1 概況
昂船洲大橋是香港八號干線重要的一環(huán)。建成后，八號干線將會成為一條東西行的主要干道，把新界東部與機(jī)場連接起來。車輛亦可取道這條新公路直接通往八號及九號貨柜碼頭。大橋橫跨藍(lán)巴勒海峽，東塔位于昂船洲八號貨柜碼頭的后勤用地，西塔位于青衣島的九號貨柜碼頭的后勤用地。大橋是第一座位于香港市區(qū)、以維多利亞港作為背景的大型橋梁。大橋總長1596m，主跨1018m，建成后，將成為全球最大跨度的斜拉橋之一(圖1、圖2、圖3)。
圖1 香港昂船洲大橋全景
圖2 建筑師筆下的大橋概覽
圖3 大橋概覽夜景
大橋采用六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度100km/h；橋梁寬度53.3m；車輛荷載﹕HA + 45單位HB (根據(jù)英國運(yùn)輸部標(biāo)準(zhǔn)BD37/01)；設(shè)計風(fēng)速﹕橋位區(qū)80m高處120年一遇平均最大風(fēng)速52m/s；船舶撞擊荷載﹕150000t級的貨柜船以6海浬/s的速度撞向海堤所產(chǎn)生的撞擊力;地震基本烈度﹕修訂麥加利烈度表7級;通航凈空﹕凈高73.5m，凈寬900m。
2. 主橋結(jié)構(gòu)
大橋為斜拉橋，主跨1018m，兩對稱邊跨組合為79.5m+70m+70m+69.25m(圖4)。采用流線形分離式雙箱梁。主跨伸延至邊跨49.75m長的部分為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，邊跨的其余部份為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。斜拉索兩面為扇形排列，緊系于橋面外緣，主跨部分間距18m，邊跨部分間距10m。橋塔為圓錐形獨(dú)柱式, 高度達(dá)298m，塔頂部以下118m為鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)，其余部份為混凝土結(jié)構(gòu)。
圖4 大橋橋型布置
?。?）橋塔基礎(chǔ)
大橋橋塔基礎(chǔ)建于八號貨柜碼頭及九號貨柜的海堤10m范圍內(nèi)，基礎(chǔ)分別采用27根及29根直徑2.8m直達(dá)巖層的鉆孔樁，鉆孔樁平均長度60m至110m。承臺橫橋向長47.4m，順橋向?qū)?6.4m，厚8m，共澆灌混凝土12000m3(圖5)。在海堤旁邊建造如此大規(guī)模的承臺的關(guān)鍵在于抽水設(shè)備以及混凝土澆灌時的溫度控制。承建商在50m×39m×10m深的板樁圍堰內(nèi)安裝了二十個200mm直徑的抽水泵抽出地下水。在多個重要的位置安裝了一
圖5西塔基礎(chǔ)施工
圖6 西塔施工
套24小時操作的自動水位監(jiān)測系統(tǒng)，確保橋塔附近的建筑物沒有因基礎(chǔ)的施工過程而出現(xiàn)過量的沉降。通過一系列的措施，如采用了含有60%?；郀t礦碴粉(GGBS)的混凝土，在混凝土中加進(jìn)冰塊以及限制每一次澆灌混凝土的厚度為1m等，混凝土澆灌時的最高溫度控制在80°C以下，混凝土內(nèi)的最大差溫則維持在小于30°C以下。由于含有?；郀t礦碴粉的混凝土之初期強(qiáng)度比較低，為避免混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫，在承臺的每一層混凝土內(nèi)都會額外增加鋼筋。
?。?）橋塔
大橋采用兩座298m高的圓錐形橋塔。橋塔由地面至175米為混凝土結(jié)構(gòu)，而由175m至293m的部分則為鋼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)，鋼外殼以不銹鋼制造。頂部5m屬玻璃覆蓋的鋼結(jié)構(gòu)，具備建筑照明設(shè)施和提供地方存放維修設(shè)備。橋塔底面尺寸18m×24m的橢圓，該截面形狀逐漸縮小至大橋主梁所在的高度變?yōu)橹睆?4m的圓形截面(圖6)，并保持圓形繼續(xù)向上變小，至塔頂處的最小直徑為7m。昂船洲大橋的概念設(shè)計來源于一項橋梁設(shè)計比賽的冠軍作品。橋塔較低部分屬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上半部分為圓形鋼結(jié)構(gòu)。在詳細(xì)設(shè)計優(yōu)化過程中保留這些特點(diǎn)是非常重要的。然而，風(fēng)洞測試卻顯示較輕的鋼結(jié)構(gòu)橋塔容易受到渦激掁動的影響，亦會引致大振幅拉索線性共振的風(fēng)險。為改善橋塔的氣動性能并保持大橋的外觀，我們將橋塔的上半部的設(shè)計優(yōu)化，改為鋼外殼和混凝土內(nèi)壁的組合結(jié)構(gòu)。組合方法是利用剪力釘把外層的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土壁連接起來(圖7)。在詳細(xì)設(shè)計階段，我們決定采用不銹鋼外殼代替普通的含碳鋼，以進(jìn)一步改善橋塔設(shè)計，加強(qiáng)金屬飾面的耐用程度，避免定期重新為鋼結(jié)構(gòu)表層涂裝。這項建議可大幅減低橋塔的維修需求(圖8)。建造不銹鋼外殼時會采用栓接預(yù)制組件的方法，避免在工地的高空焊接。此法可改善構(gòu)筑物這個重要部分的可建性和保持預(yù)制不銹鋼組件飾面的良好素質(zhì)。橋塔的塔柱以爬模建成，并裝上液壓千斤頂，作升起模板之用。塔柱上半部的不銹鋼外殼將由塔式起重機(jī)吊到指定位置，作為上層橋塔表面及建造橋塔的永久模板。
圖7：橋塔的上半部組合結(jié)構(gòu)斷面
圖8不銹鋼外殼的1:1模型
?。?）主梁
主梁為總寬度53.3m的雙箱梁結(jié)構(gòu)，每條縱向主梁截面寬19.5m，中間開槽14.3m。兩個箱梁由魚腹形橫梁連在一起，在主跨部分的間距18m，在邊跨部分的間距15m。每一側(cè)主梁的橋面為三線行車，包括11m寬的行車道和3.3m寬的路肩?？傆娩摿?3500t。箱梁面板厚1440mm，底板厚1036mm，橫梁板最大厚度為50mm(圖9、圖10)。主梁采用S420M 及S420ML級鋼材。該鋼材含合金量低，可焊性比較高，對于大橋采用厚鋼板的焊接是十分重要的。
圖9 鋼箱梁
圖10 主跨鋼箱梁的運(yùn)送
箱內(nèi)空氣濕度應(yīng)予控制，不宜低于相對濕度60%的環(huán)境。可有效預(yù)防鋼箱內(nèi)腐蝕，從而減低在外層使用精密防蝕措施的需要。降低濕度系統(tǒng)的操作費(fèi)用預(yù)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于重新為箱內(nèi)涂裝的費(fèi)用。干燥空氣在橋身的流動方向（圖11），一般抽濕機(jī)的安排（圖12）。
圖11 干燥空氣在橋身的流動方向
圖12 一般抽濕機(jī)的安排
(4) 斜拉索
大橋每一個橋塔分別有56對平行鋼絲拉索錨固在橋主梁的外邊。每根拉索間距在主跨18m，在邊跨10m。大橋采用的拉索為預(yù)制平行鋼絲索，采用外包高密度的緊合聚乙烯材料，以防止腐蝕。斜拉索最長540m，每根索中最多達(dá)451絲直徑7mm的高強(qiáng)鋼絲，鋼絲的抗拉強(qiáng)度為1770 MPa。拉索的直徑取決于鋼絲的數(shù)目，由接近橋塔的113mm(163根鋼絲)至邊跨末端的192mm(499根鋼絲)不等。全橋共有拉索224根。為避免駕駛?cè)耸扛械讲贿m和配合拉索的疲勞設(shè)計，我們?yōu)槔髡駝又朴嗱炇諟?zhǔn)則。準(zhǔn)則規(guī)定在150m高度于每十分鐘平均風(fēng)速低于21m／s時，在十分鐘時間內(nèi)的拉索振動的最大橫向振幅須不超過1/1700乘以拉索長度。我們已在設(shè)計階段進(jìn)行風(fēng)洞測試，以確定有關(guān)準(zhǔn)則可符合適當(dāng)?shù)臏p振措施。承建商亦進(jìn)行風(fēng)洞測試，以顯示他們有意提供的拉索，在附加合適的減振措施后，包括在拉索護(hù)層加上凹紋及安裝阻尼器后，可符合此項準(zhǔn)則。
(5) 主梁架設(shè)和施工控制
橋身的鋼箱梁組件，在東莞拼裝后以駁船送到工地架設(shè)。鋼箱梁預(yù)制組件運(yùn)抵工地后，組件將會從自動推進(jìn)駁船運(yùn)送到橋面的位置。另外在每次吊鋼箱梁時，規(guī)定承建商只能占用不大于200m×200m 的施工區(qū)域，而且每次吊梁的工序亦需要在8小時之內(nèi)完成。要滿足這項嚴(yán)格的限制，承建商必須采用安裝動態(tài)定位系統(tǒng)的自動推進(jìn)駁船。因為這種駁船不需要以打錨的方式穩(wěn)定船身，所以可大大縮小施工區(qū)域的面積。同時在工程進(jìn)行時特定的施工區(qū)域?qū)⒂伤乃铱词卮鼑?，使海上交通更為安?(圖13)。
圖13 吊鋼箱梁時施工區(qū)域的安排
3.主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
(1)大橋跨越八號和九號貨柜碼頭，其主跨超過一千米，比起現(xiàn)時世界最大跨度的日本多多羅大橋還要長一百多米，是斜拉橋建造技術(shù)的一大突破。
(2)為了讓昂船洲大橋成為與別不同的世界級大跨度橋梁，香港特別行政區(qū)路政署首次舉辨一項國際性橋梁設(shè)計比賽為大橋選出一個橋梁方案。該項比賽吸引了世界各地知名的橋梁專家提供出色的概念設(shè)計，同時亦提升了香港國際大都會的地位。一般公眾對大橋的興趣也增加了不少。
(3)大橋的外形非常優(yōu)美，如何能確保設(shè)計特色得以耐久而不需花很昂貴的養(yǎng)護(hù)費(fèi)是設(shè)計的重要考慮。大橋橋塔的下半部，在混凝土的最外一層的豎向鋼筋和箍筋采用了不銹鋼材料。根據(jù)理論模擬方法預(yù)測，可提供超過120年的設(shè)計使用壽命。在橋塔鋼筋的外圍使用不銹鋼鋼筋，橋塔的造價預(yù)計會增加15%，但有關(guān)費(fèi)用將會因節(jié)省日后的維修費(fèi)用而得以抵銷。此外，采用不銹鋼鋼筋，亦能減低因腐蝕的普通鋼筋而引起的額外社會代價，包括對交通造成的滋擾、收益和生產(chǎn)力下降等。
(4)大橋橋塔的上半部分為圓形的鋼結(jié)構(gòu)。這項設(shè)計為這座于二十一世紀(jì)興建的大橋增添現(xiàn)代感。為改善橋塔的氣動性能并同時保持大橋的外觀，我們將橋塔的上半部改為鋼外殼和混凝土內(nèi)壁的組合結(jié)構(gòu)。此外，為了加強(qiáng)金屬飾面的耐用程度，我們采用不銹鋼外殼代替普通的含碳鋼。這項設(shè)計可大幅減低橋塔的維修需求。
(5)大橋為漂浮體系。橋塔和主梁之間由兩個垂直支座承托，容許主梁扭轉(zhuǎn)，在橫向不容許有位移，在縱向（沿橋身）加裝液壓緩沖器，此裝置將緩慢荷載（如溫度變化）所產(chǎn)生的位移緩緩地傳送，但在急促荷載（如地震）的作用下，緩沖器將立即鎖定，把所有荷載傳至橋塔。
(6)大橋?qū)惭b一套風(fēng)力及橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，以監(jiān)控大橋?qū)Σ煌奢d情況，包括風(fēng)荷載、溫度荷載和公路荷載的反應(yīng)。這套系統(tǒng)包括一套感應(yīng)器和用作輸入訊息的對應(yīng)連接組件。這些信息來自各種監(jiān)控設(shè)備，例如風(fēng)速及風(fēng)向儀、溫度感應(yīng)器、內(nèi)置動力感應(yīng)器、腐蝕感應(yīng)器、濕度計、氣壓表、降雨測量器、應(yīng)變儀、排水傳感器、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及加速儀。這套系統(tǒng)在確保橋梁完整性、盡量降低維修費(fèi)用和維持橋梁的使用壽命方面非常重要。此外，這套系統(tǒng)亦可檢定設(shè)計／分析的假設(shè)和為操作人員提供重要參數(shù)，以便籌劃其巡查和維修時間表／策略，從而確保大橋能安全和可靠地運(yùn)作。
(7)大橋在維修設(shè)備和通道方面的考慮及提供也非常完善。大橋橋塔會安裝一部升降機(jī)，以便沿橋塔提供通道通往七層，包括地面、橋面、隔梁及一些指定的拉索錨固箱及錨固平臺的頂部。此外，大橋亦會有25個通往其它錨固箱地點(diǎn)的中間站的限制通道。如須在此中間層的其中一層進(jìn)行維修工作，有關(guān)人員仍可經(jīng)由一個限制使用的升降機(jī)站直接把重型設(shè)備運(yùn)往平臺。大橋南面主梁的通道口會裝設(shè)一道在軌道上滑行的自動維修穿梭車，以便運(yùn)送設(shè)備和物料。這穿梭車沿大橋滑動，其大小尺寸亦可穿過鋼箱梁和混凝土穿梭車內(nèi)的隔梁的設(shè)計通道孔。該穿梭車可容納兩名操作人員和150kg重的設(shè)備。為改善自南至北主梁之間的通道，大橋會在每隔五條橫梁的地方設(shè)置跨橋通道。
(8) 大橋的橋塔上半部分及位于橋面下方的橫梁上將設(shè)置裝飾照明系統(tǒng)，以強(qiáng)化大橋的的宏偉設(shè)計并使大橋在夜間更富吸引力。
4.有關(guān)資料
橋名﹕香港昂船洲大橋
橋形﹕獨(dú)柱雙塔索面流線形分離雙箱梁斜拉橋
跨徑﹕1018m
橋址﹕香港
建設(shè)單位﹕香港特別行政區(qū)路政署
設(shè)計單位﹕奧雅納工程顧問
施工單位﹕前田－日立－橫河－新昌聯(lián)營公司、中鐵山橋股份有限公司、
江蘇法爾勝新日制鐵纜索有限公司
混凝土用量﹕140,000m3
鋼材用量﹕33500t(結(jié)構(gòu)鋼材); 1600t(不銹鋼材)
造 價﹕27. 6億港元
