必須嚴格控制基礎(chǔ)的沉降、梁部結(jié)構(gòu)的變形、梁端的轉(zhuǎn)角以及考慮無縫線路對基礎(chǔ)產(chǎn)生的附加力等，現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范在這方面還是空白，給設(shè)計工作提出了更高的要求。同時，針對長江隧道“長、大、深”的工程特點，國內(nèi)還沒有專項質(zhì)量檢驗評定標準。

第五，上海長江大橋主通航孔橋為主跨730 m分離式全漂浮體系斜拉橋主跨，目前是世界上同類已建成橋梁中最大的，無類似經(jīng)驗可供借鑒。

4 結(jié) 語

外白渡橋作為近代上海的標志之一，由于其豐富的歷史和獨特的設(shè)計，成為上?，F(xiàn)代化和工業(yè)化的象征。上海卯港大橋和恒豐北路橋是上海市早期修建的斜拉結(jié)構(gòu)的橋梁，無疑為我國20世紀90年代之后的城市橋梁建設(shè)積累了十分有益的經(jīng)驗。以南浦大橋、楊浦大橋和盧浦大橋為代表的現(xiàn)代城市大跨徑橋梁的成功修建，既展現(xiàn)了上海橋梁設(shè)計和建設(shè)的巨大成就，也早已成為了上海市新的標志性建筑和城市新景觀。東海大橋、上海長江大橋、寧波大榭二橋等跨海大橋的成功修建，使上海在推動我國從橋梁建造大國向世界橋梁強國的進程中邁出了堅實的一步。隨著上海城市橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，相信上海在城市橋梁的設(shè)計建造中將不斷創(chuàng)造出新的奇跡。

[1]（英）馬修·韋爾斯.世界著名橋梁設(shè)計[M].張慧,黎楠,譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[2]萬明坤,程慶國,等.橋梁漫筆[M].北京:中國鐵道出版社,1997.

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

[4]穆祥純.基于經(jīng)濟、耐久和創(chuàng)新理念的城市橋梁[C]//二十一屆全國橋梁學術(shù)會議論文集.大連:人民交通出版社,2014.

[5]穆祥純.中外城市橋梁[M].北京:人民交通出版社，2015.

[6]穆祥純.古今中外橋梁[M].北京:人民交通出版社，2016.

[7]穆祥純.世界上奇妙的橋梁[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2016.

U44

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1009-7716（2017）03-0071-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.021

2016-11-20

穆祥純（1955-）男，北京人，享受國務(wù)院特殊津貼專家，教授級高級工程師，原副總經(jīng)理，長期從事橋梁設(shè)計、城市交通研究及技術(shù)管理工作。